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intégration de la dynamique de la production électrique et

1. M H 66 5 2 R sultats de l application des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production OISHIDU S ATICI BT M 67 5 3 R sultats du d veloppement et de l application du mod le pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 3 et 4 69 5 3 1 D veloppement du mod le d identification de la technologie marginale en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 70 5 3 2 Application du mod le et quantification des cons quences de l importation et de l exportation de la province de Qu bec sur le bilan de gaz effet de serre Article 2 71 5 3 3 Application du mod le et valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 3 73 5 4 R sultats du d veloppement et de l application du mod le d quilibre partiel pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e Article 4 et An
2. 5 B Burger and C Bauer Windkraft Ecoinvent D bendorf CH Final Technical Report No 6 XIII 2007 www ecoinvent ch Consulted on October 2008 6 Bergey Windpower Co Small wind trubines for homes businesses and off grid Bergey Windpower Co Available www bergey com Consulted on January 2009 7 EIA Coal News and Markets Archive Coal News and Markets pp 2010 Available www eia doe gov cneaf coal page coalnews cnmarchive html Consulted on February 2010 8 EIA Natural Gas Futures Prices NYMEX Dollars per Million BTU Natural Gas Futures Price pp 2010 Available http tonto eia doe gov dnav ng ng pri fut si d htm Consulted on February 2010 9 EIA Weekly Cushing OK WTI Spot Price FOB Dollars per Barrel Petroleum Navigator pp 2010 Available http tonto eia doe gov dnav pet hist rwtc W htm Consulted on February 2010 10 EIA Cost and Quality of Fuels for Electric Plants 2007 and 2008 Office of Coal Nuclear Electric and Alternate Fuels Washington DC Technical report DOE EIA 0191 2008 2010 www eia doe gov cneaf electricity cq cqa2008 pdf Consulted on February 2010 203 11 FERC 2008 State of the Markets Report Federal Energy Regulatory Commission Washington DC Technical report 2009 www ferc gov market oversight st mkt ovr 2008 som final pdf Consulted on October 2009 12 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distrib
3. 58 101 A M Tillman Significance of decision making for LCA methodology Environmental Impact Assessment Review vol 20 no 1 pp 113 123 2000 T Dandres C Gaudreault P Tirado Seco et R Samson Assessing non marginal variations with consequential LCA Application to European energy sector Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 15 no 6 pp 3121 3132 2011 G Finnveden A world with CO caps The International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 5 pp 365 367 2008 B Weidema Market information in life cycle assessment Danish Environmental Protection Agency Danemark Rapport technique 863 2003 http www2 mst dk udgiv publications 2003 87 7972 991 6 pdf 87 7972 992 4 pdf Consult le 12 f vrier 2009 ISO ISO 14044 2006b Management environnemental Analyse du cycle de vie Exigences et lignes directrices Organisation internationale de normalisation ISO 14044 2006 O Jolliet M Margni R Charles S Humbert J Payet G Rebitzer et R Rosenbaum IMPACT 2002 A New Life Cycle Impact Assessment Methodology nternational Journal of Life Cycle Assessment vol 8 no 6 pp 324 330 2003 J Bare G Norris D Pennington et T McKone TRACI Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and Other Environmental Impact Journal of Industrial Ecology vol 6 no 3 4 pp 49 78 2003 L Toffoletto C Bulle J Godin C Reid et L Desch nes LUCA
4. 2 amp amp Wi La a CU LL A tee WE EE E EEE EEE VA 1 VLL ILLAE MM E Hydropower OCoal Natural gas Oil Figure 1 Life cycle environmental impact abatements in Quebec adjacent market as a consequence of RES generation in average Quebec climatic conditions a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 W1 PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline 184 3 3 Methodological choice implications It is possible to compare Figure 1 results to those 1 e CLCA environmental impact abatements obtained using average production data as well as those obtained using the identified static marginal electricity production technologies all described in section 2 3 Results shown in Figure 2 are detailed below Average data use and comparison with the proposed approach Quebec s average consumption mix of electricity is composed of 95 1 9o hydropower 3 2 nuclear 0 7 coal 0 5 natural gas and 0 2 of wind power 47 When the Quebec consumption mix 1s chosen to estimate life cycle environmental impact abatements as a consequence of RES generation Figure 2 shows the absence of environmental impact abatement One exception can be identified when the resource impacts are considered and when using micro wind 30 kW Indeed for the human health indicator values are
5. sa Es ne la 9 1 a a E L B OE 01 4 n n E L0E 00 amp L5E O1 4 E E u mu a B H L EH E E E ai 1 2E 00 a u a Bu PEs a mim A0E401 4 1 4E 00 1 P a a H E 2 5E 01 1 6E 00 m L8E 00 3 0E 01 Quebec Average Consumption mix amp Matural gas EOI Proposed appoach B Quebec Average Consumption mx amp Natural gas I Oil Proposed appoach Figure S5 Choices of electricity supply modeling and implications on estimating life cycle environmental impact abatements a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Above average Quebec climatic conditions 202 9 Cited references 1 Natural Resources Canada and NRCan CTEC RETScreen M version 4 Varennes Qc 2008 2 N Jungbluth and M Tuchschmid Photovoltaics Ecoinvent D bendorf CH Technical Report No 6 XII 2007 www ecoinvent ch Consulted on October 2008 3 N Mithraratne Roof top wind turbines for microgeneration in urban houses in New Zealand Energy and Buildings vol 41 no 10 pp 1013 1018 2009 4 A F Sherwani J A Usmani and Varun Life cycle assessment of solar PV based electricity generation systems A review Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 14 no 1 pp 540 544 2010
6. 1 06E 00 2 78E 01 1 28E 00 4 68E 03 1 10E 01 L 16E 01 1 53E 01 4 90E 02 Ontario Mew Brunswic 4 54E 07 1 00E 06 2 71E 07 4 03E 09 Ontario New Brunswic 1 46E 01 1 14E 02 1 33E 01 6 73E 04 Ontario New Brunswic 1 09E 00 3 13E 01 1 25E 00 4 68E 03 Ontario New Brunswic 1 13E 01 1 03E 01 1 88E 01 4 90E 02 196 6 Hourly marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market Tables S5 and S6 show the frequency of marginal electricity production technologies as a consequence of RES generation in Quebec above and below average climatic conditions and during the 2006 2008 periods Marginal electricity production technologies frequencies are variable depending on the investigated RES 1 e Micro wind 30 kW etc and the considered market 1 e Ontario etc Table S5 Marginal technology in Quebec adjacent markets under below average conditions of hours during 2006 2008 W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline a No RES generation refers to the hour percentage when no marginal electricity production technologies decrease their production due to the variability of RES Marginal technology No RES Hydropower Coal Natural Gas Oil generation a W30 18 60 11 0 11 W10 19 63 11 0 6 Ontario W I 19 61 11 0 9 PVm 8 36 9 0 47 PVp 8 36 9 0 47 W30 3 34 50 2 11 Ne
7. 22 8 m 3kWp respectively 17 3 Life cycle performance methodology and results Fig 1 presents the applied methodology to assess the life cycle performance of the selected systems Sections 3 1 to 3 3 describe in more detail each method and provide the obtained results Section 4 describes the methodology used to identify the affected centralized energy systems and presents the comparative results 112 renewable systems Life Cycle Environmental Cumulative Energy SimaPro7 Energy impacts Affected Demand CED a centralized Small scale Life cycle performance and benefits comparaison energy Life Cycle Costing Economic systems LCC RETScreen impacts Economic impacts of the affected centralized energy systems were obtained following a literature review Fig 1 Structure of the proposed methodology and interaction between the disciplines 3 1 Life cycle assessment Life cycle assessment LCA is a widely used and recognized tool for evaluating potential environmental impacts of a product or a service over its lifetime from the extraction of resources to the end of life 1 2 22 The LCA methodology of is standardized by the ISO 14040 23 and the ISO 14044 24 The primary function of small scale grid connected technologies is the production and the transmission of electricity to the centralized grid The function
8. 6 M A Curran M Mann and G Norris The international workshop on electricity data for life cycle inventories Journal of Cleaner Production vol 13 no 8 pp 853 862 2005 7 G Finnveden A world with CO2 caps The International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 5 pp 365 367 2008 8 B Weidema Market information in life cycle assessment Danish Environmental Protection Agency Danemark Technical Report 863 2003 http www2 mst dk udgiv publications 2003 87 7972 991 6 pdi 87 7972 992 4 pdf Consulted on February 2009 9 C L Weber P Jaramillo J Marriott and C Samaras Uncertainty and variability in accounting for grid electricity in life cycle assessment in Sustainable Systems and Technology 2009 ISSST 09 IEEE International Symposium 2009 pp 1 8 10 J Marriott H S Matthews and C T Hendrickson Impact of Power Generation Mix on Life Cycle Assessment and Carbon Footprint Greenhouse Gas Results Journal of industrial Ecology vol 14 no 6 pp 919 928 2010 11 C L Weber P Jaramillo J Marriott and C Samaras Life Cycle Assessment and Grid Electricity What Do We Know and What Can We Know Environmental Science amp Technology vol 44 no 6 pp 1895 1901 2010 188 12 J Marriott and H S Matthews Environmental Effects of Interstate Power Trading on Electricity Consumption Mixes Environmental Science amp Technology vol 39 no 22 pp 8584 8590
9. Approche propos e c Ontario Mew Brunswick Mew England New York d Ontario Mew Brunswick New England New York I 8 54 E al8 Su E al8 Su E al S LE 2 nm ma Sja Saw Eala SB aw E ale Be E a 222 amp k ki l222Z amp amp 322 amp iz 322 amp amp s 3 amp 2 3 3 ls FSFE ls 4 0E 02 0 5E 00 0 0 00 20 02 3 0 5E 00 4 4 0E 02 n sus us m I eta et ea T Jm pus rss 6 0 02 i 1 gt at AAF ew Mo ol T 3 P Get L5E 0 Es L a ES E 0 1E 00 T e 9 s E ME e z EM DE Ali n 01600 7 L ee LIT ri TR 20840 0 1E 00 _ L 2 5E 00 4 0 2E 00 Taa 2E 00 3 0E 00 Hydraulique amp Charbon mn Gas naturel Mazout Approche propos e Hydraulique amp Charbon m Gas naturel Mazout a Approche propos e Figure 5 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO2 des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycr
10. Represents the US long term affected technology f 3kWp poly crystalline for below average condition is the best technology 1 e pessimistic scenario Micro wind 30 kW for above average condition is the best technology i e optimistic scenario 5 Discussion 5 1 Life cycle performance This section discusses the obtained life cycle results Sections 3 1 and 3 2 Fig 2 shows the important contribution of the production phase for the small scale renewable technologies In fact the contribution range is 50 to 95 depending on the environmental impact indicator i e Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources The analysis of these percentages shows that material use dominates most environmental impacts 33 The distribution and installation impacts contribution of micro wind turbines is also significant as their percentage 124 range from 45 to 15 9o This 1s mainly due to the transportation phase to the installation site 11 As described in Section 3 1 the transport average distance between the US manufacturer and the installation site 1 e The province of Quebec was estimated at 1 500 km Fig 3 shows that regardless of the environmental impact category micro wind turbines ranking remains the same The same is true for the aquatic acidification and aquatic eutrophication impact categories which are not integrated as an endpoint category Appendix A A scaling down effect explains the dominance of mi
11. effet de serre que l hydro lectricit C est ainsi qu il est possible de quantifier de combien s levaient les missions mises et r duites totales de gaz effet de SCIIC 56 Pour quantifier le degr de raffinement que l application du mod le propos apporte l utilisation d approches conventionnelles et plus particuli rement des donn es marginales pour le court terme c d identifier une seule technologie marginale et supposer que sa production est la seule tre variable en fonction des conditions du march lectrique a t appliqu e Pour ce faire quatre sc narios ont t propos s Le premier et le deuxi me posent respectivement comme hypoth se qu uniquement la technologie au charbon et la technologie au gaz naturel sont marginales Le troisi me sc nario pose comme hypoth se qu uniquement le gaz naturel est marginal durant l importation et qu uniquement la technologie au charbon est marginale durant l exportation de l lectricit partir de la province de Qu bec Le dernier sc nario propose d inverser le troisi me sc nario en interchangeant les technologies marginales durant l importation et l exportation Les taux d missions pr sent s dans le Tableau 4 7 ont t utilis s pour la comparaison 4 1 4 3 Application du mod le et valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique
12. mais uniquement une r duction des impacts environnementaux L absence de r duction des couts est principalement expliqu e par le cout lev par kWh produit par les syst mes valu s Les donn es marginales pour le court terme ont galement t utilis es pour quantifier les impacts conomiques et environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e dans le r seau centralis Selon la proc dure d identification des technologies marginales propos e par Weidema les r sultats pr sent s dans le tableau ci dessous montrent que l olienne de petite puissance de 30 kW pr sente des avantages de r duction des impacts environnementaux et conomiques dans une perspective court terme si l nergie renouvelable vient substituer de l nergie thermique partir du mazout Il est noter que pour ce sc nario de technologie marginale les panneaux solaires Photovoltaiques 3kWp polycristallins tant la meilleure s quence technologique se trouvant pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessous de la moyenne pr sentaient uniquement un potentiel de P L analyse pr sent e ici est d un point de vue d une compagnie distributrice de l nergie Dans le contexte de l tude aucune mesure incitative financi re n est mise en place pour encourager les producteurs distribu s d nergies renouvelables Ainsi d un point de vue conomique comme c est d j le cas pour la compagni
13. r M 9 O ST GT IC CC ST GT IC CC Brunswick 2006 0 99 1 09 Coal 2007 0 99 1 09 0 94 0 91 2008 0 98 1 11 2006 0 60 0 65 0 64 0 38 0 71 0 52 0 38 Natural gas 2007 0 60 0 52 0 65 0 39 0 91 0 44 038 0 62 0 45 2008 0 61 0 55 0 74 0 39 0 78 0 44 0 38 2006 0 85 1 09 1 15 0 67 0 93 1 35 0 81 0 57 Oil 2007 0 84 1 05 0 98 0 87 0 93 1 31 0 92 0 58 1 26 0 84 2008 0 86 1 05 1 09 0 49 1 04 1 50 0 88 0 60 EBRD DOE ine 0 0 0 0 and Nuclear a 2008 a Hydropower and nuclear operation stage GHG emission rates are equal to zero Nuclear energy is a base load technology with almost no flexibility Its operation is unavoidable in the short term and its emissions should consequently not be assigned Gagnon et al 2002 148 Table 2 Life cycle GHG emission rates tonne CO eq MWh by fuel type and prime mover ST GT IC and CC refer to Steam Turbine Gas Turbine Internal Combustion and Combined Cycle Life cycle GHG emissions tonne CO eq MWh New York New England New eee eee a a E TUI o Ontario i ST GT IC CC ST GT IC CC Brunswick Coal 1 15 1 27 1 11 1 08 Natural gas a 0 77 0 75 0 85 0 55 0 97 0 64 0 55 79 0 62 Oil 1 20 1 42 1 42 1 03 1 32 1 74 1 22 0 93 1 61 1 19 Hydropower 0 011 0 011 0 011 0 011 a Natural gas decommissioning GHG emissions were not considered Dones et al 2007 3 Results Electricity Trade Analysis and Implications Electricity exchanges analysis between Quebec and its adjacent jurisd
14. 1 M Bobo T 15E 00 J i nhi 0 1E 00 e e e e e L e z o S ues got LL tlh Le TUE ME 20800 1 0 1E 00 _ Mr m 2 5E 00 4 0 2E 00 XC 0 2E 00 3 0E 00 Hydraulique amp Charbon iB Gas naturel Mazout Approche propos e Hydraulique amp Charbon m Gas naturel Mazout Approche propos e Figure 5 3 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO2 des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Mew Brunswick Ontario New England 0 Ton mi 250 300 00 3 150 100 50 Hydropower amp Coal Natural gas Oil Proposed approach 60 Ton Ontario New Brunswick New England New York E E a mi L 250 S00 250 00 z 3 150 100 50 Hydropower Coal Natural gas Oil Proposed approach 83 250 300 100 50 Proposed approach Mew York New England 250 300 250 1
15. 2 3 Identification of the marginal electricity production technology For each of the jurisdictions considered in this study the day ahead hourly electricity market prices see section 2 1 was compared to the estimated fuel costs 1n order to single out the marginal electricity production technology The marginal electricity production technology 1s defined as the last power plant in the merit order of all power plants needed to meet electricity demand and which output varies with small changes in local market conditions such as an increased demand due to Quebec imports or lower requirement for local supply due to Quebec exports Figure 2 displays the applied marginal technology identification approach In this case the day ahead hourly electricity market price MP is below the lower value at which natural gas production can be profitable and falls within the range of prices where coal production covers its fuel cost Therefore 1f Quebec electricity imports occur under such condition coal power plants are assumed to be affected by increasing their production On the other hand if there are some Quebec electricity exports coal power plants are assumed to decrease their production 145 It is assumed that electricity exchanges are not sufficient to cause a shift from a plant type to another and that no local network constraints are justifying out of merit power plants dispatching Also as almost all electricity produced in Quebec 94
16. 28 9 255 925 20 37 169 096 31 27 913 171 35 a Net Export Import b Percentage indirect emissions direct emissions The magnitude of indirect emissions also confirms the findings made by others Huang et al 2009 Matthews et al 2008 Power generation is one of the few sectors for which direct GHG emissions represent a large portion of the total GHG emissions Therefore operation stage GHG emissions could be used as a first approximation in case of electricity trade impact assessment 4 Discussion 4 1 Estimates comparison using different typical marginal technologies Coal fired and combined cycle gas turbine CCGT electricity generations are commonly used as marginal technologies especially during base and peak load periods Therefore one could estimate electricity trade implications on GHG emissions by using only these technologies and not taking into account electricity market dynamics In order to put our results in perspective four benchmark cases are suggested using the following scenarios 1 CCGT plants are always marginal 2 coal fired plants are always marginal 3 coal fired plants are marginal when Quebec exports but CCGT plants generates when Quebec imports best case from a GHG perspective and 4 CCGT plants are marginal when Quebec exports and coal fired plants are marginal when Quebec imports worst case from a GHG perspective Table 7 shows that our estimate presented in ta
17. 3 Results and discussion 3 1 First analysis RES benefits considering the hourly electricity market price In comparison to previous work 8 RES and micro wind 30 kW in particular were 1dentified to be economically feasible only at above average climatic conditions Refining the estimate by integrating the time variability of RES electricity production and matching it with the hourly electricity market price reveals lack of benefits in today s electricity market conditions In fact Table 7 results show that the RES electricity cost is much greater than its market value In this analysis the RES economic value is defined as the difference between the life cycle cost see 219 Table 3 and the hourly market price in jurisdictions adjacent to Quebec defined in their respective spot markets see section 2 1 Therefore a positive value indicates the significance of the life cycle costs of RES This 1s mainly explained by the high RES acquisition cost commonly confirmed with recent publication assessing the technico economic feasibility of small scale renewable technologies 5 7 30 Keeping in mind that renewable distributed generation programs arise out of electricity market reforms with talks of implementing a carbon mitigation policy such as carbon taxes 4 5 considering the impacts of carbon taxes on hourly electricity market prices is therefore justified when assessing the extent to which RES could be economically feasible Table
18. I8 Emissions from sources under the company s direct control also called Scope 1 and emissions from direct purchased energy Scope 2 Direct emissions only refer to power plant operation stage emissions in this paper Xuchao et al 2010 Upstream and downstream emissions in the company s value chain i e energy chain also called Scope 3 Xuchao et al 2010 See section 2 3 for definition 141 for every hour allowing to couple hourly electricity exchange with a specific GHG emission quantity Through the presented objective the paper s contributions 1s to provide a detailed case study on assessing marginal GHG emissions to help such future analysis in other jurisdictions and to shed a more informative light on how to estimate credit for possible emissions resulting from electricity trade 2 Methodology The following steps summarize the applied methodological procedure in order to estimate GHG emissions in each of the markets trading with Quebec at every hour l Matching of hourly transmission data from HQ Trans nergie OASIS Open Access Same time Information Systems with the day ahead hourly electricity market prices from the independent system operators of New England ISO NE New York NY ISO and Ontario Independent Electricity System Operator IESO over the 2006 2008 period Hydro Quebec TransEnergie 2010 IESO 2010 ISO New England 2010 NYISO 2010 2 Fuel cost estimates 3 Identi
19. The estimated emissions reductions from displaced traditional electricity generation depend on the timing of RES generation Figure 4 results do not consider the avoided GHG burdens and related additional economic benefits During RES generation the province of Quebec could be importing or exporting electricity from or to adjacent jurisdictions It is therefore assumed that when Quebec imports electricity due to increased electricity demand the marginal technologies in the adjacent jurisdictions that respond to Quebec s imports will decrease their production proportionally according to the amount of electricity that RES are able to provide It is also assumed that when Quebec exports electricity the marginal technologies in the adjacent jurisdictions will decrease their production since less is required of these technologies proportionally based on RES production Figure 5 results aim to bridge the gap by going one step further in the analysis and internalizing the externalities that correspond to the avoided GHG emissions due to RES generation For above average conditions RES and micro wind 30 kW in particular is determined to be economically feasible in the New Brunswick market with a carbon tax equal to US 50 tonne This is also the case for the New England jurisdictions with a carbon tax equal to US 80 tonne and is the case for the New York jurisdiction with a carbon tax over US 100 tonne No economic benefits are noted for the Ontario juris
20. en tenant compte de la dynamique de la production lectrique et par cons quent du changement des technologies marginales dans le temps La pertinence des r sultats pr sent s dans cet article se r sume par leur comparaison avec les r sultats issus de m thodologies plus traditionnelles d ACV cons quentielle approches conventionnelles appliqu es dans le premier article savoir en premier lieu l utilisation d une technologie marginale statique et en deuxi me lieu l utilisation de donn es moyennes de l approvisionnement lectrique En r sum les r sultats obtenus montrent que le choix de l approche change significativement les estimations des 1mpacts environnementaux et m me les conclusions de l tude des diff rences de 200 selon l approche Le quatri me article pr sent dans l annexe 4 a comme titre Assessing the economic value of renewable distributed generation in the Northeastern American market et a t soumis pour publication dans la revue Renewable and Sustainable Energy Reviews Ce dernier continue explorer le raffinement des impacts conomiques de la production distribu e en tenant compte de la variation dans le temps du prix du march de l lectricit L effet de la taxe sur le carbone est galement tudi avec le d veloppement d un mod le quilibre partiel L int gration de la de la taxe sur le carbone a pour effet 1 d augmenter le prix de production de l lectricit et par cons
21. tre effectu e selon les relations physiques entre les produits comme la masse la teneur nerg tique etc 3 L imputation devrait tre effectu e selon les relations non physiques entre les produits en utilisant la valeur conomique des coproduits Cette proc dure ne reconnait pas le lien entre le type d ACV et le choix d une r gle d imputation En effet l ACV A utilise g n ralement des m thodes d imputation alors que l ACV C utilise l largissement des fronti res du syst me par d finition 2 2 2 3 valuation des impacts environnementaux du cycle de vie EICV La phase d valuation de l impact du cycle de vie EICV et appel e ACVI par ISO est la troisi me phase de l ACV Son objectif est d valuer la port e des impacts environnementaux potentiels en utilisant les r sultats de l inventaire du cycle de vie et de fournir des informations utilisables pour la phase d interpr tation La phase d inventaire permet la quantification de flux de mati res et d nergies associ s au syst me l tude La grande quantit de donn es recueillies durant la phase de l inventaire rend l interpr tation de ces donn es fastidieuse C est pourquoi faire appel des m thodes d valuation des impacts de l inventaire est fort utile lors de la phase d interpr tation On en d nombre plusieurs IMPACT 2002 50 TRACI 51 LUCAS 52 etc 20 Typiquement ces m thodes utilisent soit une approche ax e sur les probl mes envir
