Évaluation des impacts environnementaux des technologies de stockage d’énergie électrique par analyse de cycle de vie : élaboration d'un cadre de modélisation prospectif

 

Laurent Vandepear (Étudiant au doctorat, Génie civil et génie du bâtiment, USherbrooke)

Direction: Ben Amor

Co-direction: Christian Bauer

Problématique

La capacité globale des unités stationnaires de stockage d’électricité est en pleine croissance suite à une diminution du coût des différentes technologies et la mise en place de cadres règlementaires favorables. Cependant, un déploiement important de ces technologies aura des conséquences environnementales directes et indirectes qui doivent faire l’objet d’une évaluation précise afin de guider les choix technologiques et les politiques énergétiques à long terme. Les outils actuels d'évaluation environnementale présentent des limites et ne permettent pas de saisir correctement les effets complexes causés par des changements significatifs dans le secteur de l’énergie. Le développement de méthodes d'évaluation plus avancées est par conséquent nécessaire.

Objectif

L'objectif de ce projet de recherche est double :

  1. Développer un cadre d’évaluation prospectif pour évaluer les impacts environnementaux à long terme des changements dans les systèmes énergétiques. Cette nouvelle approche reposera sur la connexion de la méthode d’analyse de cycle de vie aux outils de modélisations économiques des systèmes énergétiques.

  2. Appliquer cette nouvelle approche au cas du stockage énergétique afin de quantifier les performances environnementales de différentes technologies au sein de plusieurs scénarios d'évolution à long terme des systèmes énergétiques.

 

Méthodologie

L’ACV-A porte sur les impacts environnementaux des batteries sur le réseau électrique québécois. Les résultats montrent que la phase de production des batteries entraîne la majorité des impacts environnementaux pour les deux technologies étudiées. Les effets sur le réchauffement climatique proviennent principalement de la production de composants dans les pays asiatiques où les combustibles fossiles dominent les mix d'électriques. En outre, les activités minières liées à des matériaux tels que le cuivre, l'or, l'acier et l'aluminium utilisés dans les composants des batteries sont responsables d'impacts environnementaux importants.

 

L’ACV-C analyse les effets à long-terme (post-2035) des mêmes types  d’unités de stockage d’énergie mais dans le cas d’une intégration sur le système énergétique suisse. Cette analyse en plus des effets directs étudiés dans l’ACV-A comprend également les effets de substitution causés par les batteries sur les systèmes électriques. Les résultats obtenus montrent ainsi des bénéfices environnementaux dans douze des quinze catégories évaluées. Ceux-ci s’expliquent par le fait que les batteries permettent l’utilisation de surplus provenant de sources d’électricité renouvelables intermittentes qui remplacent une l'électricité provenant de sources non-renouvelables. 

La prochaine étape du projet consiste au développement de la méthodologie permettant l'intégration des outils de modélisation des systèmes énergétiques (TIMES) et des modèles ACV. Les deux types de modèles y sont en effet harmonisés et des indicateurs environnementaux reposant sur l’ACV sont ajoutés à l’outil TIMES.  Ce travail offre une évaluation environnementale prospective et dynamique très complète du système énergétique Suisse et des outils de stockage de l’énergie qui y sont utilisés. Certains thèmes complémentaires y sont abordés tels que l’optimisation du modèle TIMES sur base des performances environnementales, les effets indirects causés par les systèmes de stockage d’énergie et les incertitudes liés à ces résultats.

 

Applications

En termes de méthodologie, ce travail permet d’améliorer la façon dont les processus énergétiques sont modélisés en ACV. Cette nouvelle approche dispose d’une orientation prospective, intégre les dynamiques temporelles du secteur de l’énergie et repose sur des données d’une complétude supérieure grâce à l’hybridation des modèles ACV et énergétiques. L’outil crée est transparent et réutilisable, et les diverses sources de données et les composants du modèle peuvent être modifiés facilement par des prochains utilisateurs.

 

Les technologies de stockage entraîneront des changements importants dans la composition des mix énergétiques ainsi qu’une variété d’implications supplémentaires qui ne sont pas couverts par les outils d'ACV actuels. La performance environnementale de ce type d’unité est étudiée en intégrant ces éléments à l’aide du nouveau cadre d’évaluation. Toute instance préoccupée par la problématique du stockage de l’énergie ou souhaitant établir une stratégie énergétique pourra ainsi faire des choix plus éclairés grâce aux résultats et aux outils de ce projet.

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