Évaluation environnementale de systèmes de production d'électricité renouvelable

ÉVALUATION ENVIRONNEMENTALE DE

SYSTÈMES DE PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ RENOUVELABLE

Université de Liège

Faculté des Sciences Appliquées

Année académique 2010-2011

Travail de fin d’étude présenté par GERBINET Saïcha en vue de l’obtention du grade

d’Ingénieur Civil en Chimie et Sciences des matériaux

ÉVALUATION ENVIRONNEMENTALE DE SYSTÈMES DE PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ RENOUVELABLE

1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

ÉVALUATION ENVIRONNEMENTALE DE SYSTÈMES DE PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ RENOUVELABLE

1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

INTRODUCTION Concept de développement durable

Protocole de Kyoto Plan « Climate Action » Sources renouvelables d’électricité

http://www.ymag.be/fr/un-projet-ambitieux-humanitaire-innovant/ consulté le 13-06-2011

OBJECTIFS

Évaluation environnementale de systèmes de production d'électricité renouvelable

Panneaux photovoltaïques vs électricité disponible sur le réseau

Biométhanisation vs éoliennes

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1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

LA MÉTHODOLOGIE ACV

Etapes:

Logiciel: ReCiPe Base de données: EcoInvent

http://www.ecopartners.fr/images/droite/ACV_grand.jpg, consulté le 20-06-2011

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1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

LES DIFFÉRENTS TYPES DE PANNEAUXTechnologie Durée de vie Avantages Inconvénients Perspectives

Silicium multi cristallin

10 ans à 90% Pc

25 ans à 80% Pc

Bon rapport coût/puissance

surface

Assez chère, 2 à 3 fois moins d'énergie pour la

production que le mono c-Si

Devrait dominer le marché dans les dix prochaines années

Silicium monocristallin

25 ans à 90% Pc

30 ans à 80% Pc

Meilleur rapport puissance/surfa

ce

Chère et forte consommation en énergie

pour la production

Bon avenir si le coût baisse en améliorant encore le rendement

Silicone amorphe

10 ansMeilleur coût

par Wc

Faible rendement donc grande surface de

capteur, faible durée de vie

Promis à un grand avenir si amélioration

de la durée de vie

Silicone rubanCroissance

rapide du cristal

Décroissance du prix de production dans le

futur

CdTeUtilise certains matériaux

toxiques

Décroissance du prix de production dans le

futur

CISRessource en Indium

limitéDécroissance du prix

de productionDomain, F. Solaire Photovoltaique. 2007

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE PVS BASÉS SUR LE SILICONE

MULTICRISTALLIN

OBJECTIFS ET CHAMP D’ÉTUDE

Objectifs:Comparaison de l’impact environnemental de

l’utilisation de l’électricité disponible sur le réseau et de celle produite par des PVs pour l’alimentation d’un ménage belge pendant un an, soit 3650 kWh.

Unité fonctionnelle = production de 3650 kWh

INVENTAIRE

Description du PV choisi (basé sur la littérature):- Module en silicone multicristallin- Efficacité de 14 %- Durée de vie de 30 ans- Installation montée sur toit, orientation sud,

inclinaison de 30° par rapport à l’horizontal- Coefficient de performance de 75 %- Irradiation moyenne pour Bruxelles : 960

kWh/m2/an - Deux onduleurs nécessaires sur la durée de vie

du PV (durée de vie d’un onduleur de 15 ans) et une installation électrique

- Système de montage négligé

INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS – PV

Caractérisation en pourcentages relatifs

INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS – PV

Scores pondérés

0

5

10

15

20

25

en p

oint

Installation électrique

Onduleur 3kWp

Encadrement

Production des modules

Production des cellules

Production des tranches

Production de sog-Si

Production de MG-silicone

Extraction de la silice

ETUDE D’INCERTITUDE

Caractérisation en pourcentages relatifs - EndPoint

50

100

150

200

250

300en

%

COMPARAISON : PVS VS ÉLECTRICITÉ ALLEMANDE, BELGE ET SUISSE

Scores uniques

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Electricité allemande

Electricité belge

Electricité suisse

PV

en p

oint

combustibles fossiles

ressources minérales

écotoxicité marine

écotoxicité d'eau douce

écotoxicité terrestre

eutrophisation eau douce

acidification terrestre

chgt clim (écosystème)

formation de particules

oxydants photochimiques

toxicité humaine

chgt clim (santé humaine)