22. 2005 13 G Lemming M Z Hauschild J Chambon P J Binning C Bulle M Margni and P L Bjerg Environmental Impacts of Remediation of a Trichloroethene Contaminated Site Life Cycle Assessment of Remediation Alternatives Environmental Science amp Technology vol 44 no 23 pp 9163 9169 2010 14 R J Spiegel D L Greenberg E C Kern and D E House Emissions reduction data for grid connected photovoltaic power systems Solar Energy vol 68 no 5 pp 475 485 2000 15 H Lund B V Mathiesen P Christensen and J H Schmidt Energy system analysis of marginal electricity supply in consequential LCA The International Journal of Life Cycle Assessment vol 15 no 3 pp 260 271 2010 16 M Pehnt M Oeser and D J Swider Consequential environmental system analysis of expected offshore wind electricity production in Germany Energy vol 33 no 5 pp 747 759 2008 17 D Sivaraman and G A Keoleian Photovoltaic PV electricity Comparative analyses of CO2 abatement at different fuel mix scales in the US Energy Policy vol 38 no 10 pp 5708 5718 2010 18 D Bristow R Richman A Kirsh C A Kennedy and K D Pressnail Hour by Hour Analysis for Increased Accuracy of Greenhouse Gas Emissions for a Low Energy Condominium Design Journal of industrial Ecology Online first 2011 19 M F Akorede H Hizam and E Pouresmaeil Distributed energy resources and benefits to t
23. 37 1 47 W30 7 24 58 8 3 Nouvelle W10 21 66 11 0 1 Ameleterre WI 7 24 58 8 2 PVm 2 8 38 5 47 PVp 2 8 38 5 47 W30 4 38 54 2 3 W10 4 39 54 2 1 New York W1 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 230 Tableau 2 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de production Hydro lectricit Charbon ou Mazout d nergies mesure renouvelables a W30 63 33 2 0 3 W10 64 33 2 0 1 Ontario WI 63 33 2 0 2 PVm 28 24 1 0 47 PVp 28 24 1 0 47 W30 23 20 52 2 3 A W10 24 20 53 2 1 DE WI 24 20 52 2 2 PVm 4 9 38 1 47 PVp 4 9 38 1 47 W30 20 20 57 1 3 Nouvelle W10 64 33 2 0 1 Ameleterre WI 20 20 57 1 2 PVm 4 10 38 1 47 PVp 4 10 38 1 47 W30 23 20 52 2 3 W10 24 20 53 2 1 New York W1 24 20 52 2 2 P
24. Available from WWW ecoinvent ch 18 Bergey Windpower Co Small wind trubines for homes businesses and off grid Available from http www bergey com 19 Marbek Resource Consultants Ltd Survey of small 300 W to 300 kW wind turbine market in Canada 2005 20 Burger B Bauer C Windkraft Report Final report No 6 XIII 2007 Available from WWW ecoinvent ch 21 Natural Resources Canada NRCan CTEC RETScreen 4ed Varennes Qc2008 22 Udo de Haes HA Heijungs R Life cycle assessment for energy analysis and management Applied Energy 2007 84 7 8 817 27 23 ISO ISO 14040 2006a Management environnemental Analyse du cycle de vie Principes et cadre 2006 p 29 24 ISO ISO 14044 2006b Management environnemental Analyse du cycle de vie Exigences et lignes directrices 2006 p 56 135 25 Bergey Windpower Co Small Wind Trubines For Homes Businesses and Off Grid 2009 Available from http www bergey com 26 Lenzen M Munksgaard J Energy and CO2 life cycle analyses of wind turbines review and applications Renewable Energy 2002 26 3 339 62 27 PR Consultants SimaPro7 version 7 1 8 2008 28 Jolliet O Margni M Charles R Humbert S Payet J Rebitzer G et al IMPACT 2002 A New Life Cycle Impact Assessment Methodology International Journal of Life Cycle Assessment 2003 8 6 324 30 29 G rzenich D Mathur J Kumar Bansal N Wagner HJ Cumulative energy demand for s
25. Gas turbine Pir mi 53 Combined cycle 23 Natural Gas 16 816 Combined cycle 9 730 Gas turbine 899 Steam turbine 21 11 6 142 e t 45 Nuclear 1 864 1 865 5 156 11 990 Hydroelectric 1 540 1 520 4 307 8 349 Other Renewable 2 Ft Total capacity 10 172 1 569 10 179 2 017 39 550 414 32 521 214 1 New England refers to the states of Maine New Hampshire and Vermont The other New England states Massachusetts Rhode Island and Connecticut are not considered because they do not share a border with Quebec and therefore do not trade electricity with the province 2 Other renewable includes municipal solid waste other biomass geothermal solar thermal photovoltaic energy and wind Note For US jurisdictions it is possible to disaggregate natural gas and oil capacity as a function of prime mover This additional step breaking down a plant s capacity by fuel and prime mover helps to provide detailed fuel cost data not only as a function of the fuel type but also as a function of the prime mover for example natural gas combined cycle plants are dispatched at a lower fuel cost than natural gas steam turbine plants For ON and NB data come from Statistics Canada which reports thermal capacity by technology type steam internal combustion and combustion turbine rather than by fuel like the EIA in the US However since the dominant fuel for steam power plants is coal for internal combustion is oil and for combustion turbi
26. Setting the Price For PV for the Advanced Renewable Tariffs Program In Ontario Canadian Solar Industries Association 2006 p 6 224 3 Hoicka CE Rowlands IH Solar and wind resource complementarity Advancing options for renewable electricity integration in Ontario Canada Renewable Energy 2011 36 97 107 4 Amor MB Pineau P O Gaudreault C Samson R Electricity trade and GHG emissions Assessment of Quebec s hydropower in the Northeastern American market 2006 2008 Energy Policy 2011 39 1711 21 5 Delucchi MA Jacobson MZ Providing all global energy with wind water and solar power Part II Reliability system and transmission costs and policies Energy Policy 2011 39 1170 90 6 Newcomer A Blumsack SA Apt J Lave LB Morgan MG Short Run Effects of a Price on Carbon Dioxide Emissions from U S Electric Generators Environmental Science amp Technology 2008 42 3 139 44 7 Borenstein S The Market Value and Cost of Solar Photovoltaic Electricity Production California US UCEI 2008 p 38 8 Amor MB Lesage P Pineau P O Samson R Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010 14 2885 95 9 Kemmoku Y Shundoh G Takikawa H Kawamoto T Sakakibara T A study of the buying price of photovoltaic electricity under a carbon tax regim
27. Various CED impact assessment methods exist They vary according to primary energy classification CED Impact method v1 05 described by ecoinvent was selected 31 SimaPro v7 1 software was also used for the modeling step 27 Even if the CED has been developed to simplify the LCA model 29 its simultaneous application is advisable as long as energy assessment is concerned Indeed LCA does not include an important indicator used in technical assessment of renewable technologies the Energy Payback Ratio EPR 32 33 The EPR is used as a performance indicator comparing the CED to the final energy produced The latter depends on the technical specifications and configurations of the investigated technologies Section 2 The Non Renewable Energy Payback 115 Ratio NR EPR can also be used as a performance indicator as it compares the cumulative non renewable energy demand with the produced energy This comparison is relevant for the assessment of renewable energy Therefore the NR EPR is used to assess the studied systems The results are presented in Fig 3 and discussed in Section 5 1 5 0E 07 4 5E 07 4 0E 07 3 5E 07 3 0E 07 2 5E 07 2 0E 07 1 5E 07 1 0E 07 5 0E 08 0 0E 00 1 8E 01 1 6E 01 1 4E 01 1 2E 01 4 1 0E 01 6 0E 02 4 6 0E 0 2 4 0E 02 4 2 0E 02 O 0E 00 Human Health B 3E 07 B Avg DALY kWh wag wig Wt Paim PP 4 0E 01 Climate Change 3 5E 01 3
28. c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 237 a Ontario Mew Brunswick Mew England Mew York b Ontario Mew Brunswick Mew England Mew York Sane E ble S E ol Saw E alk S S E a M om au E a 2zzz amp aa izzszaa szzaazzzszzze z2z2zz2 z o E 08 1 0E 02 2 0E 08 ti 0 5E 02 0 0E 00 T E 0 0E 00 2 0E 08 z a A L ME z T n t e 540608 Te e ei aaj e elt es aero S t 6 0E 08 u a 1 0E 02 8 0E 08 E E L 1 5E 02 0 1E 06 m m x m mi 0 1E 06 2 0E 02 Hydraulique amp Charbon Gas naturel Mazout Approche propos e Ontario Mew Brunswick Mew England New York d a QE 02 0 5E 00 2 0E 02 O 0E 00 4 O0 0E 00 2 0E 02 0 5E 00 4 DE s pis eM 5 50E 02 g i B 0E 02 8 T L5E 00 4 x 0 1E 00 0 1E 00 20E 00 0 1E 00 25E 00 4 0 2E 00 0 2E 00 3 0E 00 Hydraulique amp Charbon i Gas naturel Mazout Hydraulique amp Charbon Gas naturel Mazaut Approche propos e Approche propos e Figure 3 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO2 des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de
29. da LIT 711 ds ah 2 0E 00 4 0 1E 00 2 5E 00 4 0 2E 00 Taa 0 2E 00 3 0E 00 Hydraulique amp Charbon mn Gas naturel Mazout Approche propos e Hydraulique amp Charbon m Gas naturel Mazout a Approche propos e Figure 4 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 60 US tonne de CO2 des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 239 a Ontario New Brunswick New England New York b Ontario New Brunswick New England Mew York sae Eol E al Sw E al Se E a 2zz amp zs2szszkscs sszsk szsissszizz 406 08 1 0E 02 0 5E 02 9 O 0E 00 0 0E 00 2 0E 08 E A z z Ha d x F E mm e ji j ool fy 05E02 a ES i amp 0E 08 es e 1 0E 02 8 0E 08 1 5E 02 D 1E 06 s x m m 0 1E 06 2 0E 02 Hydraulique amp Charbon i Gas naturel Mazout A Approche propos e Hydraulique Charbon B Gas naturel Mazout
30. how new knowledge is generated when RES generation consequences are taken into account These observations are in accordance with previous work highlighting how ALCA and CLCAs yield complementary knowledge 45 46 W30 Wo wi LE 07 4 QE 00 1 E 07 2 E 07 3 E 0 7 DALY kWh d E 07 ROUES S E U7 4 amp E 07 3 VEO 8 E 07 J kg CO2eq kWh Ontario W30 W10 Ontario A Mew Brunswick Mew England Mew York E Pm PY p PY p Pm PVp W30 Pm PY p a E Wo Wil Wao Wo WI W10 LLL ee UU SS NNN SS SS CM LEE A EEE Wit Lie 1 LLL LEME EE 77 Inm o wx SS SS SX S XI SES SN SS GET Wee PE E m Hydropower OtCoal sx Natural gas m Oil New Brunswick New England New York a m ou BE A 2 2 amp Z c fr Pim Er LI 4 amp z Ls 7 7 LL 7 ER 77 E77 7 27 TC EA E A E LAE 27 7 Hae A ZZ 2277777 E Hydropower OCoal Maturalgas W Oil MJ primary kWh PDF mrm2 wvr kWh 0 10 O 08 4 0 0 0 04 ee Ontaria Wo Mew Brunswick New England Mew York gt e Pm Pip a Se oe Wio Wi a Cc c Bs S Wi tee Ea L I f m Hydropower OtCoal s Natural gas m Oil Mew Brunswick New England Mew York S248 e mi T w10 E a a gt a Prin
31. p 650 167 Environment Canada 2010 National Inventory Report 1990 2008 Greenhouse Gas Sources and sinks in Canada Part 3 Greenhouse Gas Division Gatineau Qc p 133 FERC 2008 Petition of Northeast Utilities Service Co and NSTAR Electric Co for Declaratory Order in EL09 20 replacement for 20081212 5134 filed on December 13 2008 Federal Energy Regulatory Commission Washington DC p 34 FERC 2009 2008 State of the Markets Report Federal Energy Regulatory Commission Washington DC p 80 Gagnon L Belanger C Uchiyama Y 2002 Life cycle assessment of electricity generation options The status of research in year 2001 Energy Policy 30 1267 1278 Harris C 2006 Electricity markets pricing structures and economics John Wiley amp Sons Chichester Hoboken NJ Huang Y A Weber C L Matthews H S 2009 Categorization of Scope 3 Emissions for Streamlined Enterprise Carbon Footprinting Environmental Science amp Technology 43 8509 8515 Hydro Quebec 2010a Annual Report 2009 Shaping the Future Hydro Qu bec Montreal QC p 120 Hydro Quebec 2010b Strategic Plan 2009 2013 Hydro Qu bec Montreal QC p 94 Hydro Quebec 2010c Sustainability Report 2009 Hydro Qu bec Montreal QC p 44 Hydro Quebec TransEnergie 2010 Path Diagram Metered interchanges MW Hydro Qu bec TransEnergie OASIS www transenergie com oasis hqt en schemas htmlx IEA 2009 CO2 Emissions Fro
32. quent selon les m canismes d quilibre partiel augmenter la valeur de l lectricit dans le march et 2 d influencer la fr quence d utilisation des technologies marginales dans le temps Ces changements viennent leur tour modifier les r sultats sur les impacts conomiques en cons quence de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables L effet de l introduction de la taxe carbone sur la performance environnementale de la production distribu e n a pas t valu dans le quatri me article mais l est dans l annexe 5 40 CHAPITRE 4 M THODOLOGIE G N RALE La Figure 4 1 pr sente la m thodologie g n rale adopt e afin de r pondre aux objectifs vis s d une part et de confirmer ou infirmer l hypoth se de recherche d autre part tape 1 valuation int gr e et comparaison des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e Objectif 1 Analyse du cycle de vie Analyse des couts du cycle de vie Int grer l effet de diff rents sc narios de conditions m t orologiques repr sentatifs de la province de Qu bec Etape 3 E tape 4 Etape Z D veloppement et application du mod le pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la Approche moyenne production lectriq
33. t utilis comme donn es secondaires proxy b Estimation du cout du combustible fuel cost sur une base horaire 52 Les centrales de production lectrique sont mises en op ration selon un ordre d termin merit order jusqu r pondre la totalit de la demande lectrique Cet ordre est d fini selon le cout du combustible US kWh qui est gal au cout de la mati re premi re SUS Btu multipli par le rendement thermique de l unit de production Btu KWh 32 91 Par exemple le cout de production des unit s hydrauliques est beaucoup moins lev que celui des unit s thermiques exemple gaz naturel et mazout Ces derni res sont donc mises en op ration uniquement quand la demande en lectricit est importante demande de pointe La Figure 4 3 pr sente l ordre traditionnel d op ration des centrales lectriques en fonction de leurs couts de combustibles Plusieurs bases de donn es ont t consult es pour estimer le cout de combustibles par type de centrale et par autorit En premier lieu le prix de la mati re premi re charbon gaz naturel et mazout pour la p riode entre 2006 2008 provient de la base de donn es de la EIA Energy Information Administration 92 94 Ensuite le rendement thermique Btu KWh par type de centrale a galement t d termin pour la m me p riode de temps pour les autorit s voisines de la province de Qu bec Pour les provinces de l Ontario et du Nouveau Brunsw
34. une valuation int gr e suivant une approche cycle de vue des impacts conomiques et environnementaux reli es aux cons quences d un changement donn e n a encore pas t identifi e dans la litt rature L application int gr e de plusieurs outils du cycle de vie pr sent e dans le cadre du projet de recherche est en coh rente avec les travaux et propositions actuelles sur l tablissement du cadre m thodologique pour l analyse de la durabilit du cycle de vie Life Cycle Sustainability Analysis LCSA dans le but de minimiser les discordances m thodologiques entre les diff rents outils du cycle de vie 41 62 2 D montrer en absence et en pr sence de la taxe sur le carbone l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique pour valuer le bon fondement des approches conventionnelles valuer pour le court terme les cons quences environnementales et conomiques de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables par le solaire Photovoltaique et les oliennes de petites puissances Ceci a galement permis de mettre de l avant des recommandations quant aux limites des approches conventionnelles 3 Introduire la composante temporelle horaire dans la m thodologie cons quentielle cycle de vie Ce dernier commence peine tre consid r dans la litt rature Jusqu pr sent la composante temporelle est utilis e dans certains aspects de l valuation des impacts du cycle de
35. une fr quence moindre Ces observations viennent en compl ment aux travaux sur les technologies marginales pour le long terme En effet ces r cents travaux montraient que les donn es marginales pour le long terme repr sentent les cons quences d investissement dans plusieurs technologies et non dans une seule technologie marginale 68 112 Tableau 5 3 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec d heures durant 2006 2007 et 2008 adapt de Amor et al 98 a Hydro lectricit Charbon Gaz naturel Mazout 2006 10 81 9 0 Dane 2007 6 76 18 0 2008 36 56 8 0 2006 2008 2j 66 12 0 2006 0 52 48 0 Nouveau 2007 0 50 50 0 Brunswick 2008 9 40 50 0 2006 2008 3 47 50 0 2006 0 28 65 7 Nouvelle 2007 0 19 67 14 Angleterre 2008 51 27 47 5 2006 2008 8 25 59 9 2006 0 35 64 l 2007 0 39 60 l bestiis Inn 11 44 41 4 2006 2008 4 40 54 2 71 a Les fr quences des technologies marginales ont t triangul s avec des donn es r elles horaire par unit de production lectrique se trouvant en Ontario Plus de d tails sur cette tape de validation des r sultats du mod le avec des donn es r elles se trouvent dans l article 2 section appendix A Les r sultats de cette tape de validation montrent que le mod le est assez fiable pour l utiliser dans le but de raffiner la quantification des diff rents impacts du cycle de vie 5 3 2 Application du mod le
36. utile L nergie utile produite peut tre m canique ou lectrique Pour le premier exemple le vent fait tourner un rotor d olienne qui entraine un dispositif m canique comme un syst me de leviers qui fait son tour fonctionner une pompe eau par exemple Pour le second cas l olienne remplace le fonctionnement d une g n ratrice pour la production lectrique 32 Les composantes principales d une olienne de petites puissances sont la tour partie fixe le rotor et les nacelles parties amovibles ou mobiles Ces composantes sont essentiellement constitu es de m tal acier aluminium cuivre et de fibre de verre 35 L installation de la partie mobile est accomplie de fa on similaire d autres projets d infrastructures utilisant divers mat riaux de construction comme les c bles en acier dans le cas d un sout nement La tour supporte l olienne et fait donc partie int grante du syst me olien Il existe diff rents types de tours Les tours hauban es sont conomiques et tr s r sistantes L ancrage ad quat des haubans n cessite un espace suffisant la base de la tour Les fondations en b ton de la tour doivent tre assez profondes pour r sister aux efforts maximums de traction des c bles Les tours en treillis 13 autoportantes sont g n ralement plus couteuses car les mat riaux qui entrent dans leur construction doivent tre plus lourds N tant pas hauban es elles doivent poss der des fondati
37. vie EICV Ce projet de recherche a r ussi int grer le temps lors de la quantification de l inventaire du cycle de vie D une mani re plus sp cifique cet inventaire repr sente la variation de la technologie marginale dans le temps Une r solution horaire a t s lectionn e pour illustrer l intensit de cette variation Cette int gration du temps dans la quantification de l inventaire a montr son utilit pour l valuation des impacts environnementaux du cycle de vie 4 D montrer que les technologies marginales sont compos es par plusieurs technologies de production lectrique et non par une seule technologie statique en effet il a t pr sent dans le revue de litt rature que dans le cas de la production lectrique une donn e marginale de type court terme sur la m me production d lectricit ne tiendrait compte que de la centrale d lectricit qui se voit perturb dans sa production par exemple devra augmenter sa production 95 cause de l augmentation de la consommation lectrique 44 48 Or la suite de l identification des technologies marginales les r sultats obtenus en int grant la dynamique de la production lectrique montrent que consid rer uniquement une seule centrale de la production lectrique comme technologie marginale n tait pas bien repr sentatif de la r alit En effet plusieurs centrales ont t identifi es comme marginales tout en variant dans le temps et 5 D v
38. while the operating equipment life s are 20 and 30 for the wind and solar technologies respectively Table 3 shows that the 30 kW micro wind turbine posts a better life cycle cost than the 3 kWp poly crystalline However the economic values of the RES electricity once it 1s integrated into the grid are not considered here In this case matching RES electricity production and time dependent electricity market prices 1s an important step to consider The analyses in this study try to fill this gap 210 Table 2 Life cycle cost inventory of the selected RES W30 Micro wind 30 kW W10 Micro wind 10 KW WI Micro wind 1kW PVm 3kWp mono crystalline PVp 3 kWp polycrystalline 5 Production Installation Operation End of life BES US US US US W30 94 486 58 32 771 20 12 746 8 22 935 14 W10 47 900 62 13 629 18 3 922 7 10 418 13 WI 7 414 67 1 803 16 639 6 1 280 11 PVm 11 338 76 2 288 15 0 0 1 263 8 PVp 10 420 76 2 063 15 0 0 1 139 8 The life cycle cost inventory 1s not normalized by the final energy produced Table 3 RES Life cycle cost USS MWh and geographical variations W30 micro wind 30 kW W10 micro wind 10 kW WI micro wind 1 kW PVm 3 kWp mono crystalline PVp 3 kWp poly crystalline RES Below Aeneas Above average average W30 405 186 145 W10 690 313 239 WI 969 427 322 PVm 44 383 340 PVp 409 355 315 2 1 First analysis RES benefits considering the hourly electricity market price Every yea
39. 047 9 255 925 37 169 096 27 913 171 a Net Export Import Le Tableau 5 4 montre les impacts des changes d lectricit sur le bilan GES dans le contexte nord est am ricain En effet si on consid re les missions du cycle de vie et ce pour les trois ann es consid r es l exportation et l importation ont permis de r duire pr s de 28 millions de 12 tonnes les missions chez les march s voisins de la province de Qu bec Cela repr sente des r ductions d missions d environ 9 millions de tonnes par ann e Pour quantifier le degr de raffinement des r sultats obtenus l utilisation d approches conventionnelles et plus particuli rement des donn es marginales pour le court terme a t appliqu e Pour ce faire quatre sc narios ont t propos s Le premier et le deuxi me posent respectivement comme hypoth se qu uniquement la technologie au charbon et au gaz naturel sont marginales Le troisi me sc nario pose comme hypoth se qu uniquement le gaz naturel est marginal durant l importation et qu uniquement la technologie au charbon est marginale durant l exportation Le dernier sc nario propose d inverser le troisi me sc nario en interchangeant les technologies marginales durant l importation et l exportation de la province de Qu bec Les r sultats obtenus du premier sc nario Charbon surestiment les r sultats de 87 comparativement ce qui a t quantifi en utilisant le mod le propos D un autre
40. 0E 01 2 9E 01 2 0E 01 1 5E 01 1 0E 01 5 0E 02 0 0E 00 l D NHN Oho C CB Oo P W30 WTO Pim PVp WA Fig 3 Geographical dependence of the life cycle results B Avg below average Avg average condition A Avg above average W30 Micro wind 30 kW W10 Micro wind 10 kW W1 Micro wind 1kW PVm 3kWp mono crystalline PVp 3 kWp polycrystalline 116 Besides environmental and energy assessments the investigated systems are also compared using life cycle costing LCC methodology As the results are used in parallel to environmental ones i e LCA there is no need to internalize the environmental impacts for the LCC modeling Therefore to avoid double counting applying conventional LCC is justified 34 As a basis for calculation the economic impacts were scaled to the FU in LCA terms Required data were obtained from the main manufacturers serving the subject area 18 35 Some data were difficult to obtain as manufacturers are not always concerned by the whole life cycle process e g do not necessarily install them and did not have full control of the final cost to the consumer RETScreen user manual recommendations was used to fill data gaps especially for the installation operation and end of life stages 21 It was assumed that all production costs already accounted for transportation costs In addition as the end of life cost for small scale systems was difficult to obtain it was assumed
41. 1s hydroelectric Statistics Canada 20092 it is assumed that the marginal technology is always hydropower in Quebec USS MWh MP Nuclear Hydro Coal Oil MW Figure 2 Schematic supply curve for the identification of the marginal technology based on the market price MP 2 4 Trade related GHG emissions estimates The GHG emission rates are estimated over the power plant operation stage sub section a and over the entire life cycle of electricity production i e energy chain emissions from resource extraction to the power plant end of life stage sub section b The next sub sections 28 Imports or exports are assumed to be not larger than the capacity of a generation type that is estimated to be on the margin Therefore shifts from a plant type to another are not caused When thermal generation in Quebec is online i e high Quebec electricity consumption during cold winter day this assumption could overstate the reduction in GHG due to electricity trade However there is thermal generation in Quebec only when cheaper imports are not available and no exports usually happen during these periods 30 Once again operation stage GHG emissions refer to direct emissions Life cycle GHG emissions refer to indirect emissions 146 describe in greater details this methodological step Once estimated the GHG emission rate of the identified marginal electricity production technology section
42. 2 3 can be multiplied by the hourly electricity export or import The final result corresponds to the amount of GHG saved or released in the atmosphere due to trade 1 e trade related GHG emissions In fact for a given hour if the province of Quebec exported more than it imported GHG emission are avoided due to the fact that hydropower emissions are lower On the other hand if Quebec was a net importer more emissions are released due to the fact that it imported from a technology emitting more GHG than hydropower a Operation stage GHG emission rates Table 1 presents for each of the jurisdictions considered in this study the estimated power plant operation stage GHG emission rates tonne CO eq MWh New Brunswick and Ontario GHG emission rates by fuel type were obtained from Environment Canada and Statistics Canada Environment Canada 2008 Statistics Canada 2008b 2009b 2010b In the absence of a detailed value by prime mover average values were used As US data was provided for fuel and prime mover a finer approach was used for New York and New England Their power plant operation stage GHG emission factors tonne CO eq Btu were determined from EIA data table EIA 2010e and multiplied with the computed heat rates Btu kWh section 2 2 to estimate the final GHG emission rates by fuel and prime mover b Life cycle GHG emission rates As previously stated life cycle GHG emissions account for GHG emissions over the whole
