Des données pour discuter en classe des
choix énergétiques
Alors que la pression pour diminuer les
émissions de gaz a effet de serre (GES) atteint les milieux
politiques et que la dépendance aux énergies fossiles montre ses
fragilités, vient de paraitre une étude qui explore les
scénarios possibles pour produire l'électricité et leur impact
sur la production des GES. Les données qu'ils fournissent
pourront permettre des activités avec les élèves : leur
permettre de constater eux-mêmes quelle combinaison a quel
effet.
Et sans doute susciter des réflexions sur la
conservation de l'énergie, et ce qu'on appelle production
d’énergie électrique.
Sur les impacts de la production de
l'électricité pour les voitures dites "propres" ou
"zero-carbone" ...
Sur les modes de calcul des chercheurs
aussi... Certains élèves diront " sur la base de quoi vous dites
ça" ? Ils ont raison !
La discussion des méthodes est une démarche
cruciale pour qu'une connaissance puisse être qualifiée de
scientifique. Et pour mesurer la portée de ses conclusions.
encourage le lecteur à aller vérifier dans
l’article d’origine : ici
Le solaire et l'éolien pour décarboner la Suisse
Une équipe de l’UNIGE et du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (EMPA) démontre qu’un mix photovoltaïque-éolien est optimal pour réduire l’empreinte carbone de la consommation électrique suisse.
Comment réduire l’empreinte carbone liée à la consommation
d’électricité en Suisse?
L'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère est le
principal moteur du réchauffement climatique. Une part importante
de ces gaz est causée par les centrales électriques à combustible
fossile utilisées pour la production d'électricité. On estime que
ces centrales génèrent un quart des émissions totales de GES en
Europe. En Suisse, où l'électricité est principalement produite
par des centrales nucléaires et hydroélectriques, cette production
représente 2 % des émissions de gaz à effet de serre.
Pour répondre à ses besoins, notre pays s’appuie en effet sur des
importations provenant de centrales à énergies fossiles, grosses
émettrices de gaz à effet de serre. Une équipe de chercheurs/euses
de l’Université de Genève et du Laboratoire fédéral d’essai des
matériaux et de recherche (EMPA) a étudié différents scénarios
visant à réduire l’empreinte carbone du pays. Pour y parvenir tout
en répondant aux besoins futurs d’électrification, elle recommande
la mise en œuvre d’une production indigène mêlant éolien et
photovoltaïque, complétée par de l’importation. Le tout sans faire
appel à l’énergie nucléaire. Ce scénario permettrait de diminuer
de 45% la participation de la Suisse à l’émission globale des gaz
à effet de serre. Ces résultats sont à découvrir dans Energy
Policy. (Rüdisüli & al., 2022) ici
Cependant, il est souvent économiquement intéressant de vendre et
d'exporter une partie de l'énergie produite vers les pays voisins.
La Suisse compte donc aussi sur les importations pour subvenir à
ses besoins. Cela représente 11% de l'électricité consommée.
L'électricité provient donc de centrales à forte «intensité
carbonique ». Une équipe scientifique de l'UNIGE et de l'EMPA a
élaboré différents scénarios énergétiques et défini la meilleure
voie à suivre pour décarboner la Suisse. Cela signifie réduire la
consommation du pays des sources d'énergie primaires qui émettent
des gaz à effet de serre.
«Nous avons développé sept scénarios différents incluant à des
degrés divers le solaire, l’éolien et l’hydraulique. Le tout avec
et sans l’utilisation du nucléaire puisque la Confédération
envisage une sortie progressive de ce mode de production d’ici
2050», explique Elliot Romano, adjoint scientifique au Département
F.-A. Forel des Sciences de l’environnement et de l’eau de la
Faculté des sciences de l’UNIGE. Les chercheurs/euses ont
également pris en compte les possibilités d’approvisionnement
depuis l’étranger, essentielles pour répondre à la demande, tout
comme les besoins d’électrification (mobilité et chauffage) de la
population.
Importations réduites
Après avoir examiné les différentes options, l'équipe de
recherche a déterminé que le scénario optimal serait un mélange de
production photovoltaïque et éolienne. «Ce mix est le moyen le
plus efficace de réduire l'empreinte du pays, mais c'est aussi la
meilleure alternative à l'énergie nucléaire», déclare Martin
Rüdisüli, chercheur au Laboratoire des systèmes énergétiques
urbains de l'Empa et premier auteur de l'étude. Le modèle est basé
sur une grande production éolienne de 12 TWh et une production
solaire de 25 TWh. A titre de comparaison, en Suisse, le solaire
produira 2,72 TWh et l'éolien 0,13 TWh en 2021. Par rapport à une
solution nucléaire, le mix de production proposé réduit le besoin
d'importation de 16 TWh à 13,7 TWh. (scénario 7 dans la figure 1
ci-dessous)
|
Légende CCGT= Combined cycle gas turbine CCS= Carbon Capture and Storage CHP= Combined heat and power COP= Coefficient of performance DAM= Dam storage DHW= Domestic hot water DSM= Demand-side management GHG= Greenhouse gases HP= Heat pump LCA= Life cycle assessment MWIP= Municipal waste incineration plants NPP= Nuclear power plant PHS= Pumped-hydro storage PV= Photovoltaic REF= Reference RET= Renewable Energy Technology RoR= Run-of-river SH= Space heating SNG= Synthetic natural gas |
En revanche, ce scénario - qui prend également en compte les
futurs besoins en électricité liés à la mobilité électrique et les
besoins thermiques des bâtiments - ferait passer l'empreinte
carbone des consommations de 89g de CO2 par kWh (en 2018) à 131g
de CO2 par kWh en l'avenir. Or, l'électrification de l'ensemble de
ces besoins réduirait à terme de 45% la contribution de la Suisse
aux émissions mondiales de gaz à effet de serre. Les chercheurs
ont également montré que les installations de stockage actuelles
ne pourraient gérer que partiellement les excédents électriques
estivaux, qui résulteraient de la grande capacité des centrales
photovoltaïques en fonctionnement à l'époque.