TEMPS DE RETOUR ÉNERGÉTIQUE = Rapport entre l’énergie consommée

pendant le cycle de vie et l’énergie produite par an

Toujours inférieur à la durée de vie

Mix énergétique utilisé pour la production

d’électricitéEuropéen Belge Suisse Allemande

Temps de retour énergétique (en année) 10 8 5 11

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1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

PRINCIPE

OBJECTIFS ET CHAMP D’ÉTUDE

Comparer l’électricité produite par une unité de biométhanisation à celle produite par une éolienne

Unité fonctionnelle : 1 kWh Deux systèmes particuliers de

biométhanisation vont être étudiés (GreenWAtt)

INVENTAIRE

Biométhanisation de déchets de marché- Déchets de marché + déchets de tonte + fientes

de volailles- Digestat séché Biométhanisation de déchets de ferme- Effluents liquides d’hydrocurage + effluents

solides d’hydrocurage + déchets de tonte + herbes de fauche + inter-culture

- Digestat: séparation liquide-solide Pas de transport Biométhaniseur:- Durée de vie de 20 ans Distance de transport du digestat: 50 km

RÉSULTATS

Caractérisation en pourcentages relatifs

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

en %

déchets de ferme

Infrastructure beton Infrastructure PET

Emissions Digestat liquide

Déchets solide Transport du digestat

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

en %

déchets de marché

Infrastructure PET Infrastructure beton Emissions

Digestat Transport du digestat

RÉSULTATS – COMPARAISON DÉCHETS DE MARCHÉ ET DÉCHETS DE FERME

Scores normalisés

-8E-05-7E-05-6E-05-5E-05-4E-05-3E-05-2E-05-1E-050E+00

en p

oint

déchets de marché

déchets de ferme

ANALYSES D’INCERTITUDE -ENDPOINT

Caractérisation en pourcentages relatifs

-400-350-300-250-200-150-100

-50

%

Déchets de marché

-450-400-350-300-250-200-150-100

-50

%

Déchets de ferme

DISTANCE DE TRANSPORT DU DIGESTAT – DÉCHET DE FERME

-2,00E-04

-1,50E-04

-1,00E-04

-5,00E-05

0,00E+00

5,00E-05

1,00E-04

pas de transport

transport de 50 km

transport de 250 km

en p

oint

combustibles fossiles

ressources minérales

écotoxicité marine

écotoxicité d'eau douce

écotoxicité terrestre

eutrophisation eau douce

acidification terrestre

chgt clim (écosystème)

formation de particules

oxydants photochimiques

toxicité humaine

chgt clim (santé humaine)

Scores Uniques

COMPARAISON AVEC L’ÉLECTRICITÉ ÉOLIENNE

Scores Uniques

-1E-04

-1E-04

-1E-04

-8E-05

-6E-05

-4E-05

-2E-05

0E+00

2E-05

Biométhanisation marché

Biométhanisation ferme Eolienne

en p

oint

combustibles fossiles

ressources minérales

écotoxicité marine

écotoxicité d'eau douce

écotoxicité terrestre

eutrophisation eau douce

acidification terrestre

chgt clim (écosystème)

formation de particules

oxydants photochimiques

toxicité humaine

chgt clim (santé humaine)

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1. Introduction et objectifs2. La méthodologie ACV3. Les panneaux photovoltaïques4. La biométhanisation5. Conclusions et perspectives

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Conclusions Avantage environnemental des différentes

filières de production d’électricité renouvelable

PVs:- Importance de la production de silicone de

grade solaire- Avantage vis-à-vis de l’électricité du réseau Biométhanisation:- Rôle du digestat- Intérêt vis-à-vis des éoliennes

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Perspectives PVs: nombreuses avancées encore attendues Biométhanisation : avancées et normes

adaptées Croissance attendue Incertitudes élevées: intérêt de disposer de

données plus fiablesMAIS intermittence

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Travail de fin d’étude présenté par GERBINET Saïcha en vue de l’obtention du grade

d’Ingénieur Civil en Chimie et Sciences des matériaux