43. 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Marginal technology No RES Hydropower Coal es Oil ui W30 20 65 11 0 4 W10 20 66 11 0 2 Ontario W 1 20 65 11 0 4 PVm 8 36 9 0 47 PVp 8 36 9 0 47 W30 4 37 53 2 4 NT W10 4 38 54 2 2 E ETE W 1 4 38 53 2 4 PVm 1 15 36 1 47 PVp 1 15 36 1 47 W30 4 37 53 2 4 W10 4 38 54 2 2 ru 4 WI 4 38 53 2 4 PVm 1 15 36 1 47 PVp 1 15 36 1 47 W30 4 37 53 2 4 W10 4 38 54 2 2 New York W1 4 38 53 2 4 PVm 1 15 36 1 47 PVp 1 15 36 1 47 a No RES generation refers to the hour percentage when no marginal electricity production technologies decrease their production due to the variability of RES production 3 2 Life cycle environmental impact abatements as a consequence of RES generation Life cycle environmental impact abatements per kWh as a consequence of RES generation and as a function of Quebec adjacent markets are shown in Figure 1 Contributions of the different types of marginal electricity production technologies to the total environmental impact abatements are also illustrated These contributions consider marginal electricity production technology frequencies Table 1 in addition to their emission rate intensities e g kg CO eq kWh For 182 example looking at the climate change indicator in Figure 1 the contribution of New Brunswick s
44. 37 2 Presentation des ANICICS ESA radar A Ne RS 38 CHAPITRE 4 METHODOLOGIE G N RALE eee 40 4 1 1 Pr sentation des syst mes s lectionn s de production distribu e d nergies renouvelables et du contexte Capp CANON 5m dires T ste dent ave vsu ev eines 41 4 1 2 Evaluation int gr e et comparaison des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e Article 1 42 4 1 3 Application des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production SOUCA IE B EE 47 XVI 4 1 4 D veloppement et application du mod le pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 3 et 4 50 4 1 5 D veloppement et application du mod le d quilibre partiel pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e Article 4 et Annexe 5 58 CHAPITRE 5 PRINCIPAUX R SULTATS DU PROJET DE RECHERCHE 66 5 1 R sultats de l valuation int gr e des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e et comparaison awe MB e T
45. 62 29 2 4 2 Evaluation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables En plus de ne pas valuer de mani re int gr e les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie les tudes identifi es consid rent des sc narios id aux pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables En effet les centrales de production lectrique partir du charbon ou du gaz naturel grandes mettrices de GES sont commun ment consid r es pour valuer les missions potentiellement r duites reli s aux cons quence de l int gration de la production d nergies renouvelables dans le r seau 7 22 23 Recourir des sc narios sans justification peut limiter l application des conclusions de ces tudes dans un contexte de prise de d cisions Plusieurs approches peuvent tre appliqu es pour la quantification des impacts reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables Ces approches consistent utiliser soit des donn es moyennes soit des donn es marginales pour le court terme et ou pour le long terme 2 4 2 1 Donn es moyennes de la production lectrique L utilisation des donn es moyennes mod lisant le r seau d approvisionnement lectrique Grid mix en consid rant
46. 65E 07 4 69E 07 2 68E 07 Hydropowe 4 03E 09 Ecosystem Quality PDF m2 yr kWh New York ST GT Coal 1 40E 01 IC CC Natural ga 1 55E 02 1 49E 02 1 74E 02 1 13E 02 Oil 1 05E 01 1 32E 01 1 33E 01 6 0E 02 Hydropowe 6 73E 04 Climate Change Kg CO eq kWh New York ST GT Coal 1 04 E400 IC CC Natural ga 6 98E 01 6 68E 01 7 84E 01 4 52E 01 Oil 9 80E O1 1 23E 00 1 24E 00 7 84E 01 Hydropowe 4 68E 03 Ressources MI primary kWh New York ST GT Coal l 08ETD1 IC CC Natural gas 1 41E 01 1 34E 01 1 58E 01 9 47E 00 Oil 1 48E 01 1 86E 01 1 88E 01 1 19E 01 Hydropowe 4 90E 02 New England ST GT IC CC 4 85E 07 1 81E 06 1 06E 06 6 88E 08 4 22E 07 6 06E 07 3 81E 07 2 30E 07 4 03E 09 New England ST GT IC CC 1 56E 01 2 06E 02 1 21E 02 1 13E 02 1 19E 01 1 1E 01 1 08E 01 5 5E 02 6 73E 04 New England ST GT IC CC 1 16E 00 9 26E 01 5 43E 01 4 50E 01 1 12E 00 1 60E 00 1 01E 00 6 3E 01 4 68E 03 New England ST GT IC CC 1 21E 01 1 86E 01 1 09E 01 9 43E 00 1 69E 01 2 42E 01 1 53E 01 1 02E 01 4 90E 02 Table S4 Life cycle emission rates of the Quebec consumption mix Damage category Human health Ecosystem quality Climate change Resources Unit DALY kWh PDF m y kWh kg CO eq kWh MJ primary kWh Quebec electricity consumption mix 1 26E 08 1 58E 03 2 3 E 02 5 98E 01 4 43E 07 1 13E 06 4 83E 07 4 03E 05 1 42E 01 1 29E 02 1 37E 01 6 73E 04
47. 7 RES loss production cost minus revenue US MWh and geographical variations W30 micro wind 30 kW W10 micro wind 10 kW W1 micro wind 1 kW PVm 3 kWp mono crystalline PVp 3 kWp poly crystalline Market ME ES WI Pym PVp conditions B Average 316 96 586 76 850 15 347 89 317 51 New Average 113 12 233 24 341 28 296 70 270 29 Brunswick A Average 74 95 163 17 242 31 255 44 232 01 B Average 316 96 586 76 850 15 347 89 317 51 d Average 109 79 229 80 337 76 293 47 267 05 Average 72 67 160 73 239 81 252 30 228 87 B Average 323 94 593 68 857 09 354 13 323 75 T Average 117 39 237 48 345 49 299 92 273 51 A Average 79 34 167 48 246 59 258 54 235 11 B Average 337 40 607 21 870 59 364 50 334 11 Ontario Average 131 15 25125 359 25 310 76 284 34 Average 93 36 181 47 260 57 268 99 245 57 3 2 Second analysis RES benefits considering different carbon tax levels Referring to the partial equilibrium model that was developed section 2 2 different levels of carbon taxes from 0 to 100 US tonne CO eq are simulated For every level new values of the parameters aj and f are obtained and consequently new po jh hourly electricity market price values are determined using equations 5 and 6 see Figure 3 Using the estimated new 220 hourly electricity market price P jh the economic benefits of RES are estimated in keeping with the first analysis section 2 1 and using the difference between their life cycle costs see Table 3 and t
48. 8E 06 4 2E 06 Global warming kg CO eq 7 2E 02 6 3E 02 5 6E 02 6 5E 02 5 7E 02 5 0E 02 Non renewable energy MJ primary 1 2E 00 1 1E 00 9 5E 01 1 1E 00 9 4E 01 8 3E 01 Mineral extraction MJ surplus 5 2E 03 4 5E 03 4 0E 03 5 4 E 03 4 7 E 03 4 E 03 130 Table 10 Geographical dependence of the life cycle system performances B Avg below average Avg average condition A Avg above average Environmental performance Energy Economic T Damage category performance Performance aiem ES Ta Human health Ecosystem quality Climate change Resources NR EPR Cost DALY PDF m yr kg CO2 eq MJ primary USD B Avg 3 7E 07 1 2E 01 2 4E 01 3 7E 00 l 1 53 Micro wind 30 kW Avg 6 2E 08 2 1E 02 4 0E 02 6 2E 01 6 0 25 A Avg 3 1E 08 1 0E 02 2 0E 02 3 E 01 11 9 0 13 B Avg 3 E 07 2E 01 2 8E 01 4 2E 00 0 9 1 01 Micro wind 10 kW Avg 9 5E 08 3 8E 02 8 6E 02 1 3E 00 2 8 0 30 A Avg 6 4E 08 2 6E 02 5 8E 02 8 7E 01 4 2 0 20 B Avg 8 3E 07 3 9E 01 5 6E 01 9 4E 00 0 4 1 50 Micro wind kW Avg 2 4E 07 1 1E 01 1 6E 01 2 7E 00 1 4 0 42 A Avg 1 5E 07 7 1E 02 1 0E 01 1 7E 00 2 2 0 27 B Avg 5 7E 08 2 1E 02 7 2E 02 1 2E 00 3 0 44 3 kWp Mono crystalline Avg 5 0E 08 1 8E 02 6 3E 02 1 1E 00 3 4 0 38 A Avg 4 4E 08 1 6E 02 5 6E 02 9 6E 01 3 8 0 34 B Avg 5 4E 08 2 0E 02 6 5E 02 1 1E 00 3 4 0 41 3 kWp Poly crystalline Avg 4 7 E 08 1 8E 02 5 7E 02 9 4E 01 3 9 0 36 A Avg 4 2E 08 1 6E 02 5 0E 02 8 4E 01 4 4 0 32 131 Table 11 Affected systems life cy
49. COBCIUSIONS SR Cu accus Nano ii 92 Va CODEFIDULIOLS 09 1 errr ere ee rn yr mr rere nn a a item nent ra vem ae et ei 94 7 3 POISDEC UU Cade ee on nO E 95 BIBLIOGRAPHIE nn ales dete dina eve Nd rede d cmt nina nine 98 ANNEXE 1 ARTICLE 1 CAN DISTRIBUTED GENERATION OFFER SUBSTANTIAL BENEFITS IN A NORTHEASTERN AMERICAN CONTEXT A CASE STUDY OF SMALL SCALE RENEWABLE TECHNOLOGIES USING A LIFE CYCLE METHODOLOGY 107 XVIII ANNEXE 2 ARTICLE 2 ELECTRICITY TRADE AND GHG EMISSIONS ASSESSMENT OF QUEBEC S HYDROPOWER IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET 2006 ANNEXE 3 ARTICLE 3 IMPLICATIONS OF MODELING TEMPORAL ASPECTS OF ELECTRICITY SUPPLY LCA OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN THE NORTHEASTERNCOAMERICAN MARRE 55 1 5 ert dee tu p Dhu da added 170 ANNEXE 4 ARTICLE 4 ASSESSING THE ECONOMIC VALUE OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET 204 ANNEXE 5 VALUATION DE L INFLUENCE DE L INTRODUCTION DE LA TAXE CARBONE SUR LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET CONOMIQUES RELI S AUX CONSEQUENCES DE L INT GRATION DE LA PRODUCTION DISTRIBU E 227 ANNEXE 6 DESCRIPTION DES TAPES DU CYCLE DE VIE mu 241 XIX LISTE DES TABLEAUX Tableau 4 1 Pr sentation des syst mes s lectionn s de production distribu e d nergies renouvelables adapte de Amor et al 77 oii etre tte insistant 4 Tableau 4 2 Intervalle de vitesses de vent et de radiations solaires pour la province de Qu bec adapt
50. Ces cellules en g n ral d un bleu uniforme poss dent un rendement sup rieur aux cellules polycristallines environ 16 30 33 12 Pour produire une cellule polycristalline le terme multicristalline est galement utilis du silicium liquide est coul dans des blocs qui sont par la suite sci s en tranches Au cours de la solidification des structures cristallines de tailles diverses se forment ce qui explique l apparence non uniforme des cellules Ces cellules poss dent un rendement l g rement inf rieur aux cellules monocristalline environ 1496 mais restent appliqu es pour produire de l nergie renouvelable 31 Le projet de recherche ne consid re que ces deux types de cellules PV qui sont actuellement les plus r pandues 2 1 2 2 Les oliennes de petites puissances selon le TechnoCentre olien 34 le march canadien des oliennes de petites puissances est divis en trois cat gories soient e Les mini oliennes ayant une capacit de production nominale de 300 W 1 kW e Les petites oliennes dont la capacit se situe entre 1 et 30 kW fr quemment employ es pour la production distribu e et admissibles la tarification nette et e Les moyennes oliennes se situant entre 30 et 300 kW Bien qu il existe plusieurs types d oliennes la technologie axe horizontal trois pales est la plus utilis e Un syst me olien consiste capter l nergie olienne et la convertir en nergie
51. E on buen etui dea e once 14 222 Disuncuomentre VAC VSA etTI ACV banane tannins 15 2 2 3 Conclusion sur la distinction entre l ACV A et l ACV C NN 21 2 3 Outilsxl valuatdon CONOMIQUE ien eed nda Ra Rail 22 XV Zoek d ttOOUcHOm ad 7C C osea ee a taam unida tune Hades 22 2 5 2 JDistinchon entre des types ACCES rs eate odo ee tie doom 23 2 4 Analyse critique de la revue de Iitteralute i ee tre a od des cens 28 2 4 1 Evaluation des impacts environnementaux et conomiques attribuables aux syst mes de production distribu e d nergies renouvelables eeesseeese 28 2 4 2 Evaluation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables 29 2 4 3 Dynamique de la production lectrique lors de l valuation des impacts environnementaux et conomiques e ideseesss eed a Nee ossa ee ee eun ees a vae PEE E ENTER vae eund 3l 2 4 4 Influence de la taxe sur le carbone sur les impacts environnementaux et conomiques 32 2 4 5 Conclusions de l analyse critique de la revue de litt rature 34 CHAPITRE3 D MARCHE DE L ENSEMBLE DU TRAVAIL DE RECHERCHE 36 3 1 Hypothesede echerch Cl OD CCUIS see de ieee nn net 36 Sale FAV porhese ue recher NG Le nn tritt aeta erts end este utet ao ea en edet 36 2 1 2 Ob Jectits de TSclerclle coude onte ee ac ee ees oa EIN Rs ess
52. Energy Regulatory Commission 2008 State of the Markets Report Federal Energy Regulatory Commission Washington DC Rapport technique 2009 http www ferc gov market oversight st mkt ovr 2008 som final pdf Consult le 13 octobre 2009 Canadian Electricity Association Power generation in Canada A guide Canadian Electricity Association Ottawa ON Rapport technique 2006 www canelect ca Consult le 13 octobre 2009 IESO Market Summaries Ontario Independent Electricity System Operator Market Summaries pp 2010 Disponible www theimo com imoweb marketdata marketSummary asp Consult le 12 mars 2009 ISO New England Historical Data Hourly Zonal Information Hourly Zonal Information pp 2010 Disponible WWNW 1SO ne com markets hstdata znl info hourly index html Consult le 12 mars 2009 NYISO Market Data Exchange Day Ahead Market LBMP Pricing Data pp 2010 Disponible www nyiso com public market data pricing data jsp Consult le 12 mars 2009 C Harris Electricity markets pricing structures and economics Chichester Hoboken NJ John Wiley amp Sons 2006 EIA Coal News and Markets Archive Coal News and Markets pp 2010 Disponible http www ei1a doe gov cneaf coal page coalnews cnmarchive html Consult le 02 f vrier 2010 EIA Natural Gas Futures Prices NYMEX Dollars per Million BTU Natural Gas Futures Price pp 2010 Disponible http tonto e
53. Finnveden T Ekvall et A Bjvrklund Life cycle assessment of fuels for district heating A comparison of waste incineration biomass and natural gas combustion Energy Policy vol 35 no 2 pp 1346 1362 2007 M A Delucchi et M Z Jacobson Providing all global energy with wind water and solar power Part II Reliability system and transmission costs and policies Energy Policy vol 39 no 3 pp 1170 1190 2011 A Newcomer S A Blumsack J Apt L B Lave et M G Morgan Short Run Effects of a Price on Carbon Dioxide Emissions from U S Electric Generators Environmental Science amp Technology vol 42 no 9 pp 3139 3144 2008 eFormative Options LLC et Entegrity Wind Systems Inc Small wind siting and zoning study development of guidelines and a model zoning by law for small wind turbines under 300kW Canadian Wind Energy Association Rapport technique 2006 www smallwindenergy ca downloads Small Wind Siting Guidelines pdf Consult le 23 juin 2008 M B Amor P Lesage P O Pineau et R Samson Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 14 no 9 pp 2885 2895 2010 Bergey Windpower Co Small wind trubines for homes businesses and off grid Bergey Windpower Co Disponible http www bergey com Consult le 15 j
54. LL IA EL PPP A M A A tb Yl m o a uj uw t Q E 00 1 E 07 2 E 07 5 E 07 6 E 07 7 E 07 uNvi ATeG m Hydropower OCoal SNaturalgas m Oil 0 10 m Hydropower OCoal SNaturalgas m Oil 8 E 07 New York New Brunswick Ontario New Brunswick New England New York Ontario New England dAd Ul Ad I OTM OEM dAd Ul Ad I OTM OEM dAd Ul Ad TM OTM OEM dAd TM OTM OEM dAd Ul Ad I OTM OEM dAd W Ad TM OTM OEM dAd L OTM OEM dAd Ul Ad t OTM OEM 2 00 M A MEN OUOU 0077 YMMV WP MM M VL pl p Pa CL A CL A PA A A A A YMA e e e e o 9 amp 8 8 0 00 10 00 ymy Mewjd IN PA UMMM LLLA UMMM UMMM LANE VE ss UDG Ad ANN A CZ CZ GA WMA IA YMA PA m Hydropower OCoal sNaturalgas gm Oil 12 00 m Hydropower OCoal SNaturalgas gm Oil Figure S83 Life cycle environmental impact abatements in Quebec adjacent markets as a consequence of RES generation in above average Quebec climatic conditions a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 W1 PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 KW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline ications l ice imp 8 Methodological cho As introduced in section 3 3 results presented in Figures S2 and S3 are compared to results obtained usin
55. Proposed appoach Figure S4 Choices of electricity supply modeling and implications on estimating life cycle environmental impact abatements a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Below average Quebec climatic conditions 201 Mew Brunswick Mew York Ontario New England New Brunswick New England Mew York 2 E E mu E m m 72 5 6 amp z2 amp 406 07 1 0E 01 2 0E 07 5 DE 02 D0 OE 00 O 0E 00 2 0E 07 E i z 4 0E 07 5 0E 02 ri E i Ha 5 0E 07 2 1 0E 01 B OE OZ 1 5E Ud LOE 06 1 2E 06 2 UE U1 Quebec Average Consumption mix Natural gas IN Oil Proposed appoach Quebec Average Consumption mix amp Natural gas ICH Proposed appoach Ontario Hew Brunswick Mew England Hew York d Ontario New Brunswick New England Hew York E el S E aj E al e E a aao E al 98 E amp 9 E als E a M n m on n P o n m m m m A MI tr oe m 2 2 2 2 23 2 2 3 2 Z Z zz 3 3 3 EIS SSE ES SSE ES SSE E QE m wu v um RES O 0E 0i co 2 QE 01 4 0E 01 Hu T e ue e e e 0E 00 e e e a 1 amp or o1 ES E E iiis 77 anale tels T2 E 1 0E 01 5
56. TWh in 2007 almost entirely from hydro sources 94 percent and mostly 90 percent from Hydro Quebec HQ the government owned utility Statistics Canada 2008a Quebec is also well interconnected with its neighbours and actively trades with New Brunswick New England New York and Ontario The interregional transmission lines offer a maximum export capacity of 8 380 MW and a maximum import capacity of 6 125 MW This represents at any given moment a theoretical export capacity of 20 percent of Quebec production and an import capacity of 15 percent Hydro Quebec TransEnergie 2010 Moreover new transmission projects are planned 140 to New England 1 200 1 400 MW FERC 2008 and New York Champlain Hudson Power Express 2010 Quebec neighbours have much less access to hydropower and consequently rely more on GHG emitting fossil fuels for their power production Therefore there could be significant environmental benefits in Quebec s hydropower exports if they substitute fossil electricity production Estimating the extent to which GHG emissions can be reduced from such exports and arbitrage capabilities 1 e imports for exports is a research area already identified in the literature Pineau and Lefebvre 2009 Furthermore current GHG quantification protocols such as the GHG Protocol WBCSD WRI 2007 the General Reporting Protocol TCR 2010 or ISO 14064 ISO 2006 focus their scope on direct emissions power plant ope
57. US EPA Clean Energy eGRID model 2010 Version 1 0 US EPA Clean Energy EGRID pp 2011 Available www epa gov cleanenergy energy resources egrid index html Consulted on February 2011 43 M Deru and P Torcellini Source Energy and Emission Factors for Energy Use in Buildings NREL TP 550 38617 National Renewable Energy Laboratory Golden CO Technical Report NREL TP 550 38617 2007 www nrel gov docs fy070st1 3861 7 pdf Consulted on June 2009 44 B V Mathiesen M Munster and T Fruergaard Uncertainties related to the identification of the marginal energy technology in consequential life cycle assessments Journal of Cleaner Production vol 17 no 15 pp 1331 1338 2009 45 T Ekvall and A S G Andre Attributional and Consequential Environmental Assessment of the Shift to Lead Free Solders International Journal of Life Cycle Assessment vol 11 no 5 pp 344 353 2006 46 M Thomassen R Dalgaard R Heijungs and I de Boer Attributional and consequential LCA of milk production The International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 4 pp 339 349 2008 47 Hydro Qu bec Approvisionnements nerg tiques et missions atmosph riques Hydro Qu bec Montreal Technical Report 2005 www hydroquebec com publications fr rapport perf enviro pdf rdd 2005 pdf Consulted on September 2009 191 SUPPORTING ONLINE INFORMATION 1 Average monthly wind speed and solar radiation S
58. application d un r gime de taxation des GES Le dernier objectif du projet de recherche consiste d velopper un mod le d quilibre partiel et l appliquer pour l valuation court terme de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Pour ce faire l introduction de la taxe sur le carbone est valu e Cette derni re a pour effet 1 d augmenter le prix de production de l lectricit et par cons quent selon les m canismes d quilibre partiel augmenter la valeur de l lectricit dans le march et 2 d influencer la fr quence d utilisation des technologies marginales dans le temps Ces changements viennent leur tour modifier les r sultats sur les impacts conomiques et environnementaux Avec l int gration de la taxe sur le carbone dont la valeur varie entre 30 US et 90 US par tonne de CO les r sultats obtenus en utilisant l approche propos e tenant compte de la dynamique de la production lectrique ne se trouvent pas dans la plage de r sultats en utilisant les technologies marginales statiques identifi s par l application de la proc dure cinq tapes d velopp e par Weidema 2003 De plus les r sultats obtenus en utilisant les technologies marginales statiques surestiment les impacts environnementaux avec l augmentation de la taxe sur le carbone D un point de vue conomique les r sultats obtenus en ut
59. are not included Important changes to these prices may alter the merit based plant ranking F C X with carbon tax of SOUSS ton C 4 X with carbon tax of 20USS ton S Con n D Prn X X B Vu D Xin Xr Figure 3 Partial equilibrium illustration and carbon tax analysis at a given hour h and jurisdiction J 22 2 3 Third analysis Adding the value of avoided GHG emissions The electricity generated by the RES in this study would have to offset the emissions of traditional power generation 1 e centralized A previous analysis presented in section 2 2 does not consider the avoided GHG emissions and its related economic benefits The suggested analysis aims to bridge the gap by going one step further and internalizing the externalities that correspond to the avoided GHG emissions If one of the selected RES is not producing electricity no centralized electricity generation offsets could occur in the given hour During RES generation the province of Quebec could be importing or exporting electricity from or to the adjacent jurisdictions It 1s assumed that when Quebec imports due to increased electricity demand the marginal technology in the adjacent jurisdictions that will be in operation to meet Quebec s demand will decrease its production in the amount that the RES are able to cover In the same way when Quebec exports electricity the marginal technology in the adjacent jurisdictions will decrease i
60. bec TransEnergie OASIS pp 2010 Disponible www transenergie com oasis hqt en schemas htmlx Consult le 12 mars 2008 Environment Canada National Inventory Report 1990 2006 Greenhouse Gas Sources and Sinks in Canada The Canadian Government s Submission to the UN Framework Convention on Climate Change Greenhouse Gas Division Gatineau Qc Rapport technique En81 4 2006E 2008 www ec gc ca inventory report 2006 report tdm toc eng cfm Consult le 12 f vrier 2010 Statistics Canada Report on Energy Supply and Demand in Canada 2006 Minister of Industry Ottawa ON Rapport technique 57 003 X 2008 Consult le 10 mars 2010 Statistics Canada Report on Energy Supply and Demand in Canada 2007 Minister of Industry Ottawa ON Rapport technique 57 003 X 2009 Consult le 10 mars 2010 Statistics Canada Report on Energy Supply and Demand in Canada 2008 Minister of Industry Ottawa ON Rapport technique 57 003 X 2010 Consult le 10 mars 2010 EIA Voluntary Reporting of Greenhouse Gases Program Fuel Emission Factors Fuel and Energy Emission Factors pp 2010 Disponible http www eia doe gov oiaf 1605 emission_factors html Consult le 10 septembre 2010 R Dones C Bauer R Bolliger B Burger M Faist Emmenegger R Frischknecht T Heck N Jungbluth A R der et M Tuchschmid Life Cycle Inventories of Energy Systems Results for Current Systems in Switzerland and other UCTE Cou
61. carbone 75 65 En augmentant le prix de la taxe 60 et 90 US par tonne de CO la production lectrique partir du mazout reste la plus couteuse suivi en deuxi me lieu par la production lectrique partir du charbon Pour des fins de comparaison la production lectrique partir du gaz naturel est galement consid r e pour une analyse de sensibilit Les donn es moyennes de l approvisionnement lectrique de la province de Qu bec en cons quence l introduction de la taxe sur le carbone n ont pas pu tre utilis es en raison de l absence d estimation dans la litt rature 66 CHAPITRE5 PRINCIPAUX R SULTATS DU PROJET DE RECHERCHE Ce chapitre a pour but de pr senter les principaux r sultats obtenus dans le cadre du projet de recherche 5 1 R sultats de l valuation int gr e des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e et comparaison Article 1 En lien avec le premier objectif du projet de recherche les r sultats du tableau ci dessous pr sentent les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables Ces r sultats permettent de d terminer la meilleure technologie sans compromettre les aspects valu s Trade off Selon les r sultats pr sent s dans le tableau ci dessous l olienne de petite puissance de 30 kW et les panneaux solaires polycris
62. cas des PV les puissances s lectionn es renvoient aux puissances disponibles dans la base de donn es Ecoinvent sachant que le syst me est bien document incluant sa composition Cette section pr sente les syst mes s lectionn s de production distribu e dont les impacts environnementaux et conomiques seront valu s et utilis s tout au long du projet de recherche pour diff rentes fins d applications m thodologiques Le Tableau 4 1 pr sente les syst mes tudi s incluant leurs types d installations I est noter que pour les oliennes de petites puissances les configurations varient selon la puissance de production et de la hauteur de la tour Tableau 4 1 Pr sentation des syst mes s lectionn s de production distribu e d nergies renouvelables adapt de Amor et al 77 Dur e de vie Syst mes Type d installation Puissance R f rence ann e Solaire Monture inclin e et fix e 3 kWp 30 33 monocristallin sur le toit Solaire Monture inclin e et fix e polycristallin sur le toit EEND x ESI Tour hauban e de type m t 10 m kW 20 4 78 oliennes de Tour ind pendante de type petites puissances treillis 30 m sid m EI Tour ind pendante de type 30 kW 20 35 m t 22 m 42 En plus des syst mes s lectionn s les donn es m t orologiques pour la province de Qu bec ont t compil es partir de la base de donn es du logiciel RETScreen 79 qui offre des donn es sur les vi
63. certaines r ponses Comme pr sent s dans cette section plusieurs choix d utilisation des donn es de production lectrique se pr sentent dans un contexte d valuation des impacts reli s aux cons quences d un changement Devant une telle situation il peut tre souhaitable comme il a t r cemment sugg r 47 67 d valuer les r percussions de ce choix sur les r sultats d une valuation et par le fait m me sur les conclusions de l tude Jusqu pr sent rares sont les tudes qui se sont pench es sur l influence de ce choix sur les r sultats 67 68 Cette question est tr s importante sachant que la production lectrique constitue le point chaud pour plusieurs syst mes de produits 47 69 Ainsi au del de l tude de cas sur la production distribu e d nergies renouvelables le choix des donn es utiliser peut avoir des r percussions consid rables sur les conclusions de l valuation des impacts cycle de vie reli s aux cons quences d un changement au sein de diff rents syst mes de produit 2 4 3 Dynamique de la production lectrique lors de l valuation des impacts environnementaux et conomiques Ind pendamment du choix des approches utilisant des donn es moyennes ou marginales de la production lectrique une question se pose quant aux bons fondements des approches disponibles dans le but de quantifier des impacts reli s aux cons quences d un changement dans le cycle de vie 22 Dans un