Des données d'une précision sans précédent
« Jusqu'à présent, les recherches sur l'empreinte de la
production d'électricité reposaient sur des valeurs moyennes de
consommation, notamment annuelles. La force de notre étude réside
dans l'utilisation de valeurs horaires et donc beaucoup plus
précises", explique Elliot Romano. L'empreinte directe mais aussi
indirecte de cette production a également été intégrée. « Nous
avons pris en compte l'empreinte générée, par exemple, par la
production du béton utilisé dans la construction d'une centrale
électrique. Cette méthode nous a donc permis de réaliser une
analyse complète du cycle de vie de la production d'électricité ».
Cette méthode et les données d'une précision sans précédent
fournissent des lignes directrices concrètes pour la stratégie
énergétique 2050 de la Suisse. Elle ouvre également la voie
à de nouvelles études scientifiques. communiqué de
presse unige
encourage le lecteur à aller vérifier dans
l’article d’origine : ici
- Rüdisüli, M., Romano, E., Eggimann, S., & Patel, M. K. (2022). Decarbonization strategies for Switzerland considering embedded greenhouse gas emissions in electricity imports. Energy Policy, 162, 112794. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2022.112794
Quelques extraits traduits et figures de l’article d’origine :
Decarbonization strategies for Switzerland considering embedded greenhouse gas emissions in electricity imports
Résumé
Points forts •
L'évaluation intégrale de la décarbonation nécessite des émissions marginales horaires de GES. • La variabilité diurne et saisonnière des émissions de GES dans l'électricité est importante. • Des portefeuilles diversifiés d'énergies renouvelables avec le PV et l'éolien atténuent davantage les émissions de GES. • L'électrification de la chaleur et des transports entraîne généralement une atténuation globale des GES. • Le stockage d'électricité à court terme ne permet de gérer que partiellement les surplus d'électricité. Résumé La décarbonation du système énergétique par l'électrification de la chaleur et des transports n'est efficace qu'en utilisant des sources d'électricité à faible émission de carbone. Étant donné que de nombreux pays comme la Suisse dépendent de l'électricité importée pour répondre à leur demande, la teneur en gaz à effet de serre (GES) des importations d'électricité doit être correctement prise en compte. En supposant une teneur moyenne en GES pour chaque quantité importée, les impacts de l'électricité requise en période de pointe sont sous-estimés car la demande supplémentaire (marginale) est principalement satisfaite par des centrales électriques à combustible fossile. Cette étude utilise un modèle pour capturer les teneurs marginales en GES de l'électricité importée d'un point de vue direct et indirect (cycle de vie) à une résolution horaire. Les implications sur les GES sont explorées pour divers scénarios de demande et d'approvisionnement en électricité, y compris l'électrification de la chaleur et des transports, l'expansion à grande échelle des énergies renouvelables et la sortie du nucléaire. Nous constatons que selon le scénario, l'intensité moyenne en GES de l'électricité consommée peut doubler, tandis que les variations diurnes et saisonnières sont encore plus importantes. Néanmoins, les résultats montrent une réduction substantielle des GES allant jusqu'à 45 % avec l'électrification en cas de déploiement d'un portefeuille de production d'électricité diversifié comprenant le photovoltaïque et l'éolien. Pour une atténuation optimale des GES, la flexibilité à court terme fournie par l'hydroélectricité est nécessaire pour gérer les excédents d'électricité. Le principal défi, cependant, concerne le stockage d'énergie saisonnier, y compris le couplage sectoriel.">Une sélection de figures
Fig. Monthly aggregated supply mix (bars) and Swiss electricity demand (red line). Labels show the annual imports PV Photovoltaic BEV Battery electric Vehicle . IMG
-
Fig. Median hourly electricity demand (lines) and supply (areas) in summer (top) and winter (bottom).
Références:
- Rüdisüli, M., Romano, E., Eggimann, S., & Patel, M. K.
(2022). Decarbonization strategies for Switzerland considering
embedded greenhouse gas emissions in electricity imports. Energy
Policy, 162, 112794. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2022.112794
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