64. coal fired generators to the total climate change impact abatement is more significant than natural gas units even 1f natural gas units represent the most frequent marginal electricity production technology in the New Brunswick market Table 1 This shift 1s explained by the high intensity of coal fired generator emission rates kg CO eq kWh The final estimates of the emission rates are available in the supporting information section 5 Results presented in Figure 1 are useful in first comparing RES based on their respective life cycle environmental impact abatements calculated in CLCA Figure 1 results are also valuable to be compared to the life cycle environmental impacts obtained using ALCA i e without considering any abatement due to affected centralized electricity production technology This last comparison might be of interest in order to assess the methodological choice implications on the study conclusions CLCA and ALCA conclusions All ALCA environmental impacts are available in the supporting information sections 4 and 5 When average Quebec climatic conditions are considered micro wind 30 kW shows less environmental impacts than the 3kWp poly crystalline photovoltaic panel using ALCA for all IMPACT 2002 damage indicators However when applying CLCA using the methodology developed in this article different results are obtained as illustrated in Figure 1 No significant differences are noted between the micro wind 30 kW
65. de la production lectrique Article 3 et 4 a valuation de la production horaire des syst mes de production distribu e Les donn es mesur es disponibles dans la base de donn es du logiciel RETScreen sont uniquement disponibles sur une base mensuelle 79 Le recours au logiciel Homer a t essentiel pour g n rer des donn es horaires synth tiques partir des donn es mensuelles mesur es Ainsi il a t possible d estimer sur une base horaire l nergie produite des syst mes s lectionn s de production distribu e en ayant recours la fiche technique de chaque syst me voir sous section 4 1 b Correspondance des bases de donn es Cette correspondance a pour but d isoler les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables et par cons quent d carter les technologies marginales durant les heures de non production Pour ce faire les technologies marginales identifi es suite au d veloppement du mod le pr sent dans la section 4 1 4 1 seront mises c t de la production horaire de chaque syst me de production distribu e 2 c Evaluation des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des systemes de production distribu e et des technologies marginales L estimation des impacts environnementaux et conomiques attribuables au cycle de vie des technologies de production distribu e d nergies renouvelables renvoie la m thodologie appliqu
66. du cycle de vie de chacun des syst mes de production d nergies renouvelables a t r alis e l aide du logiciel RETScreen 79 Les taux d inflation et d actualisation ont t fix s 2 et 6 respectivement selon les recommandations du manuel d utilisateur du logiciel RETScreen 4 1 3 Application des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Article 1 Les tapes m thodologiques d crites dans cette sous section sont propos es en r ponse au r sultat de la revue critique de la litt rature et plus sp cifiquement l absence d application simultan e des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Dans le cas du cadre d application ceci permettrait d analyser la sensibilit des r ponses la question Y a t i 48 place la production distribu e d nergies renouvelables dans un contexte nord est am ricain De plus les r sultats obtenus permettraient de servir de base d valuation des bons fondements des approches conventionnelles simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes Cette partie du projet de recherche sera explor e dans les sous sections suivantes Diff rentes approches peuvent tre appliqu es pour la q
67. energy supply chain 1 e from resource extraction to the power plant decommissioning stage For each jurisdiction life cycle GHG emission rates by fuel and prime mover tonne COvzeq MWh were estimated Table 2 GHG emissions from the construction and decommissioning of thermal power plants are only available by fuel 1 e coal natural gas and oil and not by prime mover We therefore lack some specific data However Spath and Mann 2000 Spath et al 1999 both observe that GHG emissions from the construction and decommissioning of thermal power plants represent only a small fraction of the total emissions involved over the entire life cycle Therefore for simplicity in order to estimate the life cycle GHG emission rates by fuel and prime mover construction and decommissioning emissions were 147 assumed to be the same for thermal power plants using the same fuel type and were added to the operation stage GHG emission rates Table 1 Hydropower life cycle GHG emission is represented by a reservoir power plant for non alpine regions The ecoinvent Database V2 0 and the TRACI impact method were used for the estimate Bare et al 2003 Dones et al 2007 Table 1 Operation stage GHG emission rates tonne CO eq MWh by fuel type and prime mover ST GT IC and CC refer to Steam Turbine Gas Turbine Internal Combustion and Combined Cycle Operation stage GHG emissions tonne CO eq MWh New York New England l New
68. et quantification des cons quences de l importation et de l exportation de la province de Qu bec sur le bilan de gaz effet de serre Article 2 Une premi re tude de cas a t propos e pour des fins d application du mod le pr sent dans la section pr c dente L tude de cas porte sur la production de l hydro lectricit dans la province de Qu bec et les impacts environnementaux reli s aux cons quences de son exportation sur les march s limitrophes de la province En effet ayant moins acc s l nergie hydro lectrique ces march s voisins sont domin s par l lectricit thermique source d importantes d missions de gaz effet de serre Tant que l hydro lectricit substitue de l lectricit thermique chez ses voisins il est r aliste de penser que des r ductions des impacts environnementaux comme en mati re de gaz effet de serre sont possibles En appliquant le mod le d velopp 1l a t possible de quantifier les impacts reli s aux cons quences de l exportation hydro lectrique et de l importation de l lectricit par la province de Qu bec Tableau 5 4 Impact des changes d lectricit sur le bilan de gaz effet de serre tonnes de CO eq Total pour 2006 2008 adapt de Amor et al 98 Import Export Net a Ontario 4 402 592 2 080 283 2 322 309 New York 2 683 634 11 832 013 9 148 379 Nouvelle Angleterre 1 082 213 18 732 266 17 650 053 Nouveau Brunswick 1 087 486 4 524 533 3 437
69. gration de la production distribu e renouvelable dans le r seau centralis tout en tenant compte de la concordance entre la production renouvelable et les unit s marginales de production centralis e 74 Les r sultats pr sent s dans la Figure 5 1 sont obtenus pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec Ces r sultats tenant compte d une r solution horaire se trouvaient entre les r sultats obtenus en utilisant les deux sc narios de technologies marginales gaz naturel et mazout Par contre aucune tendance claire ne se dessine quant la surestimation syst matique lors de l utilisation d un type de technologie marginale par rapport la m thodologie propos e Par exemple en prenant comme exemple les r sultats obtenus en utilisant comme seule technologie marginale statique la centrale au gaz naturel les r sultats sont surestim s de 155 pour les impacts sur la sant humaine et sous estim s de 185 pour les impacts sur la qualit des cosyst mes Ces pourcentages d montrent l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique lors de l valuation des cons quences environnementales des technologies de production d nergies renouvelables Finalement en se r f rant la Figure 5 1 l utilisation de donn es moyennes a montr l absence de r ductions des impacts environnementaux en cons quence de l application de la production distri
70. humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Une valeur n gative renvoie une diminution des BASES Re D ET 97 XXI LISTE DES FIGURES Figure 2 1 Principe du raccordement au r seau de distribution d un syst me de production distribu e adapt de Hydro Qu bec 29 a aE E 10 Figure 2 2 Cadre d une analyse de cycle de vie selon la norme ISO 14040 adapt de ISO 14040 ID PR EE E E E E 15 Figure 2 3 Sch ma g n ral du cadre d IMPACT 2002 adapt de Jolliet et al 50 20 Figure 2 4 Cadre g n ral des trois types d ACC adapt de Hunkeler et al 57 25 Figure 4 1 M thodologie g n rale du projet de recherche cccccecccccccceeeeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 40 Figure 4 2 Fronti res g n rales du syst me pour les syst mes de production distribu e 43 Figure 4 3 Illustration de la courbe de l offre pour l identification de la technologie en fonction du prix du march de l lectricit PM adapt de Amor et al 98 53 Figure 4 4 Illustration de l quilibre entre l offre et la demande pour diff rents sc narios de taxes carbone pour une heure donn e et par autorit J eeeesssssssssssseeeeeerne 62 Figure 5 1 Influence du choix des donn es lors de l valuation des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la prod
71. impacts d une mani re int gr e et suivant une approche cycle de vie restaient encore rares dans la litt rature bien que plusieurs travaux aient soulign l int r t d une int gration En plus de ne pas valuer de mani re int gr e les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie les tudes identifi es ont appliqu pour la plupart des m thodes simplifi es pour l identification des technologies affect es par l implantation de la production distribu e La dynamique des march s nerg tiques est rarement consid r e surtout dans le contexte de l identification des technologies de production lectrique affect es par l implantation de la production distribu e dans un horizon de temps court terme De plus il n est pas clair dans la litt rature qu elle est importante la dynamique des march s pour l valuation de l effet de l introduction de la taxe sur le carbone dans ce contexte Pour ces raisons l objectif principal du projet de recherche tait de d velopper une m thode int grant la dynamique de la production lectrique pour valuer le bon fondement des approches conventionnelles quantifier pour le court terme les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e par le solaire Photovoltaique et les oliennes de petites puissances Dans ce contexte les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production dis
72. mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 82 Figure 5 4 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US 60 US et 90 US tonne de CO2 des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin cc ccccccccccccsssssssesesseeeeeeeeeeeeees 83 XX111 LISTE DES ANNEXES ANNEXE 1 ARTICLE I CAN DISTRIBUTED GENERATION OFFER SUBSTANTIAL BENEFITS IN A NORTHEASTERN AMERICAN CONTEXT A CASE STUDY OF SMALL SCALE RENEWABLE TECHNOLOGIES USING A LIFE CYCLE METHODOLOGY 107 ANNEXE 2 ARTICLE 2 ELECTRICITY TRADE AND GHG EMISSIONS ASSESSMENT OF QUEBEC S HYDROPOWER IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET 2006 ANNEXE 3 ARTICLE 3 IMPLICATIONS OF MODELING TEMPORAL ASPECTS OF ELECTRICITY SUPPLY LCA OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN THE NORTHEASTERN AMERIKAN MARKE 5o ined d cheese Ne delubra eus 170 ANNEXE 4 ARTICLE 4 ASSESSING THE ECONOMIC VALUE OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN TH
73. micro wind capacity factor CF 111 ranges between 3 3 and 7 8 This 1s consistent with other reported values 4 For average and above average conditions micro wind CF values are similar to those obtained for a commercial wind farm 4 The CF values for photovoltaic systems are also in agreement with typical values Table 3 1 Table 2 Wind speeds and horizontal solar radiation ranges for the province of Quebec 21 Conditions with respect to average oranes Below Average Above Wind speed m s 3 5 5 6 y Horizontal solar radiations kWh m year 1 067 1 230 1 387 Measured at 10 m adjustments are made for towers of different heights Table 3 Annual energy output for the considered climatic conditions W30 Micro wind 30 kW W10 Micro wind 10 kW W1 Micro wind IkW PVm 3kWp mono crystalline PVp 3 kWp polycrystalline Power Below Average Above Technology curve Output Output Output reference kWh 9 kWh amp Wh A W30 20 8 760 3 3 52560 20 105 120 40 W10 18 6 865 7 8 22756 26 52 560 38 7 WI 18 650 7 490 2314 1 26 4 8 760 40 6 PVm Hz 2942 10 4 3153 12 3 556 13 5 PVp 17 22749 10 4 3153 12 3 556 13 5 CF Capacity factor is the energy output as a percentage of the theoretical maximum rated output 3kWp mono crystalline PVm and 3kWp poly crystalline PVp have the same produced energy The performance is implicitly included in the amount of panel per Wp 1 e 21 4 m and
74. noter que le prix de production de l hydro lectricit reste le plus bas et ne varie pas malgr l augmentation du prix de la taxe sur le carbone Ce dernier a t fix 10 SUS MWh en coh rence avec les prix utilis s dans le quatri me article 75 En augmentant le prix de la taxe 60 et 90 US par tonne de CO la production lectrique partir du mazout reste la plus couteuse suivi en deuxi me position par le charbon Pour des fins de comparaison la production lectrique partir du gaz naturel sera galement suppos e comme technologie marginale malgr qu elle ne soit pas directement s lectionn e l approche cinq tapes 234 250 300 Nouveau Brunswick Ontario m Mazout Gaz naturelle Charbon m Mazout Gaz naturelle Charbon 250 200 200 B 150 US MWh US MWh ray uw eo 100 pni c c Ed poc eee 50 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Taxe carbone SUS Tonne de CO Taxe carbone SUS Tonne de CO2 300 250 Nouvelle Angleterre New York Mazout Gaz naturelle Charbon m Mazout Gaz naturelle Charbon 250 200 200 150 US MWh ray uw o US MWh 100 me 50 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Taxe carbone SUS Tonne de CO2 Taxe carbone SUS Tonne de CO2 Figure 1 va
75. obtenus en utilisant une seule technologie marginale mazout gaz naturel et mazout C est l exemple de l Ontario avec la cat gorie sant humaine et ressources o 1l est possible de voir que l utilisation des sc narios de technologies marginales mazout gaz naturel et charbon surestiment les impacts environnementaux comparativement ce qui est obtenu avec l approche propos e tenant compte de la dynamique de la production lectrique D un autre cote la Figure 5 2 montre que l ajout d un sc nario renouvelable comme technologie marginale plus pr cis ment l hydro lectricit a permis de confiner les r sultats obtenus avec l approche propos e L ajout du sc nario hydro lectricit comme technologie marginale a galement t test avec l int gration d une taxe de 90 US par tonne de CO2 Les r sultats obtenus permettent de confiner les r sultats obtenus avec l approche propos e tant donn que les r sultats des sc narios de technologies marginales thermiques identifi es mazout et charbon surestiment encore les impacts environnementaux Ceci est galement le cas en utilisant la technologie marginale de production lectrique partir du gaz naturel D un point de vue conomique les r sultats obtenus pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec et tenant compte d une r solution horaire se trouvaient entre les r sultats obtenus en utilisant les technologies mar
76. of distributed generation DG technologies A complementary objective 1s to compare the life cycle implications of DG technologies with the 108 centralized electricity production representing the Northeastern American context Environmental and energy implications are modeled according to the recommendations in the ISO 14040 standard and this using different indicators Human Health Ecosystem Quality Climate Change Resources and Non Renewable Energy Payback Ratio Distinctly economic implications are modeled using conventional life cycle costing DG technologies include two types of grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono crystalline and poly crystalline and three types of micro wind turbines 1 10 and 30 kW modeled for average below average and above average climatic conditions in the province of Quebec Canada A sensitivity analysis was also performed using different scenarios of centralized energy systems based on average and marginal short and long term technology approaches Results show the following First climatic conditions 1 e geographic location have a significant effect on the results for the environmental economic and energy indicators More specifically it was shown that the 30 kW micro wind turbine is the best technology for above average conditions while 3 kWp poly crystalline photovoltaic panels are preferable for below average conditions Second the assessed DG technologies do not show benefits in comp
77. of the whole energy chain 1 e entire life cycle from resource extraction to the power plant end of life stage A better knowledge of indirect emissions could be helpful as a high percentage of GHG emissions could be attributed to indirect sources more than 75 of an industry sector s GHG emissions Matthews et al 2008 Moreover as thermal and renewable power plants which have different magnitude of indirect emissions Amor et al 2010 are involved in such electricity trades estimating the extent to which GHG results can be increased when indirect emissions are taken into account 1s crucial When system boundaries for GHG estimates are extended to include indirect emissions Quebec exports avoid 37 1 Mt of GHG while Quebec imports are responsible for 9 2 Mt of GHG as Table 6 shows Hence the net result of trade 1s 27 9 Mt of avoided GHG emissions which represents a 35 percent increase compared to the case where only direct emissions are included presented in Table 5 Indirect emissions represent 26 percent of the total GHG emissions direct t indirect 152 Table 6 Life cycle GHG emissions from imports and exports tonnes of CO2eq Totals for 2006 2008 Import Export a Net Ontario b 4 402 592 19 2 080 283 2190 2 322 309 18 New York 2 683 634 21 11 832 013 43196 9 148 379 34 New England 1 082 213 20 18 732 266 34 17 650 053 3595 New Brunswick 1 087 486 22 4 524 533 27 3 437 047
78. one The suggested methodology is useful as it points out the marginal technology due to adjacent market electricity trade with the province of Quebec Indeed results presented in Table 4 show that in the case of the Ontario market coal fired generators are the most frequent market price setters in comparison to New England and New York where natural gas units are the market price setters For the New Brunswick market coal fired generators and natural gas units show the same frequency and thus are the market price setters Table 4 Marginal technology in Quebec adjacent markets of hours during 2006 2007 and 2008 Hydropower Coal Natural gas Oil 2006 10 81 9 0 Ses 2007 6 76 18 0 2008 36 56 8 0 2006 2008 22 66 12 0 2006 0 52 48 0 New 2007 0 50 50 0 Brunswick 2008 9 40 50 0 2006 2008 3 47 50 0 2006 0 28 65 7 New 2007 0 19 67 14 England 2008 21 27 47 5 2006 2008 8 25 59 9 2006 0 35 64 l 2007 0 39 60 l Net MOIS x 11 44 41 4 2006 2008 4 40 54 2 Appendix A presents the validation of Table 4 results and consequently of the applied methodological procedure section 2 It provides back up evidence that the paper s objective 1s 150 reached and valid through four different perspectives a graphical analysis b correlation analysis c normalization analysis and d published marginal technology 3 2 Trade related GHG emission estimates Emissions associated to Quebec neighbours marginal technologies
79. plus fr quemment marginales sont les centrales au charbon dans le cas de l Ontario et les centrales au gaz naturel dans le cas de New York et Nouvelle Angleterre Dans le cas du Nouveau Brunswick ces deux technologies partagent la m me fr quence Il a galement t montr que d autres centrales sont galement marginales mais d une fr quence moindre En effet comme 1l a t possible d isoler pour chaque heure la technologie marginale par autorit les fr quences par type de technologie marginale ont t compil es sur une base annuelle et ce pour la p riode entre 2006 2008 Ces observations viennent en compl ment aux travaux identifies lors de la revue critique de la litt rature sur l identification des technologies marginales pour le long terme En effet des r cents travaux ont montr que les donn es marginales pour le long terme repr sentent aussi les cons quences d investissement dans plusieurs technologies et non une seule technologie marginale 68 112 Il est noter que dans le cadre du projet de recherche la r solution horaire a t s lectionn e sur la base de ce qui tait disponible dans les bases de donn es consult es Cependant selon la disponibilit de donn es diff rentes r solutions 5 min journ e mois saisons etc peuvent tre utilis es avec le mod le d identification des technologies marginales 6 2 2 Validation de l identification des technologies marginales Le mod le d ide
80. pour leur amour inconditionnel et aussi remercier Claudia de m avoir cout e pendant toutes ces soir es Merci pour tes encouragements et ta patience vi R SUM La production distribu e d nergies renouvelables peut jouer un r le important dans l atteinte des objectifs de diff rents programmes nerg tiques tels qu assurer un approvisionnement r pondant une consommation croissante en nergie et la r duction des missions de gaz effet de serre GES Jusqu pr sent plusieurs cat gories d impact de la production distribu e d nergies renouvelables partir de l olien et du solaire Photovoltaique ont t tudi es les impacts sur les changements climatiques les impacts conomiques les impacts sur l utilisation des terres etc Cependant les tudes valuant ces diff rents impacts d une mani re int gr e et suivant une approche cycle de vie restent encore rares dans la litt rature bien que plusieurs travaux aient soulign l int r t d une int gration En plus de ne pas valuer de mani re int gr e les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie les tudes identifi es consid rent sans justification des sc narios id aux centrales de production lectrique partir du charbon ou du gaz naturel grandes mettrices de GES pour valuer les impacts environnementaux et conomiques court terme reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e alors que plusieur
81. pr sente aucune particularit selon le type d ACC sauf pour le taux d actualisation Ce dernier varie selon la perspective de l analyse soit de 1 pour une ACC Soci tale jusqu 20 pour une ACC Conventionnelle 2 3 2 4 Interpr tation L identification des points chauds du syst me de produit repr sente la finalit de l application d une ACC L identification des points chauds peut galement tre suivie par une tape d analyse de sensibilit et d incertitude L interpr tation peut galement tre support e en appliquant les m thodes classiques d analyse financi re comme le TRI taux de rendement interne le DR le d lai de recouvrement etc 28 2 4 Analyse critique de la revue de litt rature Cette section pr sente les derniers d veloppements et lacunes m thodologiques en lien avec l application des outils du cycle de vie pour valuer en premier lieu les impacts environnementaux et conomiques attribuables aux cycles de vie des syst mes de production d nergies renouvelables et en second lieu des impacts reli s aux cons quences de l int gration de l nergie produite dans le r seau centralis 2 4 1 valuation des impacts environnementaux et conomiques attribuables aux syst mes de production distribu e d nergies renouvelables Plusieurs cat gories d impacts de la production distribu e partir de l olien et du solaire Photovoltaique ont t tudi es les impacts sur les changement
82. production lectrique des fili res tudi es incluant les ressources n cessaires leur entretien p riodique Dans le cas des panneaux solaires ces derniers r 7 r A 2 sont nettoy s par le propri taire une fois par ann e avec de l eau potable 20 litres m de panneau Aucun d placement n est donc n cessaire Pour les oliennes de petites puissances l huile de lubrification est estim e us e apr s une dur e de 4 ans de fonctionnement Par cons quent en tenant compte de la dur e de vie des parties mobiles 20 ans il est consid r que 5 changements d huile sont effectu s Le d placement de personnel qualifi l aide d une voiture de service est n cessaire pour cette tape La distance estim e est gale 40 km valeur par d faut dans la base de donn es ecoinvent tape de fin de vie Cette tape comprend la gestion des composantes de syst mes de production d nergie en fin de vie incluant leur transport Le d mant lement est galement consid r comme tape int grante la fin de vie Tout d abord comme il a t mentionn l nergie n cessaire au d mant lement de la fili re olienne et solaire est suppos e gale celle de l installation de la fili re Lors de l tape de fin de vie peu d informations est disponible en raison de la r cente int gration des syst mes de production d nergies renouvelables Ceci implique que les syst mes mis en place n ont pas encore atteint leur
83. production distribu e a t valu dans l article 4 annexe 4 En r sum l introduction de la taxe sur le carbone a pour effet 1 d augmenter le prix de production de l lectricit et par cons quent selon les m canismes d quilibre partiel d augmenter la valeur de l lectricit dans le march et 2 d influencer la fr quence d utilisation des technologies marginales dans le temps L effet de l introduction de la taxe carbone sur la performance environnementale de la production distribu e n a pas t valu dans l article 4 mais l est dans cette section 1 Identification des technologies marginales de production centralis e Afin de pouvoir valuer l effet de l introduction de la taxe carbone sur la performance environnementale de la production distribu e 1l est d abord n cessaire d identifier explicitement les technologies marginales impliqu es ce qui n a pas t fait dans l article 4 Ceci fait l objet de cette section La proc dure pour l identification des technologies marginales pr sent es dans l annexe 3 article 3 est aussi appliqu e pour cette analyse Cependant l introduction de la taxe sur le carbone a pour effet d augmenter le prix de production de l lectricit et par cons quent selon les m canismes d quilibre partiel d augmenter la valeur de l lectricit dans le march Ceci modifie la fr quence d utilisation des technologies marginales Les r sultats obtenus sont pr sent s dans
84. qui repr sentent les effets d un changement marginal 44 ou non 46 sur les impacts environnementaux potentiels associ s un produit En se r f rant aux choix de processus l mentaires inclure dans le syst me de produit une donn e moyenne repr sente les processus l mentaires qui sont impliqu s dans le cycle de vie du produit alors qu une donn e marginale est d finie comme une donn e qui ne tient compte que des technologies marginales affect es par une perturbation dans le volume de production Par exemple en ACV A la mod lisation de la production lectrique n cessite la mod lisation du parc de production lectrique dans son ensemble Grid mix Plus sp cifiquement ces donn es repr sentent les sources de production lectrique en op ration dans une d limitation g ographique et lors d une p riode donn e 47 Ainsi les impacts environnementaux d une consommation d nergie lectrique par un processus l mentaire renvoient une moyenne des charges environnementales de chaque source pond r e par sa contribution au r seau En d autres mots si une d limitation g ographique donn e par exemple r gion produit son lectricit 50 par l hydro lectricit 15 par le gaz naturel et 35 par le charbon le vecteur de flux l mentaires b utiliser est calcul par 18 baec moyen 0 5 X Dhydro 0 15 X Deas E 0 35 X Deharbon 1 En ACV C les donn es marginales se distinguent selon de
85. residential off grid use Renewable Energy 2009 34 12 2688 96 10 Fthenakis V Kim HC Land use and electricity generation A life cycle analysis Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 6 7 1465 74 11 Tremeac B Meunier F Life cycle analysis of 4 5 MW and 250 W wind turbines Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 8 2104 10 12 Kaundinya DP Balachandra P Ravindranath NH Grid connected versus stand alone energy systems for decentralized power A review of literature Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 8 2041 50 134 13 Allen SR Hammond GP Harajli HA Jones CI McManus MC Winnett AB Integrated appraisal of micro generators Methods and applications Proceedings of Institution of Civil Engineers Energy 2008 161 2 73 86 14 Finnveden G A world with CO2 caps The International Journal of Life Cycle Assessment 2008 13 5 365 7 15 Mathiesen BV M nster M Fruergaard T Uncertainties related to the identification of the marginal energy technology in consequential life cycle assessments Journal of Cleaner Production 2009 17 15 1331 8 16 eFormative Options LLC Entegrity Wind Systems Inc Small wind siting and zoning study development of guidelines and a model zoning by law for small wind turbines under 300kW 2006 Available from www smallwindenergy ca downloads Small Wind Siting Guidelines pdf 17 Jungbluth N Tuchschmid M Photovoltaics Report Report No 6 XII 2007
86. spot price at the New Brunswick interconnection was used as a proxy Replacing New York average spot price at the Quebec interconnection by the New England average spot price at the Quebec interconnection was tested in order to assess New York coal marginal frequency when higher values are used This should back up the hypothesis that using 33 The New York hourly Average energy market prices were not available on the NYISO website 165 values close to the New York energy market price brings coal s marginal frequency close to 3 Even if the New England average spot price at the Quebec interconnection is below the New York average energy market price see Table 13 coal power plants marginal frequency decreased from 39 to 18 of the hours in 2007 Therefore it 1s expected that using New York average energy market price would bring the result of Table 4 close to the ones reported by NYISO Once again despite the observed differences using New York average spot price at the Quebec interconnection is crucial as it points out the exact effect of its electricity trade with the province of Quebec Consequently Table 4 represents the result of disaggregating adjacent market electricity trade consequences with the province of Quebec from their overall trading consequences e g marginal technologies frequencies specific to New York trading with the province of Quebec versus marginal technologies frequencies specific to total New York tradi
87. t possible d valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e renouvelable dans le r seau centralis tout en tenant compte de la concordance entre la production renouvelable et les unit s marginales de production centralis e Les r sultats d valuation des impacts environnementaux tenant compte de la dynamique de la production lectrique se retrouvaient dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les deux sc narios de technologies marginales gaz naturel et mazout appliqu s dans le cas des approches conventionnelles Cependant 1l n y a pas de tendance claire quant la surestimation syst matique lors de l utilisation d un type de technologie marginale Par exemple en prenant la centrale au gaz naturel comme technologie marginale les r sultats obtenus sont surestim s de 155 pour les impacts sur la sant humaine et sous estim s de 185 pour les impacts sur la qualit des cosyst mes Ces pourcentages d montrent l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique pour raffiner l valuation court terme des cons quences environnementales reli s l int gration des technologies de production d nergies renouvelables Par contre il est 89 souligner que malgr ces diff rences d estimation l utilisation de l approche conventionnelle utilisant les donn es marginales pour le court terme permettait de don
88. that the decommissioning cost was equal to the installation cost and the landfilling cost According to the LCA end of life assumptions Section 3 1 the landfilling cost was estimated using the landfilled materials list 1 e not metallic parts Parameters of inflation discount and year of purchase were also considered in order to take into account the time value of money For these calculations a discount rate of 6 was used and the inflation was approximated at 2 based on RETScreen user manual recommendations The conventional LCC was computed using RETScreen software 21 Table 4 summarizes the obtained life cycle cost inventory The economic results are presented in Fig 3 and discussed in Section 5 1 Table 4 Structure of the life cycle costs inventory W30 Micro wind 30 kW W10 Micro wind 10 kW W1 Micro wind 1kW PVm 3kWp mono crystalline PVp 3 kWp polycrystalline Production Installation Operation End of life systems Cost USD CostUSD CostUSD CostUSD W30 94 486 58 32 771 20 12 746 8 22 935 14 W10 47 900 62 13 629 18 5 522 7 10 418 13 WI 7 414 67 1 803 16 639 6 1 280 11 PVm 11 338 76 2 288 15 0 0 1 263 8 PVp 10 420 76 2 063 15 0 0 1 139 8 The life cycle inventory results were not normalized to the final energy produced 117 3 3 Life cycle performance Trade offs are easier to make when several life cycle aspects are assessed separately This section aims at comparing the studied systems to
89. the discussion on the ways in which time changes are fundamental to renewable energy systems production The objective of this paper 1s to assess the economic value of RES including their environmental benefits using hourly generation information in conjunction with hourly wholesale price data The results of this study will provide a better 207 estimate of the bias that may result from neglecting 1 the time pattern of hourly wholesale prices 2 the impacts of carbon taxes on hourly wholesale prices and 3 the value of marginal hourly GHG emissions The Northeastern American market provides the context for the work which is structured as follows in section 2 we present the economic valuation of RES generation using the hourly wholesale electricity prices in the province of Quebec neighbouring jurisdictions subsection 2 1 as a first analysis modeled hourly wholesale electricity market prices using different carbon tax levels subsection 2 2 as a second analysis and finally hourly avoided GHG emissions externalities and their related economic benefits in addition to the modeled hourly wholesale price subsection 2 3 as a third analysis Results corresponding to the three proposed analyses are presented in section 3 subsections 3 1 3 2 and 3 3 respectively and are compared to assess the bias that could result in the economic evaluation of RES generation Finally we draw the study conclusions 2 Data and economic modeling appro
90. the impact of considering the dynamic patterns of electricity production to assess the accuracy of the conventional approach commonly used when estimating short term life cycle environmental and economic abatement This has been done by xili using the distributed generation case study in the presence and absence of different levels of carbon taxes XIV TABLE DES MATI RES D DCA 0 Seer eee ee ee ee eee ee ee M ECL II REMERCIEMENTS ess ete att erties et a ha mia ali A V RO eee VI RE a RUN tM DUIS X TADBPEDES MS PRE a NO end XIV USTEDES TABLEAUX oeste on eu uM Menton Du uL Foie dd manie XIX LISTE DES BIGURBES api mee EE ett nt esi cA M ce DIM CPU tnt XXI LISTE DES ANNEXES E XXIII LISTE DES SIGLES ET ABR VIATIONS miennes XXIV AN AUNTSPROPONS Sedes tota RS AN ti dtd se bat M ode l INTC CIN op Ra dees on a N OTE 5 1 1 Contexte c tDroDlema gU Cana a A Dec ul in e uM 5 1 2 DID LE ei DA CCEA NIU EL T 8 1 3 Orcamsation de Std Vale 5 Re me en ae en ee del Desi ele ne ri 8 CHAPITRE 2 CONCEPTS ET REVUE CRITIQUE DE LA LITT RATURE 9 2 1 Production distribu e d nergies renouvelables 9 2 1 1 Les syst mes de production d nergies renouvelables connect s au r seau 9 2 1 2 Description des syst mes de production d nergies renouvelables 10 22 Outils d valuation environnementale ss 14 2 2 introduci ACV oes ee on etes on due
91. the ressource impact indicator Using Quebec s average consumption mix overestimates hydropower as being marginal and underestimates the life cycle environmental impacts abatement to such an extent that a biased conclusion is reached Indeed results obtained using the proposed approach showed that distributed generation presents a potential environmental benefit from all the assessed renewable energy systems One exception can be noticed for the micro wind turbine 1kW technology when considering the ecosystem quality impact indicator xli Results obtained using the proposed approach fall within the range of results obtained using the identified marginal technologies However there 1s no clear tendency showing that using one given marginal technology will always provide results below or above the ones obtained by applying the proposed approach As an example when natural gas power plants are considered as marginal results reached a maximum of 155 above the proposed method estimate for the human health indicator and a maximum of 185 below the proposed method estimate for the ecosystem quality indicator These percentages show how integrating time into electricity supply to assess life cycle environmental impact abatements provide more refined estimates in comparison to the conventional approach 1 e static Given that distributed generation arise amidst talks of implementing a carbon mitigation policy such as carbon taxes the last fou
92. to be landfilled and their environmental burdens have been considered Inverter DC AC and electric cables data were also obtained from the ecoinvent database 17 Because of the absence of life cycle inventory data for commercially available 1 and 10 kW inverters the ecoinvent data were scaled depending on the power rate The electric cable data were also adapted following the tower height and scaled depending on the power rate of the assessed systems For the scaling step it was assumed that the list of materials was proportional to the power rate 26 The considered lifetime of the inverters was 15 years Thus the needed inverters take into account the lifetime of the micro wind and photovoltaic systems Electric cable lifetime was considered to be equal to the lifetime of the assessed systems Electric cable data do not represent a product average data but rather an example of possible installation 17 The two grid connected photovoltaic systems differ following the panel types mono crystalline and poly crystalline The two systems have the same power rate and the same mounting type Table 1 The assumed lifetime for the two systems including their mounting systems is 30 years The complete production process from silica extraction to the final panel assembly is well described in the ecoinvent report 17 Silicon solar cells were assumed to be produced in Germany and shipped by boat to the US for the photovoltaic panel production stag
93. to comply with current energy policies such as reducing greenhouse gas emissions and adding supply to meet increasing demand 19 Recent work modeling DG life cycle environmental impacts using RES and more precisely grid connected photovoltaic panels and micro wind turbines in the province of Quebec showed the potential environmental impact abatements as long as Quebec adjacent electricity markets 1 e Northeastern American market are considered and only when oil centralized electricity production 1s displaced in a short term perspective 20 However the presented study results didn t consider hourly RES generation variations and the hourly variations of short term marginal electricity production technologies as previously mentioned Ignoring changes in time could reduce the relevance of the study results 1 2 Purpose of the study The primary objective of this paper was to assess the implications of incorporating temporal aspects of electricity supply into LCA Environmental impact abatements of distributed generation DG using renewable energy system RES were estimated and compared to conventional LCA approaches to assess such implications More concretely temporal variations of electricity supply were modeled and the results were used to estimate displaced types and 174 quantity of fuel saved from the affected short term marginal electricity production technology and thus to assess the environmental impact abatements using micro
94. une grande d limitation g ographique par exemple nationale est commun ment appliqu e en ACV 63 Cette d limitation simplifie grandement la complexit de la production lectrique centralis e En effet les sources de g n ration de l lectricit diff rent selon leurs provenances d une r gion une autre De plus leurs distances de transport sont g n ralement minimis es pour viter les pertes en transport 64 65 C est pourquoi la consid ration de grande d limitation g ographique est fr quemment critiqu e 63 65 66 Les r cents travaux mod lisant les donn es moyennes de l approvisionnement lectrique incluant l importation ont consid r diff rentes d limitations g ographiques c d donn es moyennes de la production lectrique nationale et par tats et ce en prenant l exemple des tats Unis Des variations significatives de plus de 100 ont t observ es au niveau des impacts en GES du cycle de vie 65 66 30 2 4 2 2 Donn es marginales de la production lectrique Dans le cas de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables le recours l approche utilisant des donn es moyennes mod lisant l approvisionnement lectrique suppose qu en cons quence de l int gration de la production distribu e dans le r seau moins d lectricit sera n cessaire partir du r seau centralis Grid mix Ainsi les centrales de production lectrique vont diminuer leurs pr
95. wind turbines and photovoltaic panels It 1s anticipated that these results will help in answering the following questions What is the potential environmental impact abatements in the Northeastern American market from the selected RES when a time varying marginal electricity production technology is taking into account and how do these estimates differ from those obtained using the conventional approach 2 Materials and methods One of the objectives of DG using RES is to reduce greenhouse gas emissions associated to electricity use Given the time varying output of RES and the diverse set of electric generators in the power plant fleet there is considerable uncertainty regarding the actual environmental benefits of RES in the Northeastern American market Using historical generation information to estimate units that would have reduced their electricity production in response to the output from a renewable source such as the assessed grid connected photovoltaic panels and micro wind turbines provide a realistic picture of the current grid operation In addition this method also termed accounting method is particularly well suited for examining the impact of adding a small quantity of electricity to the electricity generating system 21 as it is the case of DG in the province of Quebec Canada Indeed DG has recently gained support from the province of Quebec Therefore expecting high penetration rates and adverse impacts of RES generat
96. 00 50 Hydropower amp Coal Natural gas Oil Proposed appraach Figure 5 4 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US 60 US et 90 US tonne de CO2 des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 84 CHAPITRE 6 DISCUSSION DES R SULTATS 6 1 valuation de la performance des syst mes de production distribu e Lors de la revue de la litt rature deux questions ont t soulev es concernant la viabilit des syst mes de production distribu e dans le contexte nord est am ricain savoir e Y a t il place a la production distribu e d nergies renouvelables dans un contexte nord est am ricain e Quel est l effet de l int gration de la taxe carbone sur la performance conomique et environnementale du cycle de vie de la production distribu e d nergies renouvelables Cette section discute comment et dans quelle mesure les travaux pr sent s dans cette th se ont permis de r pondre ces deux questions 6 1 1 Place de la production distribu e dans un contexte nord est am ricain Les r sultats du premier article ont mon
97. 00 Carbon tax US tonne Carbon tax USS tonne Figure 5 Net Cost considering economic benefits of avoided emissions as a consequence to RES production in Quebec adjacent market and for ranges of carbon taxes with an elasticity value of 0 15 Above average Quebec climatic conditions W30 W10 W1 PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Conclusion Despite their high initial cost small scale photovoltaic and wind electricity production technologies receive significant funding In fact incentive programs and tax rebates are commonly proposed to offset the economic burden of the initial capital that is required However such financial support would be fully justified and consequently more easily promoted if the economic value of small scale RES integration was clearly established The objective of this 223 paper is to assess the economic value of RES including their environmental benefits using hourly generation information in conjunction with hourly wholesale price data The results of this study provide a better estimate of the bias that result from neglecting 1 the time pattern of hourly wholesale prices 2 the impacts of carbon taxes on hourly wholesale prices and 3 the value of marginal hourly GHG emissions Selected RES include two types of grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono and poly crystalline and three types of micro
98. 006 2008 electricity market price comparison without carbon tax USS MWh where P and P refer to the market price provided by the independent system operator and the modelled price using the partial equilibrium model respectively New England New York New Brunswick Ontario P I P p P P P B Stdev 20 0 19 5 20 0 23 8 20 9 17 2 24 6 17 7 Min 20 8 32 2 944 7 1 4 10 6 31 3 27 5 38 3 Max 218 9 168 7 191 9 211 3 213 4 127 7 611 7 207 9 Median 64 2 62 7 58 5 55 1 62 7 58 4 38 0 39 1 Average 66 0 66 7 59 6 59 7 65 3 63 0 43 8 41 6 om 0 63 0 76 0 71 0 67 Table 6 Operation stage GHG emission rates tonne CO2eq MWh by fuel type and prime mover ST GT IC and CC refer to steam turbine gas turbine internal combustion and combined cycle 4 Operation stage GHG emissions tonne CO eq MWh New York New England New CO rr Ontario ST GT IC CC ST GT IC CC Brunswick 2006 0 99 1 09 Coal 2007 0 99 1 09 0 94 0 91 2008 0 98 1 11 2006 0 60 0 65 0 64 0 38 0 71 0 52 0 38 Natural gas 2007 0 60 0 52 0 65 0 39 0 91 0 44 038 0 62 0 45 2008 0 61 0 55 0 74 0 39 0 78 0 44 0 38 2006 0 85 1 09 1 15 0 67 0 93 1 35 0 81 0 57 Oil 2007 0 84 1 05 0 98 0 87 0 93 1 31 0 92 0 58 1 26 0 84 2008 0 86 1 05 1 09 0 49 1 04 1 50 0 88 0 60 Hydropower 2006 and nuclear 2007 0 0 0 0 1 2008 1 Hydropower and nuclear operation stage GHG emission rates are equal to zero Nuclear energy is a base load technology with almost no flexibility Its operati
99. 108 to 154 lower than those obtained by applying the proposed approach The same tendency is observed for ecosystem quality and climate change indicators reductions of 116 to 231 and 100 to 120 respectively For the resources indicator even if micro wind 30 kW electricity generations shows a potential benefit using the average Quebec consumption mix abatement values are also lower than those obtained with the proposed approach 100 to 125 lower Keeping in mind the large percentage of hydropower in Quebec s average consumption mix 9596 using average data assume that the decrease of the supply from all power plants is proportional to their contribution to the grid whereas Table 1 shows that the frequency of hydropower being a marginal technology is between 1 and 4 These percentages are slightly higher in the case of the Ontario jurisdictions from 8 to 20 95 Hence using the Quebec s average consumption mix overestimates hydropower as being marginal and underestimates the life cycle environmental impacts abatement to such an extent that a biased conclusion is reached which may convince a decision maker to avoid deploying DG in the Northeastern American market Marginal data use and comparison with the proposed approach Oil and natural gas fired plants are identified as marginal technologies when the conventional approach 1s applied 1 e the step wise procedure 8 Figure 2 presents the life cycle environmental impact abatements w
100. 3 69E 01 6 14E 00 WI Avg 2 38E 07 1 11E 01 1 62E 01 2 70E 00 A Avg 1 83E 07 8 5 E 02 24E 01 2 07E 00 B Avg 5 75 E 08 2 07E 02 7 22E 02 1 24E 00 PVm Avg 5 00E 08 1 80E 02 6 27E 02 1 08E 00 A Avg 4 44E 08 1 59E 02 5 5 7E 02 9 58E 01 B Avg 5 41 E 08 2 05E 02 6 53E 02 1 08E 00 PVp Avg 4 71E 08 1 78E 02 5 68 E 02 9 44E 01 A Avg 4 18E 08 1 58E 02 5 04E 02 8 37E 01 5 Life cycle emission rates of marginal centralized electricity production technologies Marginal centralized electricity production technologies are located in Quebec adjacent markets i e Ontario New Brunswick New England New York Therefore emission rates should consider such spatial variability Table S3 presents the final results considering the four IMPACT 2002 damage categories Human health DALY kWh ecosystem quality PDF m year k Wh climate change Kg COzeq kWh and resources MJ primary kWh 15 Once again all emission rates are defined as a function of kWh In addition to the marginal 195 centralized electricity production technology emissions rates Table S4 also presents the life cycle emissions rates of the average Quebec consumption mix Table S3 Life cycle emission rates by fuel type and prime mover ST GT IC and CC refer to steam turbine gas turbine internal combustion and combined cycle Human Health Daly kWh New York ST GT Coal 4 36E 07 IC CC Natural ga 1 36E 06 1 30E 06 1 53E 06 6 91E 08 Oil 3 0E 07 A
101. 8 2 678 964 7 704 660 28 338 876 20 634 216 a Net Export Import 151 Table 5 shows that the resulting avoided emissions carbon credits must be considered and more so in a context of yearly GHG emissions inventory This 1s already the case in Massachusetts and is also discussed in Vermont Massachusetts has already passed a bill stating that Statewide GHG emissions include all emissions of GHG from the generation of electricity delivered to and consumed in Massachusetts accounting for transmission and distribution line losses whether the electricity is generated in state or imported emphasis added Commonwealth of Massachusetts 2008 This implies that imports and exports have to be added and subtracted from the yearly inventory as they have already done Commonwealth of Massachusetts 2009 The Vermont energy legislation also plans to designate large scale hydro including from Hydro Quebec as renewable so that renewable energy credit revenues would be shared between the two jurisdictions Hydro Quebec 2010c Current GHG estimates presented in this paper could be useful for new discussions on how to credit possible emissions resulting from electricity trade b Life cycle GHG emissions from Quebec imports and exports over the 2006 2008 period Current GHG estimates such as the one discussed for Massachusetts focus its scope on direct emissions power plant operation stage emissions but less on indirect emissions
102. Assessment and Carbon Footprint Greenhouse Gas Results Journal of industrial Ecology vol 14 no 6 pp 919 928 2010 B V Mathiesen M M nster et T Fruergaard Uncertainties related to the identification of the marginal energy technology in consequential life cycle assessments Journal of Cleaner Production vol 17 no 15 pp 1331 1338 2009 H Lund B V Mathiesen P Christensen et J H Schmidt Energy system analysis of marginal electricity supply in consequential LCA The International Journal of Life Cycle Assessment vol 15 no 3 pp 260 271 2010 M A Curran M Mann et G Norris The international workshop on electricity data for life cycle inventories Journal of Cleaner Production vol 13 no 8 pp 853 862 2005 D Sivaraman et G A Keoleian Photovoltaic PV electricity Comparative analyses of CO2 abatement at different fuel mix scales 1n the US Energy Policy vol 38 no 10 pp 5708 5718 2010 D Bristow R Richman A Kirsh C A Kennedy et K D Pressnail Hour by Hour Analysis for Increased Accuracy of Greenhouse Gas Emissions for a Low Energy Condominium Design Journal of industrial Ecology pp online first 2011 E Billette de Villemeur et P O Pineau Environmentally damaging electricity trade Energy Policy vol 38 no 3 pp 1548 1558 2010 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 103 O Eriksson G
103. CN CN CN CN CN NI Fig 5 Capacity trends by plant type for the Quebec province 40 133 References 1 Sherwani AF Usmani JA Varun Life cycle assessment of solar PV based electricity generation systems review Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010 14 1 540 4 2 Varun Bhat IK Prakash R LCA of renewable energy for electricity generation systems A review Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 5 1067 73 3 Akorede MF Hizam H Pouresmaeil E Distributed energy resources and benefits to the environment Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010 14 2 724 34 4 Mithraratne N Roof top wind turbines for microgeneration 1n urban houses in New Zealand Energy and Buildings 2009 41 10 1013 8 5 Hydro Qu bec Option de mesurage net pour autoproducteurs Available from http www hydroquebec com autoproduction 6 Varun Prakash R Bhat IK Energy economics and environmental impacts of renewable energy systems Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 9 2716 21 7 Bahaj AS Myers L James PAB Urban energy generation Influence of micro wind turbine output on electricity consumption in buildings Energy and Buildings 2007 39 2 154 65 8 Bernal Agustin JL Dufo Lopez R Economical and environmental analysis of grid connected photovoltaic systems in Spain Renewable Energy 2006 31 8 1107 28 9 Fleck B Huot M Comparative life cycle assessment of a small wind turbine for
104. Dans le cas de la Nouvelle Angleterre et de New York les bases de donn es de la EIA Energy Information Administration ont t consult es pour d terminer le taux d missions pour le CO2 CH et N20 par type de combustibles et technologie 104 Le tableau ci dessous pr sente les missions de gaz effet de serre obtenus par type de combustibles et de technologies 61 Tableau 4 8 missions de gaz effet de serre par type de combustibles et de technologies phase d op ration ST GT IC et CC renvoient Steam Turbine bouilloire Gas Turbine turbine gaz Internal Combustion g n ratrice et Combined Cycle cycle combin adapt de Amor et al 98 Taux d mission tonne CO eq MWh New York Nouvelle Angleterre Nouveau 9 Ota ST GT IC CC ST GT IC CC Brunswick 2006 0 99 1 09 Charbon 2007 0 99 1 09 0 94 0 91 2008 0 98 1 11 2006 0 60 0 65 0 64 0 38 0 71 0 52 0 38 Gaz naturel 2007 0 60 0 52 0 65 0 39 0 91 0 44 0 38 0 62 0 45 2008 0 61 0 55 0 74 0 39 0 78 0 44 0 38 2006 0 85 1 09 1 15 0 67 0 93 1 35 0 81 0 57 Mazout 2007 0 84 1 05 0 98 0 87 0 93 1 31 0 92 0 58 1 26 0 84 2008 0 86 1 05 1 09 0 49 1 04 1 50 0 88 0 60 2006 Hydro lectricit 2007 0 0 0 0 2008 L utilisation du cout de combustibles en plus des capacit s de production a permis de d terminer la courbe de l offre sur une base horaire et ce pour les quatre autorit s voisines de la province de Qu b
105. E 03 1 9E 03 1 2E 03 6 7E 06 1 6E 01 2 6E 00 3 7E 03 7 1 E 03 1 7E 04 1 4E 00 8 8E 09 6 5E 05 2 1E 01 8 3E 00 3 2E 03 1 2E 03 7 4E 04 4 2E 06 1 0E 01 1 7E 00 2 3E 01 6 6E 02 4 2E 02 129 Table 9 Cont d Geographical dependence of the life cycle environmental impacts IMPACT 2002 midpoint categories B Avg below average Avg average condition A Avg above average Impact category Unit 3 kWp Mono crystalline 3 kWp Poly crystalline B Avg Avg A Avg B Avg Avg A Avg Carcinogens kg CoH3Cleq 1 5E 03 1 3E 03 1 1E 03 1 5E 03 1 3E 03 1 2E 03 Non carcinogens kg CoH3Cleq 3 3E 03 2 9E 03 2 5E 03 3 3E 03 2 8E 03 2 5E 03 Respiratory inorganics kg PM 5 eq 6 2E 05 5 4E 05 4 8E 05 5 8E 05 5 0E 05 4 4E 05 Ionizing radiation Bq C 14 eq 2 4E 00 2 1E 00 1 9E 00 1 6E 00 1 4E 00 1 3E 00 Ozone layer depletion kg CFC 11 eq 1 4E 08 1 2E 08 1 1E 08 1 4E 08 1 2E 08 1 1E 08 Respiratory organics kg C2H4 eq 5 E 05 4 4E 05 3 9E 05 5 3E 05 4 6E 05 4 E 05 Aquatic ecotoxicity kg TEG water 9 6E 00 8 3E 00 7 4E 00 9 3E 00 8 1E 00 7 1E 00 Terrestrial ecotoxicity kg TEG soil 2 3E 00 2 0E 00 1 8E 00 2 3E 00 2 0E 00 1 8E 00 Terrestrial acid nutri kg SO eq 1 3E 03 1 1E 03 9 8E 04 1 2E 03 1 0E 03 9 3E 04 Land occupation m org arable 5 6E 04 4 9E 04 4 3E 04 5 7E 04 4 9E 04 4 4E 04 Aquatic acidification kg SO eq 3 5E 04 3 1 E 04 2 7E 04 3 2E 04 2 8E 04 2 5E 04 Aquatic eutrophication kg PO P lim 6 1E 06 5 3E 06 4 7E 06 5 5E 06 4
106. E NORTHEASTERN AMERICAN MARKET 204 ANNEXE 5 VALUATION DE L INFLUENCE DE L INTRODUCTION DE LA TAXE CARBONE SUR LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET CONOMIQUES RELI S AUX CONSEQUENCES DE L INT GRATION DE LA PRODUCTION DISTRIBU E 251 ANNEXE 6 DESCRIPTION DES TAPES DU CYCLE DE VIE 241 ACC ACV ACV A ACV C C A CC CC EICV DALY GES ICV ISO kW kWh PV PDF m an QE RES SH XXIV LISTE DES SIGLES ET ABR VIATIONS Analyse des couts du cycle de vie appel dans la litt rature life cycle costing Analyse du cycle de vie Analyse du cycle de vie attributionnelle Analyse de cycle de vie cons quentielle Courant alternatif Courant continu Changement climatique cat gorie de dommage environnemental valuation des impacts du cycle de vie appel ACVI par ISO Disabled Adjusted Life Years Gaz effet de serre Inventaire du cycle de vie Organisation internationale de standardisation Kilowatt Kilowattheure Photovoltaique Potentially Disapppeared Fraction sur une certaine surface et sur une dur e donn e Qualit des cosyst mes cat gorie de dommage environnemental Ressources cat gorie de dommage environnemental sant humaine cat gorie de dommage environnemental Watt AVANT PROPOS Les travaux de doctorat ont donn lieu deux articles scientifiques publi s dans des revues avec comit s de r vision et deux autres soumis de telles revues et un article da
107. Geta 72 Tableau 5 6 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin seeeeeeeerrre 75 Tableau 5 7 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type edades T L 9 78 Tableau 5 8 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type POVOT SALAN ESS RE RD Deva Fennec beue ad edis cttm Sts Desa Re uS LUE 79 Tableau 7 1 valuation des impacts environnementaux et conomiques par kWh reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RES renvoient la cat gorie d impacts sant
108. L ENSEMBLE DU TRAVAIL DE RECHERCHE Ce chapitre a pour but de synth tiser la d marche de l ensemble du travail de recherche et l organisation g n rale du document en indiquant la coh rence des articles avec les objectifs de recherche Pour ce faire ce chapitre pr sente en premier lieu l hypoth se de recherche sur laquelle repose cette th se ainsi que les objectifs atteindre Ensuite une introduction aux articles soumis et publi s est pr sent e Ces derniers pr sentent leurs tours les tapes m thodologiques d velopp es en incluant les diff rents r sultats correspondants Note tel que discut au pr alable le terme approches conventionnelles est utilis pour d signer les approches utilisant soit des donn es moyennes ou soit des donn es marginales pour le court terme en utilisant la proc dure cing tapes d velopp e par Weidema 2003 Dans le cadre du projet de recherche ces donn es repr sentent les syst mes centralis s de production lectrique Ces donn es seront n cessaires pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e dans le r seau centralis 3 1 Hypoth se de recherche et objectifs 3 1 1 Hypoth se de recherche L hypoth se de recherche s annonce comme suit 6 l Le bon fondement des approches conventionnelles quantifier pour le court terme les cons quences conomiques et environn
109. L hydro lectricit Bilan GES de son professionnelle commerce dans le nord est du continent CHOC vol 28 3 33 35 Article publi Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau and R jean 2010 dans une revue avec comit de r vision Conf rence Conf rence Conf rence Conf rence Conf rence samson 2010 Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology Renewable and sustainable energy reviews vol 14 9 2885 2895 Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2011 mplications of Modeling Temporal Aspects of Electricity Supply LCA of renewable distributed generation in the Northeastern American market LCA XI Conference Chicago US 3 6 October Ip Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2011 The importance of dynamic production patterns in assessing the environmental and economic benefits of distributed generation from wind turbines and photovoltaic panels LCM 2011 Conference Berlin Germany 28 31 August Ip Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2011 Electricity trade analysis and marginal technologies in consequential LCA the case of Quebec s Hydropower in the Northeastern American Market 2006 2006 SETAC Europe 21st Annual Meeting Mila
110. Marsh 2010 Ip Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau and R jean samson 2010 Assessing distributed generation from a life cycle perspective photovoltaic and small wind turbines versus a central grid in a Northeastern American context SETAC Europe 20th Annual Meeting Seville Spain 23 27 May 2 p Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau et R jean samson 2010 Assessing distributed generation from a life cycle perspective photovoltaic and small wind turbines versus a central grid in a Northeastern American context Seconde dition du Forum tudiant Montr al Qu bec 3 mai 1 p Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau and R jean samson 2009 Can microgeneration make a major contribution in a Quebec context Evaluation based on five grid connected renewable technologies LCA IX Conference Boston US 29 September Ip 2011 2011 2010 2010 2009 INTRODUCTION 1 1 Contexte et probl matique La valeur conomique des impacts environnementaux de la production nerg tique va vraisemblablement se concr tiser avec l introduction dans les march s de la taxe sur le carbone ou de plafond d missions de gaz effet de serre GES Un cr dit de GES pourrait m me dans certains cas tre accord comme c est d ailleurs le cas dans les m canismes de d veloppement propre permettant ainsi de compenser des missions au sein d un syst me contraignant de plafonnement e
111. Mt of avoided emissions over 2006 2008 or about 7 Mt per year which corresponds to more than 8 9o of the Quebec yearly GHG emissions When GHG emissions from all life cycle stages resource extraction to end of life are accounted for the net avoided GHG emissions increase by 35 to 27 9 Mt 1 Introduction While electricity market reforms throughout the world increase exchange opportunities greenhouse gas GHG constraints are increasingly likely to have an impact on electricity production This could significantly affect this sector which was responsible for 41 of worldwide CO emissions in 2007 IEA 2009 Surprisingly however little research has been conducted on how electricity imports and exports affect GHG emissions and how to estimate credit for possible lower GHG emissions resulting from electricity trade Such analysis could be included in GHG inventories across the world as some jurisdictions such as Massachusetts have already taken some steps in that direction Commonwealth of Massachusetts 2009 Such GHG estimate 1s of crucial importance for hydropower producers which are responsible for low levels of emissions and usually export an important share of their production This paper focuses on the province of Quebec Canada which exports hydropower to its Northeast American neighbours Quebec has access to 41 018 MW of installed power from which 9 percent is hydropower The provincial production was 192 terawatt hours
112. New Brunswick New England New York b Ontario New Brunswick New England New York E a E 4 m E z amp Xx z amp z 4 0E 08 1 0E 02 2 0E 08 0 5E 02 0 0E 00 0 0E 00 2 0 08 lt 3X 4 0E 08 qy 03502 gt N 3 E o i 6 0E 08 e 8 0E 08 0 1E 06 1 0 02 1 5E 02 0 1E 06 2 0E 02 Hydraulique Gas naturel m Mazout Approche propos e Hydraulique Gas naturel m Mazout Approche propos e c Ontario New Brunswick New England New York d Ontario New Brunswick New England New York l nu E ali mH nm E 2 B aw E ele SB a E 2 2 2 2 TIES SPE 2 ZS EEE ZEEE E 4 0E 02 0 5E 00 2 0E 02 0 0E 00 0 0E 00 2 0E 02 4 0 5E 00 4 0E 02 1 e n e e EJ xz 4 ro mn Les a t j eaat 2 22 2 7929 6 0 02 i H 7T77 x e 99 TTiTtTe 77 E P inim oa 8 8 0E 02 amp 15E 00 z 010 m aaju En amp B o 2 0E 00 E 0 1E 00 E m B mu m 2 5E 00 0 2E 00 4 nu D 2E 00 lt 3 0E 00 Hydraulique Gas naturel E Mazout Approche propos e E Hydraulique amp Gas naturel B Mazout Approche proposee Figure 2 Influence du choix des donn es lors de l valuation en absence de la taxe sur le carbone des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b
113. New York n nm E aR Se ESS An E SIR Bt ES sane E al8 8 amp E BIR aE ajli Su E 3 536 CIF FSFPFRE CIF 3253 amp CIF 23 3 C E 3 33 CIF FF E amp 3 PE 13 SE ER 0 20 2 00 0 10 0 00 0 00 T 0 10 2 00 N N N N SS LESS wn E N SS LR NV ls NEN ao SS SN N N S S zi JUI LIE nmi Bo S xs SN SS S SS NANNA NS Jin x N X SN ES x wi N X AIA SN RS NN S D XK ANNS NNINN AN 0 60 S S NON N 8 00 AK N NIN N NIN N X X yae SA gl Bana 33 0 70 S S di 0 80 M m Hydropower OCoal SNaturalgas m Oil ee m Hydropower OCoal SNaturalgas m Oil Figure S2 Life cycle environmental impact abatements in Quebec adjacent markets as a consequence of RES generation in below average Quebec climatic conditions a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline 199 New York New Brunswick New England Ontario X New York New Brunswick New England Ontario dAd Ul Ad I OTM OEM dAd Ul Ad L OTM OEM dAd ui Ad L OTM OEM dAd Ul Ad TM OTM OEM d gt a w gt d IM OTM OEM dAd ui Ad L OTM OEM dAd Ul Ad L OTM OEM dAd Ul Ad OTM OEM 0 08 1 E 07 74 1 EVA ZA A Zi 1 YMA ZU 40d A A MA LA mm 77 77 A WI A WA M P A
114. R Bauer C Bolliger R Burger B Faist Emmenegger M Frischknecht R Heck T Jungbluth N R der A Tuchschmid M 2007 Life Cycle Inventories of Energy Systems Results for Current Systems in Switzerland and other UCTE Countries Ecoinvent D bendorf CH p 185 EIA 2010a Coal News and Markets Archive Coal News and Markets http www eia doe gov cneaf coal page coalnews cnmarchive html EIA 2010b Cost and Quality of Fuels for Electric Plants 2007 and 2008 Office of Coal Nuclear Electric and Alternate Fuels Washington DC p 69 EIA 2010c Natural Gas Futures Prices NYMEX Dollars per Million BTU Natural Gas Futures Price http tonto e1a doe gov dnav ng ng pri fut si d htm EIA 2010d Utility Non Utility and Combined Heat amp Power Plant Database Form EIA 906 EIA 920 and EIA 923 Databases http www eia doe gov cneaf electricity page e1a906 920 html EIA 2010e Voluntary Reporting of Greenhouse Gases Program Fuel Emission Factors Fuel and Energy Emission Factors http www e1a doe gov oiaf 1605 emission factors html EIA 2010f Weekly Cushing OK WTI Spot Price FOB Dollars per Barrel Petroleum Navigator http tonto e1a doe gov dnav pet hist rwtc W htm Environment Canada 2008 National Inventory Report 1990 2006 Greenhouse Gas Sources and Sinks in Canada The Canadian Government s Submission to the UN Framework Convention on Climate Change Greenhouse Gas Division Gatineau Qc
115. S A new LCIA Method Used for a CAnadian Specific Context International Journal of LCA on line first p 10 nternational Journal of Life Cycle Assessment vol 12 no 2 pp 93 102 2007 J Earles et A Halog Consequential life cycle assessment a review The International Journal of Life Cycle Assessment vol 16 no 5 pp 445 453 2011 T Ekvall A M Tillman et S Molander Normative ethics and methodology for life cycle assessment Journal of Cleaner Production vol 13 no 13 14 pp 1225 1234 2005 M Thomassen R Dalgaard R Heijungs et I de Boer Attributional and consequential LCA of milk production 7he International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 4 pp 339 349 2008 G Rebitzer Integrating life cycle costing and life cycle assessment for managing costs and environmental impacts in supply chain analysis and LCA in Cost Management in Supply Chains S Seuring etM Goldbach Eds Heidelberg Physica Verlag 2002 pp 128 146 D Hunkeler K Lichtenvort et G Rebitzer Environmental Life Cycle Costing 1 d Europe CRC Press SETAC 2008 G Finnveden et Moberg Environmental systems analysis tools an overview Journal of Cleaner Production vol 13 no 12 pp 1165 1173 2005 59 60 61 62 65 64 65 66 67 68 69 70 71 72 102 E Hochschorner et M Noring Practitioners use of life cycle costing with en
116. S electricity production and the hourly marginal electricity production technology Once hourly marginal electricity production technologies are identified for each of the studied jurisdictions matching these data with the hourly electricity production of the RES is straightforward Indeed for every hourly RES production it is important to know which power plant is the marginal one in each jurisdiction Once again the marginal electricity production technology is assumed to curb its production and therefore avoid emissions during RES electricity production Finally the step is repeated for every carbon tax level from O to 100 US tonne CO eq 2 3 3 Estimation of the avoided GHG emissions and internalization The estimation must be carried out by using the emission rates of each of the hourly marginal electricity production technologies identified in each market adjacent to Quebec Table 6 In a given hour GHG abatements by the assessed RES e g 30 kW micro wind turbine are equal to the GHG emissions not emitted of the affected centralized marginal electricity production technology decreased electricity production The hourly avoided GHG emissions is multiplied by the value of the carbon tax of a given level and the result is added to the new value of the hourly electricity market price P determined in section 2 2 This is repeated for each hour in the 2006 2008 period and for every carbon tax level from 0 to 100 US tonne CO eq
117. S renvoient la cat gorie d impacts sant humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Une valeur n gative renvoie une diminution des impacts SH QE CC RES Cout Approche Sc narios Syst mes DALY PDF m yr kg CO P MJ US primary amp olep PVpGinf 3 81E 08 1 45E 02 5 33E 02 8 95E 0 0 31 W30 sup 1 53E 08 431E 03 7 84E 03 1 19E 01 0 03 Marcina Hydraulique PVp inf 5 01E 08 1 98E 02 6 06E 02 1 04E 00 0 31 MM W30 sup 2 73E 08 9 64E 03 1 51E 02 2 60E 01 0 03 od ENSE 1 66E 07 4 58E 04 3 05E 01 3 42E 00 0 31 W30 sup 1 89E 07 9 69E 03 3 50E 01 4 19E 00 0 03 PVp inf 1 31E 08 1 32bE 02 1 75E 01 3 32E 00 0 33 Gaz naturel W30 sup 9 69E 09 3 01E 03 2 20E 01 4 09E 00 0 05 N inclut pas les couts de d mant lement une approche conservatrice est appliqu e Repr sente la technologie affect e long terme dans la province de Qu bec Repr sente la technologie affect e long terme dans le march lectrique nord est am ricain 1 W30 sup est l olienne de petite puissance 30 kW tant la meilleure s quence pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne et PVp inf est le panneau solaire polycristallin 3KWp tant la meilleure s quence pour les conditions m t orologiques au dessous de la moyenne 4 Extension de recommandations pr sent es dans le cadre du projet de recherche d autres secteurs d activit agriculture carbur
118. UNIVERSIT DE MONTR AL INT GRATION DE LA DYNAMIQUE DE LA PRODUCTION LECTRIQUE ET VALUATION DES CONS QUENCES ENVIRONNEMENTALES ET CONOMIQUES DU CYCLE DE VIE DE LA PRODUCTION DISTRIBU E MOURAD BEN AMOR D PARTEMENT DE G NIE CHIMIQUE COLE POLYTECHNIQUE DE MONTR AL TH SE PR SENT E EN VUE DE L OBTENTION DU DIPL ME DE PHILOSOPHIAE DOCTOR G NIE CHIMIQUE D CEMBRE 2011 Mourad Ben Amor 2011 UNIVERSITE DE MONTR AL COLE POLYTECHNIQUE DE MONTR AL Cette th se intitul e INT GRATION DE LA DYNAMIQUE DE LA PRODUCTION LECTRIQUE ET VALUATION DES CONS QUENCES ENVIRONNEMENTALES ET CONOMIQUES DU CYCLE DE VIE DE LA PRODUCTION DISTRIBU E pr sent par BEN AMOR Mourad en vue de l obtention du dipl me de Philosophiae Doctor a t d ment accept e par le Jury d examen constitu de M STUART Paul Ph D pr sident M SAMSON R jean Ph D membre et directeur de recherche Mme GAUDREAULT Caroline Ph D membre et codirectrice de recherche M PINEAU Pierre Olivier Ph D membre et codirecteur de recherche M SAVADOGO Oumarou D d tat membre M ZMEUREANU Radu Ph D membre ii D DICACE A mon pere 1V Les plus belles victoires sont celles qu on remporte sur soi m me Haile Gebrselassie REMERCIEMENTS Les ann es pass es au doctorat ont t des plus stimulantes Ceci n aurait pas pu tre possible sans l aide de plusieurs personnes qui m ont soutenu pendant t
119. Vm 4 9 38 1 47 PVp 4 9 38 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 231 Tableau 3 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 60 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de production Hydro lectricit Charbon iod Mazout d nergies renouvelables a W30 87 9 1 0 3 W10 89 9 1 0 1 Ontario W1 88 9 1 0 2 PVm 46 7 1 0 47 PVp 46 790 1 0 47 W30 46 15 35 1 3 Ne W10 47 9o 15 35 1 1 D WI 46 15 35 1 2 PVm 15 11 26 1 47 PVp 15 11 26 1 47 W30 38 15 45 0 3 Nouvelle W10 89 9 1 0 1 For WI 38 15 45 0 2 gle PVm 11 10 32 0 47 PVp 11 10 32 0 47 W30 46 15 35 1 3 W10 47 9o 15 35 1 1 New York W 1 46 15 35 1 2 PVm 15 11 26 1 47 PVp 15 11 26 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les techno
120. When needed data were converted to US at the daily exchange rate Statistics Canada 20102 2 2 Fuel cost estimates Electricity generation costs include capital costs operations and maintenance O amp M costs and fuel costs Capital costs are strongly affected by the plant size and type and its construction time O amp M costs reflect the plant s complexity and material conditions while fuel costs marginal production cost reflect the plant s efficiency and its fuel market price Harris 2006 Tester et al 2005 The importance of fuel costs resides in finding out the rank of plants 1n the merit order also called the to be operated queue Harris 2006 Tester et al 2005 In fact base load power plants such as nuclear have high fixed costs low fuel costs and are operated first 1n comparison to many natural gas plants with low fixed costs and high fuel costs The latter are Hydropower generation from the Churchill Falls site in Newfoundland and Labrador is considered as part of the province of Quebec system 2 The other New England states Massachusetts Rhode Island and Connecticut were not considered because they do not share a border with Quebec Therefore New England in this paper only refers to Maine New Hampshire Vermont and their data The impact on system losses of interchange has been neglected Thus hourly transmission data were not modified to include this effect New Brunswick operates a bala
121. Y renvoie ann e quivalente de vie perdue Par exemple une substance toxique ayant un effet canc rig ne a des r percussions directes sur la sant personne Selon le facteur de caract risation d IMPACT 2002 un kg de chlorure de vinyle a un facteur de 1 46 6 DALY tenant compte du type de cancer et nombre d ann e de vie pouvant tre perdu en raison de ce type de cancer 2 PDF m an renvoie la fraction potentielle de l cosyst me disparue Par exemple si dioxyde de soufre est rel ch dans l environnement il va engendrer de l acidification et par cons quent une perte de 1 04 PDF Pour l valuation des couts du cycle de vie 1l n est pas n cessaire d internaliser les couts reli s aux impacts environnementaux pour viter toute probl matique reli e au double comptage Comparativement l analyse des impacts du cycle de vie o la quantification des entrants de mati re et d nergie et des sortants missions l air l eau et au sol reli s au cycle de vie des syst mes s lectionn s de production distribu e est traduite caract ris s et agr g s au sein de cat gories d impacts et de dommages il n est pas n cessaire de traduire les couts du cycle de vie tant donn qu ils portent la m me unit Le calcul de l inventaire et l valuation des impacts potentiels associ s aux missions inventori es ont t r alis s l aide du logiciel SimaPro 81 D un autre c t l valuation des couts
122. able energy using wind turbines with a power rate higher than 30 kW could present interesting benefits even 1f it displaces electricity produced with a high percentage of hydropower Second renewable 126 production using distributed generation and more precisely micro wind 30 kW shows a potential benefit when oil centralized power system is affected i e short term marginal technology Photovoltaic systems could also become a competitive alternative in case of a decrease in acquisition cost 53 The third observation concerns the long term perspective Table 8 shows that using distributed generation and more precisely micro wind 30 kW could improve the life cycle performance of electricity production only if it has the potential to substitute coal energy production Once again photovoltaic systems could also become a competitive long term alternative as acquisition cost 1s expected to decrease 53 Even if the simultaneous use of different life cycle methods is often suggested 54 a conservative approach was applied in this paper mainly because of a lack of data Therefore improvements could be performed For example to remain consistent 34 it is recommended to include the end of life cost of the affected centralized energy system as all the assessment was performed on a cradle to grave basis As distributed energy is close to the consumer the transportation cost would be reduced Thus its inclusion in the final cost 1s also recom
123. ach Before estimating the economic benefits of the studied RES i e micro wind turbine and photovoltaic panels it 1s important to determine the hourly variability of the energy produced and the impacts on the final cost USS MWh The selected average monthly values presented in Figure are representative of the climatic conditions in the province of Quebec Canada Annual wind speeds of 7 5 6 and 3 5 m s and solar radiations of 1 387 1 230 and 1 067 kWh m year represent the selected above average average and below average conditions in the province The presented mean values of measured wind speed and horizontal solar radiations were obtained using a long term site average dataset for Quebec 1961 1990 12 Measured hourly data were not available HOMER the computer software evaluating grid connected power systems and theirs applications 13 was used to generate synthesized hourly wind speeds and solar radiations from the measured average monthly values for a single year Figure 1 208 eo UJ un Wind speed m s o Horizontal solar radiation kWh m2 day N Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year Figure 1 Average annual and monthly wind speeds and solar radiation in Quebec Canada measured at 10 m B Avg Avg and A Avg refer respectively to below average average and above average conditions Mono
124. aires et ont t adapt es au contexte nord am ricain 33 35 Les donn es manquantes ont quant elles t compl t es par des hypoth ses et des donn es secondaires c d des donn es g n riques ou th oriques disponibles dans la litt rature et la banque de donn es ecoinvent La plupart des processus l mentaires figurant dans les syst mes l tude se retrouvaient dans la banque de donn es ecoinvent Afin de maximiser l uniformit et la coh rence des donn es utilis es lors de la mod lisation cette banque a t privil gi e et adapt e particuli rement en ce qui concerne le contexte nerg tique nord am ricain De plus les processus de production des ressources consomm es de gestion des d chets g n r s et des transports impliqu s aux diverses tapes du cycle de vie des fili res ont t mod lis s sur la base de donn es secondaires de la banque de donn es ICV s lectionn e Une description des tapes du cycle de vie des deux fili res de production d nergies renouvelables ainsi que des hypoth ses relatives au cycle de vie a t ajout e dans l annexe 6 Une approche similaire a t adopt e lors de la collecte des donn es pour les couts des syst mes de production distribu e Dans un premier temps les donn es primaires pour les oliennes de petites puissances de 1 et 10 kW pour les convertisseurs et pour les composantes de raccordement ont essentiellement t collect
125. ait des activit s commerciales changes d lectricit qui ont eu lieu durant cette p riode Tableau 4 6 Bilan de l lectricit chang e entre le Qu bec et ses march s voisins durant la p riode 2006 2008 en TWh 99 adapt de Amor et al 98 Nouveau Nouvelle New wies Total Brunswick Angleterre York Export 2006 0 31 6 92 4 83 1 07 13 14 2007 2 3 8 96 6 50 1 11 18 94 2006 3 41 9 03 6 71 1 07 21 12 2006 2008 6 09 25 81 18 04 3 25 53 20 Import 2006 1 00 0 61 1 86 2 18 5 64 2007 0 47 1 13 2 28 2 24 6 11 2006 0 15 0 20 1 22 2 75 4 32 2006 2008 1 61 1 94 5 36 7 16 16 07 b Estimation des taux d missions de GES des technologies marginales Les taux d missions durant le cycle de vie des technologies marginales tonne de CO eq MWh ont t r gionalis s en consid rant les missions directes ayant lieu durant l tape de la production de l lectricit par autorit Pour ce faire les bases de donn es d Environnement Canada et de Statistique Canada ont t n cessaires pour d terminer le taux d missions pour le CO CH et N20 par type de technologie pour l Ontario et le Nouveau Brunswick 100 103 Dans le cas de la Nouvelle Angleterre et de New York les bases de donn es de la EIA Energy Information Administration ont t consult es pour d terminer le taux d missions pour le CO CH et N20 par type de combustibles et par type de technologies 104 Une fois d termin es ces mi
126. ait limiter la repr sentativit de leurs conclusions 7 22 23 En dernier lieu comme il a t mentionn au d but de cette section la valeur conomique des impacts environnementaux de la production nerg tique va vraisemblablement se concr tiser avec l introduction dans les march s de la taxe sur le carbone Par exemple en Europe l imposition de la taxe sur le carbone aux syst mes de production d nergie produisant des GES comme les nergies fossiles peut avantager d une mani re indirecte la production d nergies renouvelables 24 C est pourquoi il est galement important d valuer les r percussions d un tel m canisme de taxation sur l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables dans le r seau lectrique 25 26 Pour conclure tudier ces probl matiques est crucial pour bien cerner les enjeux potentiels de la production distribu e comme programme nerg tique comparativement la production centralis e 1 2 Objectif g n ral L objectif g n ral du projet de recherche est de montrer l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique lors de l valuation par une approche cycle de vie des impacts environnementaux et conomiques court terme li s aux cons quences de la production distribu e d nergies renouvelables Pour ce faire l tude de cas de la production distribu e d nergies renouvelables par le solaire photovoltaique et les oliennes de petite
127. al emission impacts of electricity trade However much of the trade discussed in this article involves imports energy storage in dams and exports When GHG emissions will have a market value this type of trade pattern will be significantly affected The analysis conducted in this paper will be key to understand how these trade patterns could change Table 9 shows that for the main electricity exporter in Quebec Hydro Quebec Imports for Exports can represent important quantities of energy that are provisionally stored in reservoirs for intertemporal arbitrage purposes Indeed in 2006 imports represented 36 of the energy 155 exported by Hydro Quebec line D This 1s due to the fact that the Net Reservoir Drawdown line B are always lower than Hydro Quebec s US exports line A These exports are officially tracked by Canada s National Energy Board which approves and monitors international electricity trade among other regulatory duties In order to export more hydropower than it draws from its reservoirs Hydro Quebec has to import some electricity It does so during off peak periods at lower prices in order to have more energy to export during higher price periods Table 9 Hydro Quebec s trade pattern 2006 2007 2008 Source aig Hydro Quebec Exports to 93 89 91 NEB 2009a b c Hydro Quebec US Export TWh 10 89 14 33 15 82 A NEB 2009a b c Net Reservoir Drawdown TWh 7 00 10 70 15 20 B Hy
128. al unit FU 1s to provide 1 kWh during the reference year 2009 The modeled system boundaries cover all the life cycle stages ranging from the extraction of resources to the end of life 1 e cradle to grave The three micro wind turbines differ according to the power rate 1 10 and 30 kW and the installation type Table 1 The assumed lifetime of the moving and the fixed part are 20 and 40 years respectively The list of materials for the micro wind turbine were obtained from the manufacturer 25 and completed with the ecoinvent database 20 The complete production process from material production to the final micro wind system assembly is well described in the ecoinvent report 20 It 1s assumed that all micro wind turbines including all components were produced in the US 16 and shipped to the province of Quebec for the installation stage The average distance is assumed to be 1 500 km The electric cables and inverters were also assumed to be produced in the US As the assessed systems are considered new technologies data on decommissioning are not available Decommissioning activities are assumed to be the same as for the installation Moreover a lack of knowledge still concerns the end of life of the assessed systems Neither environmental burdens nor credits have been considered for the metals 113 parts recycling stage This approach 1s described in the ecoinvent report 17 20 The remaining part 1 e not metallic are assumed
129. allation La distribution de la fili re olienne et solaire comprend principalement le transport des composantes jusqu au site d installation Une distance moyenne de 1500 km par camion a t suppos e pour l tape de distribution Sachant que les livraisons sont unitaires il est erron de consid rer le train comme moyen de transport L tape d installation fait principalement r f rence la consommation de l nergie par la grue lors de la mise en place de la partie mobile assembl e la tour La consommation d nergie lectrique est estim e gale 0 5 kWh kg 35 De plus 118 kg de diesel est n cessaire pour la mise en place de la fondation en b ton En absence de donn es correspondant l tape de fin de vie les m mes donn es ont t consid r es pour le d mant lement de la fili re olienne La superficie de terrain n cessaire et son occupation durant la p riode d exploitation de l olienne ont galement t prises en consid ration Cette superficie est variable selon la hauteur et du type de la tour L installation de la fili re solaire est consid r e sur le toit sachant que ce type d installation est le plus fr quemment appliqu 33 Selon la m me r f rence l nergie d installation est estim e gale 0 01 kWh m Cette estimation a galement t utilis e pour le d mant lement en fin de vie de la fili re 244 tape d exploitation Cette tape comprend essentiellement la
130. an houses in New Zealand Energy and Buildings vol 41 no 10 pp 1013 1018 2009 Tendance carbone The Monthly Bulletin on the European Carbon Market N27 Rapport technique 2008 http www bluenext eu publications TendancesCarbone TCN 27 07 2008 En pdf S Borenstein The Market Value and Cost of Solar Photovoltaic Electricity Production UCEI California US Rapport technique CSEM WP 176 2008 www ucei org Consult le 10 janvier 2008 S Borenstein The Private and Public Economics of Renewable Electricity Generation Haas School of Business California US Rapport technique WP 221 2011 http ei haas berkeley edu abstract wp221 html Consult le 10 septembre 2011 Ontario Power Authority Ontario Power Authority pp 2010 Disponible http www powerauthority on ca Consult le 15 mars 2010 Gouvernement du Canada et Ressources naturelles Canada Les syst mes oliens autonomes Guide de l acheteur vol 1 2003 pp 60 Hydro Qu bec Exigences relatives au raccordement de la production d centralis e utilisant des onduleurs de faible puissance au r seau de distribution basse tension d Hydro Qu bec sectorielle 2005 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 100 C Koroneos N Stylos et N Moussiopoulos LCA of Multicrystalline Silicon Photovoltaic Systems Part 1 Present Situation and Future Perspectives Inte
131. and 30 kW Results were obtained for different climatic conditions prevailing in the province of Quebec 1 e various levels of solar radiation and wind speed to evaluate geographical dependencies The second objective consists of exploring the potential benefits and limitations of distributed generation in a Northeastern American context A sensitivity analysis was performed characterizing different potentially affected centralized energy systems based on average and short term marginal data using the 5 step procedure developed by Weidema 2003 First results show that life cycle system performances are very sensitive to climatic conditions micro wind 30 kW is deemed the best technology for above average conditions while 3 kWp poly crystalline photovoltaic panels are preferable for below average conditions Second Xl production potential using distributed generation does not show a potential benefit in comparison to the centralized Quebec grid mix 1 e approach using average data However and this 1s the third main result the assessed technologies and more precisely micro wind 30 kW show potential benefits environmental and economic as long as oil centralized technologies are affected decreases its production as a consequence of the integration of renewable distributed generation The presented results do not consider changes in time for the renewable energy production and for short term marginal electricity production technolog
132. and poly crystalline photovoltaic panels 3kWp with slanted roof mounting systems were selected because of their frequent installation as were micro wind turbines 1 10 and 30 kW at their respective commonly used towers heights 10 22 and 30 m Generated hourly wind speeds and solar radiation in combination with the technical specifications of the selected grid connected RES including the performance of the inverter and all the necessarily connections are used to estimate hourly energy production Previous work provides more technical details on the studied systems 8 Total hourly energy production for a single year is presented in Table 1 These results are affected by many factors including solar radiation and wind speeds RES efficiency cell temperatures and tower heights and DC to AC conversion efficiency The system output is distilled down to a single measure of performance the capacity factor CF CF is the ratio between the annual energy output of a given RES and its output if it were operating at full capacity all the time Table 1 shows that 1n below average conditions micro wind turbine CF values range between 11 5 and 12 4 These values are consistent with those reported in the literature 14 For average and above average conditions micro wind turbine CF values are similar to those obtained for a commercial wind farm 14 The same observations are noted for photovoltaic since their CF values are also in line with typical valu
133. and the 3kWp poly crystalline photovoltaic panel for the ecosystem quality the climate change and the resources indicators even if the 3kWp poly crystalline photovoltaic panel shows a higher frequency of no generation see Table 1 From the human health indicator perspective the ranking between the two systems varies depending on the assessed markets The resource abatements using micro wind turbines are slightly higher than those obtained for the photovoltaic panels Depending on the investigated Quebec adjacent market the range is from 0 to 5 in comparison to the 109 based on ALCA results The climate change abatement estimates range from 1 to 20 in comparison to 96 once again based on the ALCA results Finally for the human health indicator the presented ranking between the two systems also changes In fact Figure 1 shows that the human health abatements obtained for the photovoltaic panels are slightly higher than those for the micro wind turbines The only exception is the New York electricity market where the micro wind turbines still show a higher abatement in comparison to photovoltaic panels Below and above average Quebec climatic conditions were 183 also considered and results are included in the supporting information section 7 The highlighted observations remain the same while abatement intensity decreases or increases when below or above average climatic conditions are respectively considered These observations show
134. ant etc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 98 BIBLIOGRAPHIE C R Karger et W Hennings Sustainability evaluation of decentralized electricity generation Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 13 no 3 pp 583 593 2009 S Carley Distributed generation An empirical analysis of primary motivators Energy Policy vol 37 no 5 pp 1648 1659 2009 Hydro Qu bec Option de mesurage net pour autoproducteurs Tarifs r sidentiels et factures Disponible http www hydroquebec com autoproduction Consult le 13 Mars 2008 Marbek Resource Consultants Ltd Survey of small 300 W to 300 kW wind turbine market in Canada CANMET Energy Technology Centre CETC Ottawa Rapport technique 2005 Government of Saskatchewan Net Metering rebate program extended pp 2011 Disponible http www gov sk ca news newsId 6ab68302 8039 4504 a671 9dfb555f09c3 Consult le 22 Octobre 2011 J L Bernal Agustin et R Dufo Lopez Economical and environmental analysis of grid connected photovoltaic systems in Spain Renewable Energy vol 31 no 8 pp 1107 1128 2006 A S Bahaj L Myers et P A B James Urban energy generation Influence of micro wind turbine output on electricity consumption in buildings Energy and Buildings vol 39 no 2 pp 154 165 2007 F Ardente M Beccali M Cellura et V Lo Brano Energy performances and
135. anvier 2009 Natural Resources Canada et NRCan CTEC RETScreen version 4 Varennes Qc 2008 CanSIA NRCan The Potential for solar PV power in Canada CanSIA NRCan Rapport technique 2008 http www cansia ca Consult le 10 mars 2009 PR Consultants SimaPro7 version 7 1 6 Amersfoort Netherlands PR Consultants 2008 P Morin B Marcos C Moresoli et C B Laflamme Economic and environmental assessment on the energetic valorization of organic material for a municipality in Quebec Canada Applied Energy vol 87 no 1 pp 275 283 2010 Hydro Qu bec Approvisionnements nerg tiques et missions atmosph riques Hydro Qu bec Montreal Rapport technique 2005 http www hydroquebec com publications fr rapport perf enviro pdf rdd 2005 pdf Consult le 15 septembre 2009 Hydro Qu bec Other sources of power generation Fossil fuels Hydro Qu bec Power Generation Disponible http www hydroquebec com learning production autressources fossile html Consult le 10 octobre 2009 National Energy Board Canada s Energy Future Reference Case amp Scenarios to 2030 Appendices National Energy Board Calgary AB Rapport technique NE23 15 2007F MRC 2007 http www neb gc ca clf 56 57 58 89 90 91 92 93 94 95 96 97 104 nsi rnrgynfmtn nrgyrprt nrgyftr 2007 nrgyftr2007ppndc eng pdf Consult le 13 octobre 2009 Federal
136. apes propos e par Weidema et supposer que leur production sera toujours sensible en fonction des conditions du march lectrique a galement t appliqu e En se r f rant la proc dure tel que pr sent dans la section 4 1 3 2 Donn es marginales court terme pour d terminer les syst mes centralis s de production lectrique qui vont diminuer leurs productions il faut d terminer les syst mes dont le cout de production est le plus lev et ce dans les quatre autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec Nouveau Brunswick Nouvelle Angleterre New York et Ontario L volution du prix de production des syst mes thermiques de production lectrique en fonction de la taxe sur le carbone a t valu e Pour des raisons de simplification les technologies marginales seront identifi es 30 60 et 90 SUS par tonne de CO Avec un prix de 30 US par tonne de CO la production de l lectricit partir de mazout est la technologie dont le cout de production est le plus lev e Cette derni re est donc s lectionn e comme technologie marginale De plus la production de l lectricit partir du gaz naturel et du charbon se trouve en deuxi me position Ces derniers peuvent donc tre identifi s comme technologie marginale pour les quatre autorit s Il est noter que le prix de production de l hydro lectricit reste le plus bas et invariable malgr l augmentation du prix de la taxe sur le
137. arfois dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les sc narios de technologies marginales statiques mazout gaz naturel et charbon C est l exemple de l Ontario avec la cat gorie dommages sant humaine et ressources ou 1l est possible de voir que les sc narios de technologies marginales statiques mazout gaz naturel et charbon surestiment les la r duction des impacts environnementaux L ajout d un sc nario renouvelable statique plus pr cis ment l hydro lectricit a permis de confiner de nouveau les r sultats L ajout du sc nario hydro lectricit comme technologie marginale a galement t test avec l int gration d une taxe de 60 US et 90 US par tonne de CO2 Les r sultats obtenus permettent de confiner les r sultats obtenus avec l approche propos e tant donn que les r sultats des sc narios de technologies marginales thermiques identifi es mazout et charbon surestiment encore les impacts environnementaux Ceci est galement le cas en utilisant la technologie marginale de production lectrique partir du gaz naturel D un point de vue conomique les r sultats obtenus pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec et tenant compte d une r solution horaire se trouvaient entre les r sultats obtenus en utilisant les technologies marginales identifi es Charbon gaz naturel et mazout en appliquant la proc dure cinq tapes 236 B Ontario
138. arison to the centralized Quebec grid mix average technology approach On the other hand the 30 kW micro wind turbine shows a potential benefit as long as the Northeastern American electricity market is considered 1 e oil and coal centralized technologies are affected for the short and long term marginal scenarios respectively Photovoltaic panels could also become more competitive if the acquisition cost decreased In conclusion DG utilization will represent an improvement over centralized electricity production in a Northeastern American context with respect to the environmental energy and economic indicators assessed and under the appropriate conditions discussed 1 e geographical locations and affected centralized electricity production scenarios 1 Introduction Distributed generation from renewable technologies can play a significant role in meeting different energy policy goals such as reducing greenhouse gas emissions improving energy security and adding supply to meet increasing energy demand 1 3 These reasons explain why distributed generation 1s increasing in popularity 4 and has gained recent support such as the province of Quebec Canada 5 109 Renewable energy production performances using small scale technologies are still under continuous investigation 6 Different impact categories have been studied such as technico economic impacts 7 8 global warming potential 9 land use 10 and cumulative en
139. ata Exchange Day Ahead Market LBMP Pricing Data www nyiso com public market data pricing data jsp Pineau P O Lefebvre V 2009 The value of unused interregional transmission Estimating the opportunity cost for Quebec Canada International Journal of Energy Sector Management 3 406 423 Spath P L Mann M K 2000 Life Cycle Assessment of a Natural Gas Combined Cycle Power Generation System NREL TP 570 27715 National Renewable Energy Laboratory Golden CO p 56 Spath P L Mann M K Kerr D R 1999 Life Cycle Assessment of Coal fired Power Production NREL TP 570 25119 National Renewable Energy Laboratory Golden CO p 172 169 Statistics Canada 2008a Electric Power Generation Transmission and Distribution 2006 Minister of Industry Ottawa ON p 44 statistics Canada 2008b Report on Energy Supply and Demand in Canada 2006 Minister of Industry Ottawa ON Statistics Canada 2009a Electric Power Generation Transmission and Distribution 2007 Minister of Industry Ottawa ON p 44 Statistics Canada 2009b Report on Energy Supply and Demand in Canada 2007 Minister of Industry Ottawa ON Statistics Canada 2010a CANSIM Table 176 0067 Foreign exchange rates in Canadian dollars daily Dollars unless specified V121716 Canada United States dollar noon spot rate 02 Oct 1950 to 11 Feb 2009 Statistics Canada Ottawa ON statistics Canada 2010b Report on Energy Supply and Demand
140. ation of RES generation Emission rate estimates cover all the life cycle stages 1 e from resource extraction the production of the energy including the installation and the decommissioning of the infrastructure The list of materials of the selected RES were obtained from manufacturers and completed with the ecoinvent database 36 38 The IMPACT 2002 impact assessment method was selected because midpoint characterization potentials are converted to four damage characterization results Human health DALY kWh ecosystem quality PDF m year kWh climate change kg CO5eq kWh and resources MJ primary kWh 39 The Simapro software was used for modeling 40 and once again representative climatic conditions prevailing in the province of Quebec 1 e above average average and below average conditions section 2 1 were considered for the emission rate estimation The final estimates are available 1n the supporting information section 4 Marginal centralized electricity production technology emission rates were also assessed for the four Quebec adjacent markets Heat rate Btu kWh and GHG emission rates kg CO Btu kg CH Btu and kg N 0 Btu corresponding to the operation stage of centralized electricity production 1 e coal natural gas and oil power plant were determined from EIA data tables 41 and completed with the eGrid database to include nitrogen oxides and sulfur dioxides emissions rates kg NO Btu and kg SO Btu 42 Mer
141. attention particuli re doit tre accord e au double comptage lors de la combinaison des r sultats des deux outils sachant qu il n est pas requis d internaliser les couts reli s aux impacts environnementaux dans un contexte de combinaison Finalement l ACC Soci tale comme c est le cas pour les analyses couts b n fices int gre en plus de l ACC environnementale d autres couts externes bas s sur l approche de la volont des individus de payer en fonction du dommage viter Willingness to pay Pour l instant l ACC soci tale est encore tr s peu r pandue en raison des difficult s mesurer les diff rents couts externes n cessaires pour la mod lisation incluant l incertitude qui s y attache 57 59 2 3 2 3 valuation des couts finaux et actualisation La phase d valuation des impacts conomiques est la troisi me phase de l ACC De la m me mani re que l ACV son objectif est d valuer la port e des impacts conomiques en utilisant les r sultats de l inventaire du cycle de vie et de fournir des informations utilisables pour la phase d interpr tation La phase d valuation des couts finaux est assez rapide sachant que malgr la quantit des donn es recueillies ces derniers ont la m me unit Donc comparativement l ACV il n est pas n cessaire de faire appel un mod le d valuation des impacts de l inventaire pour la phase d interpr tation Il est galement souligner que cette troisi me phase ne
142. au 5 1 Impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RES renvoient sant humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Inf Moy Moy sup Moy renvoient aux conditions m t orologiques au dessous de la moyenne de la moyenne et au dessus de la moyenne de la province de Qu bec 67 Tableau 5 2 Evaluation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RES XX renvoient la cat gorie d impacts sant humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Une valeur n gative renvoie une diminution des impacts 69 Tableau 5 3 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec d heures durant 2006 2007 et 2008 adapt de Amor et al 98 a Tableau 5 4 Impact des changes d lectricit sur le bilan de gaz effet de serre tonnes de CO eq Total pour 2006 2008 adapt de Amor et al 98 oo eecccccccceceeesseeeeeeeeeeeeeeas 71 Tableau 5 5 Comparaison de l impacts des changes d lectricit sur le bilan de gaz effet de serre 10 tonnes de CO eq Total pour 2006 2008 adapt de Amor et al 98 CC renvoie ala turbine 4 547 4 Cy Cle COMBINE iscritto Re RR E Gv eM n Catatan e en EH
143. aura comme cons quence de r duire la production des technologies marginales se trouvant dans les autorit s important de l lectricit partir de la province de Qu bec Ainsi lors de la production distribu e les technologies marginales se trouvant dans les autorit s voisines de la province de Qu bec baisseront leur production en cons quence de l int gration de cette nouvelle quantit d nergie produite Pour quantifier le degr de raffinement apport par l application du mod le propose l utilisation d approches conventionnelles et plus particuli rement des donn es marginales pour le court terme c d identifier les technologies marginales selon l approche cinq tapes propos e par Weidema et supposer que leur production sera toujours sensible en fonction des conditions du march lectrique a t appliqu e En appliquant cette approche tel que pr sent dans la section 4 1 3 2 Donn es marginales court terme les centrales au mazout et au gaz naturel ont respectivement t identifi es comme technologies marginales Les donn es moyennes de l approvisionnement lectrique de la province de Qu bec ont galement t utilis es pour la comparaison 4 1 5 D veloppement et application du mod le d quilibre partiel pour l valuation de linfluence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e Article 4 et Annexe 5 Les tape
144. aux et conomiques attribuables aux cycles de vie des syst mes de production d nergies renouvelables et en second lieu l valuation des impacts reli s aux cons quences de l int gration de l nergie produite dans le r seau centralis Les lacunes sont r sum es ci dessous 1 Absence de l valuation int gr e des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes de production distribu e d nergies renouvelables La comparaison des r sultats obtenus permettrait de d terminer la s quence technologique ayant la meilleure performance environnementale et conomique du cycle de vie tout en s assurant de la coh rence entre les outils du cycle de vie 2 Absence de l application simultan e des approches conventionnelles pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e pour une analyse de sensibilit des r ponses la question Y a t il place a la production distribu e d nergies renouvelables dans un contexte nord est am ricain De plus les r sultats obtenus permettraient de servir de base d valuation quant aux bons fondements des approches conventionnelles de simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes 3 Int gration de la dynamique de la production lectrique lors de l valuation court terme des impacts environnementaux et conom
145. avec la province de Qu bec Cette diminution est catalys e par l augmentation du prix de la taxe jusqu compl tement annuler la r duction des impacts environnementaux Tel est le cas pour la province de l Ontario o l int gration de la production distribu e n apportait aucune r duction des impacts environnementaux pour une taxe de 90 US tonne de CO en raison de l hydro lectricit qui devient la principale technologie marginale En r sum l introduction de la taxe sur le carbone pourrait justifier d un point de vue conomique et environnemental l int gration de la production distribu e comme programme nerg tique Cependant une pr caution est de mise quant au prix d une taxe trop lev qui pourrait inhiber les avantages de la production distribu e 86 6 2 Aspects m thodologiques 6 2 1 Identification des technologies marginales pour le court terme en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Le mod le d velopp dans le cadre du projet de recherche a permis d identifier pour chaque heure les technologies marginales et ce par march lectrique changeant de l lectricit avec la province de Qu bec c d quatre autorit s Nouveau Brunswick Nouvelle Angleterre New York et Ontario Par exemple il a t montr que consid rer uniquement les centrales thermiques au mazout comme technologie marginale n tait pas tr s repr sentatif de la r alit En effet les centrales les
146. avec les programmes d incitation la production verte mis en place en vertu d objectifs nationaux de r duction des missions polluantes et de GES 1 5 Cependant ce d veloppement pr sente plusieurs d fis d ordre conomique Le cout lev des quipements reste encore le principal point chaud pouvant limiter l int gration de la production lectrique comme programme nerg tique 6 1 2 Effet de l int gration de la taxe carbone sur la performance de la production distribu e L valuation de l influence de la taxe sur le carbone a permis de compl ter la r ponse la e r r r 9 r x question pr c demment pos e D abord les r sultats du quatri me article ont permis de montrer l absence de r duction des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e sauf si les externalit s correspondantes aux missions des gaz effet de serre r duites dans les autorit s voisines sont prises en consid ration dans l valuation internalis es Cependant ceci est uniquement le cas pour le Nouveau Brunswick et la Nouvelle Angleterre en int grant la production de l olienne de 30 kW En ce qui concerne les impacts environnementaux l introduction de la taxe sur le carbone a pour effet de diminuer la r duction des impacts environnementaux en cons quence de l int gration de la production distribu e Ceci est le cas pour les quatre autorit s changeant de l lectricit
147. avindranath Grid connected versus stand alone energy systems for decentralized power A review of literature Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 13 no 8 pp 2041 2050 2009 H Dahlbo M Ollikainen S Peltola T Myllymaa et M Melanen Combining ecological and economic assessment of options for newspaper waste management Resources Conservation and Recycling vol 51 no 1 pp 42 63 2007 G Norris Integrating life cycle cost analysis and LCA nternational Journal of Life Cycle Assessment vol 6 no 2 pp 118 120 2001 G Norris Integrating Economic Analysis into LCA Environmental Quality Management vol 10 no 3 pp 59 64 2001 J Reap F Roman S Duncan et B Bras A survey of unresolved problems in life cycle assessment Part 1 goal and scope and inventory analysis The International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 5 pp 290 300 2008 J Reap F Roman S Duncan et B Bras A survey of unresolved problems in life cycle assessment Part 2 impact assessment and interpretation The International Journal of Life Cycle Assessment vol 13 no 5 pp 374 388 2008 S R Allen G P Hammond H A Harajli C I Jones M C MeManus et A B Winnett Integrated appraisal of micro generators Methods and applications Proceedings of Institution of Civil Engineers Energy vol 161 no 2 pp 73 86 2008 N Mithraratne Roof top wind turbines for microgeneration in urb
148. ble 5 and 6 are falling in the range of the four cases results and suggest that the proposed methodology give a more precise estimate given the absence of detailed data Although the most realistic scenario from a market perspective among the four cases 1s the 153 worst one from a GHG emission perspective scenario 4 our estimates shown in Tables 5 and 6 present much better environmental outcomes Table 7 Operation stage and Life cycle GHG emissions from imports and exports using different cases of marginal technology tonnes of CO eq Totals for 2006 2008 System All Quebec exports substitute to boundary Gas CCGT Coal Mil Gusbes Gas Operation 13 592 359 46 688 148 CCGT je ve GD ES NU CE e imports add __ CCGT Lifecycle 19 796 441 60 276 565 ___ generation ggj Danon a ONIN icc Di E from oa ice 11610193 52090317 4 2 Significance of electricity trade in the region The significance of the values presented 1n Tables 5 and 6 1s better understood in the perspective of total regional GHG emissions Therefore Table 8 compares the net trade GHG emissions direct emissions only to the total and the electric power sector GHG emissions for Quebec and its neighbours As shown in the last column the net impact of electricity trade between Quebec was a 1 1 decrease in total emissions in New York 4 8 in New Brunswick 2 5 96 in New England and an increase of 0 3 in Ontario These values clearly point o
149. bu e Une seule exception pourrait tre not e pour l olienne de 30 kW D un autre cote les r sultats obtenus en utilisant l approche propos e montrent des r ductions des impacts environnementaux pour toutes les cat gories analys es l exception de l olienne de 1 kW pour la cat gorie qualit des cosyst mes Ceci met en relief le biais qui pourrait tre introduit par la simplification irr aliste de la dynamique de la production lectrique 75 Tableau 5 6 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de G production Hydro lectricit Charbon it Mazout d nergies naturel renouvelables a W30 20 66 11 0 3 W10 21 66 11 0 1 Ontario WI 20 66 11 0 2 PVm 8 36 9 0 47 PVp 8 36 9 0 47 W30 4 38 54 2 3 No W10 4 39 54 2 1 Bou W I 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 W30 7 24 58 8 3 Nouvelle W10 21 66 11 0 1 Ameleteie WI 7 24 58 8 2 PVm 2 8 38 5 47 PVp 2 8 38 5 47 W30 4 38 54 2 3 W10 4 39 54 2 1 New York W1 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de produ
150. bu e d nergies renouvelables La comparaison des r sultats obtenus permettrait de d terminer la s quence technologique ayant la meilleure performance environnementale et conomique du cycle de vie tout en s assurant de la coh rence entre les outils du cycle de vie 43 Quatre tapes sont utiles pour l valuation des impacts conomiques et environnementaux des syst mes s lectionn s de production d nergies renouvelables 12 57 Ces tapes sont d crites dans les sous sections suivantes 4 1 2 1 Objectif et champ de l tude La fonction principale de la fili re solaire et olienne consiste produire de l nergie sous forme lectrique La quantification de la fonction tudi e l unit fonctionnelle est bas e sur un kilowattheure kWh d lectricit produite dans la province de Qu bec Ainsi tous les flux entrants et sortants des syst mes sont normalis s par rapport la production totale annuelle de chaque fili re L estimation de l nergie totale produite par chaque syst me repose sur la m thodologie pr sent e dans la sous section 4 1 1 Pr sentation des syst mes s lectionn s Ressources naturelles mati re nergie Co t FRONTI RES DU SYST ME Approvisionnement 4 Gestion 1 Production 2 Distribution 3 Utilisation en fin de vie Gestion des rejets Eu HO Fonctions du syst me Emissions Electricit B n fices l environnement Syst me d avant plan solide
151. c Canada H3B 3K5 KEYWORDS Distributed renewable generation life cycle costing carbon tax electricity value pollution benefits Abstract Incentive programs and tax rebates are commonly offered to offset the high initial costs of small scale renewable energy systems RES and foster their implementation However the economic costs of RES grid integration must be fully known in order to determine whether such subsidies are justified The objective of this paper 1s to assess the economic value of RES including their environmental benefits using hourly generation information in conjunction with hourly wholesale price data Reaching the paper s objective will provide a better estimate of the bias that could result from neglecting 1 the time pattern of the hourly wholesale price 2 the impacts of carbon taxes on the hourly wholesale price and 3 the value of the marginal hourly GHG emissions Selected RES include two types of grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono 205 and poly crystalline and three types of micro wind turbines 1 10 and 30 kW modeled for different climatic conditions in the province of Quebec Canada The cost of electricity 1s based on the technical performance of these RES using a life cycle costing methodology The economic value of RES electricity 1s estimated using the hourly wholesale electricity price in Northeastern American markets 1n 2006 2008 Results show that distributed generation DG has no e
152. c t en utilisant le gaz naturel comme seule technologie marginale les r sultats obtenus sous estiment les r sultats de 29 Ces pourcentages sont encore plus importants avec les sc narios 3 et 4 Ces derniers surestiment et sous estiment les r sultats de 116 et 59 Ces pourcentages montrent le degr de raffinement que le mod le peut apporter comparativement aux approches conventionnelles commun ment appliqu es en ACV Cons quentielle Tableau 5 5 Comparaison de l impacts des changes d lectricit sur le bilan de gaz effet de serre 10 tonnes de COeq Total pour 2006 2008 adapt de Amor et al 98 CC renvoie la turbine gaz cycle combin L exportation partir de Qu bec vite la production lectrique partir Gaz naturel CC Charbon L importation du Gaz naturel CC 19 5 29 60 3 116 Qu bec n cessite la production lectrique Charbon 11 6 59 52 0 87 partir 73 5 3 3 Application du mod le et valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 3 Les r sultats de l application des approches conventionnelles pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e voir section 5 2 ne tiennent pas compte de la concordance entre la produ
153. ch horaire de l lectricit et c par normalisation Cette tape de validation n a pu tre possible sans l obtention des donn es r elles de production par l op rateur Dans le cas contraire la validation de mod les pour l identification des technologies marginales peut devenir probl matique introduire de l incertitude et voire m me devenir moins int ressante que les approches conventionnelles statiques Le d veloppement de proc dures de validation en absence de donn es primaires est incontournable pour garantir le raffinement de l valuation des impacts environnementaux comparativement aux approches conventionnelles Cependant jusqu pr sent aucune mention quant la validit de m thodologies employ es pour identifier les processus ou produits affect s n a t rencontr e dans la litt rature La validation propos e dans le cadre du projet de recherche est un premier pas cn ce SENS 6 2 3 Forces et limites des approches conventionnelles pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e 6 2 3 1 En absence de la taxe sur le carbone D abord l application des approches conventionnelles pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production 88 distribu e ne tient pas compte de la concordance entre la production d nergies renouvelab
154. cle performance HH Human Health EQ Ecosystem Quality CC Climate Change RES Resources NR EPR Non Renewable Energy Payback Ratio HH EQ CC RES NR EPR Cost Approach Scenario Affected systems DALY PDF m yr kg CO ex MJ USD primary Average l Quebec grid mix 3 2E 08 8 7E 02 3 6E 02 7 3E 01 4 9 0 049 Short term 2 3 4 Oil 3 7E 07 9 4E 02 1 1E 00 1 6E 01 0 2 0 14 marginal 5 Natural gas 4 1E 08 7 3E 03 2 4E 00 4 4F 00 0 3 0 08 Wind power 1 6E 08 6 0E 03 1 2E 02 1 9E 01 19 6 0 1 Long term d asal Hydropower 4 0E 09 6 7E 04 4 7E 03 4 9E 02 74 2 0 1 8 Coal 2 2E 07 2 0E 02 3 7E 01 4 5E 00 0 3 0 1 9 Natural gas 4 1E 08 7 3E 03 2 4E 01 4 4E 00 0 3 0 08 Excludes end of life cost conservative approach is considered Represents the Quebec New Brunswick and New York short term affected technology Represents the New York short term affected technology Represents the Quebec long term affected technologies Represents the US long term affected technology 132 10 New Brunswick Ontario US 60 50 40 30 20 10 0 2005 2007 2009 2023 2025 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2027 2029 Fig 4 Forecasted share of total exports among the three main Quebec electricity export markets of total exports 40 Ol Natural Gas Nuclear Wind ET Plant Capacity TW 2023 2025 2027 2029 T Co LO N O T T T T T T A
155. conomic benefits using the selected RES even with a US 100 tonne of CO2 equivalent carbon tax This finding remains the same when the value of the avoided GHG emissions 1s fully internalized except for one scenario micro wind 30 KW Our results are key to understanding the extent to which subsidies for distributed RES can be economically sustainable when the latter are integrated into regional networks driven by centralized electricity production l Introduction Despite their high initial cost small scale photovoltaic and wind electricity production technologies receive significant funding 1 3 In fact incentive programs and tax rebates are commonly offered to offset the economic burden of the required initial capital cost For distributed generation DG these incentives can significantly reduce consumer costs and therefore intensify the implementation of renewable energy systems RES if they are attractive enough and offered for a long enough period of time 1 However if the economic value of small scale RES integration was clearly established these financial supports would be fully justified and consequently more easily promoted Indeed such energy programs arise in a context of electricity market reforms based on increased competition and amidst talks of implementing a carbon mitigation policy such as carbon taxes 4 6 In previous studies on the value of RES many of their benefits weren t taken into account While certain be
156. cro wind 30 kW on the assessed micro wind systems This effect 1s explained with an increase in impact results and a decrease in produced energy 11 In a less pronounced way a dominance of poly crystalline photovoltaic system 1s also observed on the assessed photovoltaic systems A maximum difference of 25 can be observed between the mono crystalline and poly crystalline photovoltaic systems due to the small difference in produced energy between the two types of panel 1 33 The highest contribution of environmental impacts 1s due to the respiratory effects caused by air emissions and the use of fossil energy resources 33 In addition Fig 3 shows that the NR EPR range is 0 4 to 11 9 for micro wind and 3 to 4 4 for the photovoltaic system These results show that investigated technologies have a good energy performance and that overall micro wind turbines could present a better efficiency 51 However for below average conditions micro wind turbines are energy intensive 1 e NR EPR values below 1 This clearly illustrates the technical feasibility limitations 4 Therefore the average wind speed for the selected sites should not be below 5 6 m s Finally the scaling down effect still applies even for the energy aspect Table 4 provides the cost contribution of the investigated life cycle stages It 1s interesting to note that the production stage of the studied systems remains dominant Indeed its contribution varies from 58 for m
157. ction d nergies renouvelables et les unit s de production marginales Cette correspondance est prise en consid ration dans le but d isoler uniquement les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables Les r sultats obtenus pr sent s dans le Tableau 5 6 montrent que consid rer uniquement les centrales thermiques au mazout comme tant les principales technologies marginales n tait pas bien repr sentatif de la dynamique de la production lectrique centralis e Les fr quences de technologies marginales affect es en cons quence de la production distribu e d nergies renouvelables dans les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec montrent que les centrales les plus affect es sont les centrales au charbon dans le cas de l Ontario et les centrales au gaz naturel dans le cas de New York Nouveau Brunswick et Nouvelle Angleterre Ces observations taient galement not es pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement moyens et au dessus de la moyenne de la province de Qu bec Le m me tableau montre galement que d autres technologies marginales sont galement affect es mais d une intensit moindre que les technologies marginales principales identifi es Une fois que les technologies marginales affect es en fonction du temps sont identifi es 1l est possible d estimer les impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int
158. ction des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 76 a Ontario New Brunswick New England New York b Ontario New Brunswick New England New York o o a E na m rmm x l zzz z z SSE 4 0E 08 1 0E 02 2 0E 08 0 5E 02 O 0E 00 x 0 0E 00 2 DE 08 E i 4 0E 08 s 0 5E 02 E i o a 6 0E 08 Q 1 0E 02 8 0E 08 1 5E 02 0 1E 06 0 1E 06 2 0E 02 Mix approvisionnement QC amp Gas naturel I Mazout Approche propos e Mix approvisionnement QC e Gas naturel BW Mazout Approche propos e c Ontario Mew Brunswick Mew England Mew York d Ontario Mew Brunswick New England New York 2 0E 02 Iu re ei I re TU Sore Y m 0 SRE SSS SE Sle Sie ele SS ee aT adag awe gl eee E 0 0E 00 2 DE 02 a 4 0E 02 a lile e e e 6 0 5E 00 e et 2 60602 4 L _T E e ss sale 9 9j 2 ss L od s Le 10E 00 H H 2 aim af L4 E he 8 0E 02 8 1 5E 00 ss 0 1E 00 2 ki _ g T unju E a g E 01900 Jo E majn C m 2 0E 00 0 1E 00 g m H EJ 2 5E 00 0 2E 00 a re 0 2E 00 3 0E 00 Mix approvisionnement QC Gasnaturel mMazout Approche propos e E Mix approvisionnement QC amp Gas naturel mMazout Approche propos e Figure 5 1 Influence du choix des donn es lo
159. ction existantes CHAPITRE2 CONCEPTS ET REVUE CRITIQUE DE LA LITT RATURE 2 1 Production distribu e d nergies renouvelables 2 1 1 Les syst mes de production d nergies renouvelables connect s au r seau Le principe de fonctionnement d un syst me de production d nergies renouvelables connect au r seau lectrique est relativement simple En prenant l exemple des modules Photovoltaiques d une r sidence l nergie produite par ce syst me est inject e dans le r seau lectrique apr s conversion du courant continu en courant alternatif compatible avec le r seau D un autre c t le consommateur reste toujours connect au r seau pour combler ses besoins nerg tiques Ainsi avec cette configuration 1l n est plus n cessaire de stocker l nergie produite dans des batteries comme c est le cas pour les syst mes autonomes La production distribu e d nergies renouvelables est appel e se d velopper avec la pouss e de plusieurs programmes incitatifs comme la tarification nette 3 En effet plusieurs distributeurs d lectricit offrent une tarification incitative aux consommateurs qui souhaitent produire leur lectricit tout en b n ficiant du raccordement au r seau Par exemple l Ontario Power Authorithy a mis en place en 2007 un programme dans le cadre duquel l lectricit produite partir des modules PV est achet e prix avantageux 27 Dans le cas de la province de Qu bec la production distrib
160. cury emission rates corresponding to the coal power operation stage was also included from the eGrid database The ecoinvent database was adapted by including the previously mentioned data and the IMPACT 2002 method was applied for the life cycle environmental impact assessment The final estimates are available in the supporting information section 5 2 3 Assessment of methodological choice implications This section describes the methodology used to compare results obtained from the presented conventional approaches to those obtained using the proposed one As previously stated the average approach entails the use of the consumption supply mix data i e production mix 179 including imported electricity that can be based on different geographic delimitations such as a country or a region In the present case study various regional mixes could be used As the assessed RES are located in the province of Quebec Canada a first option was to consider regional delimitation Both Quebec production and consumption mixes could also be taken into account However as electricity 1s transferred between the province of Quebec and its adjacent jurisdictions with very different mixes using the production mix could result in incorrect conclusions 12 Therefore the Quebec consumption mix has been selected as a first scenario to estimate the life cycle environmental impact abatements as a consequence of RES generation Such a scenario underlines the h
161. d by a good ability to meet demand fluctuations Gagnon et al 2002 It is also the case for the natural gas power plant but to a lesser degree However their graph amplitudes are low in comparison to coal power plants that have outputs varying from 0 to 6 000 MW more than all other types Coal power plants also show a good ability to meet demand fluctuations on an hourly basis Therefore as pointed out in Table 4 coal can be identified as the marginal technology Finally nuclear power plants showed the poorest 160 hourly variation for its electricity production which is a characteristic of base load plants Figure 3 12000 12000 CAE UTR S m ST L Ld 10000 Natural Gas 8000 5000 i T Ha 4000 i I 1 1 4i i 6000 2000 0 0 2500 S000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 2500 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 25000 Figure 4 Hourly Ontario production MWh by power plant type over the 2006 2008 period per hour b Correlation analysis The linear correlation between the total Ontarian electricity production and the total production by power plant was assessed A high correlation with the total production means that the power plant is more responsive to total output than a power plant with a lower correlation Table 10 shows that coal hydropower and natural gas plants are the most operated respon
162. d on 12 March 2009 34 ISO New England Historical Data Hourly Zonal Information Hourly Zonal Information pp 2010 Available www iso ne com markets hstdata znl info hourly index html Consulted on 12 March 2009 35 NYISO Market Data Exchange Day Ahead Market LBMP Pricing Data pp 2010 Available www nyiso com public market data pricing data jsp Consulted on 12 March 2009 190 26 Bergey Windpower Co Small wind trubines for homes businesses and off grid Bergey Windpower Co Available www bergey com Consulted on January 2009 37 B Burger and C Bauer Windkraft Ecoinvent D bendorf CH Technical Report Final report No 6 XIII 2007 www ecoinvent ch Consulted on October 2008 38 N Jungbluth and M Tuchschmid Photovoltaics Ecoinvent D bendorf CH Technical Report No 6 XII 2007 www ecoinvent ch Consulted on October 2008 39 O Jolliet M Margni R Charles S Humbert J Payet G Rebitzer and R Rosenbaum IMPACT 2002 A New Life Cycle Impact Assessment Methodology International Journal of Life Cycle Assessment vol 8 no 6 pp 324 330 2003 40 PR Consultants SimaPro7 version 7 2 Amersfoort Netherlands PR Consultants 2011 41 EIA Voluntary Reporting of Greenhouse Gases Program Fuel Emission Factors Fuel and Energy Emission Factors pp 2010 Available www eia doe gov oiaf 1605 emission factors html Consulted on September 2010 42
163. d units are the main price setters during extreme demand hours Table 12 Frequency of highest relative hourly production change in Ontario s generation technologies September 11th and December 31st 2008 Frequency Wind 946 35 Coal 760 28 Hydro 362 13 Natural gas 359 13 Waste 284 10 Nuclear 0 0 Total 2 711 100 d Published marginal technology New England New York and New Brunswick cases The New York New England and New Brunswick hourly production data are not publicly available To validate the identified marginal technology results in these regions and consequently the applied methodological procedure section 2 table 4 results were compared to the information released by system operators In New England the identified marginal units are mostly natural gas units ISO New England 2009 which 1s seen in Table 4 However ISO New England found that coal units were marginal 11 of the time in 2006 which is below the percentage presented in Table 4 28 This difference 1s mainly explained by our use of New England average spot price at the Quebec interconnection which values are lower than the New England average energy market price see Table 13 Indeed using the New England average energy market price decreases the coal frequency as a marginal technology However for our GHG emissions quantification objective 164 using the New England average spot price at the Quebec interconnection is cr
164. de la r duction des impacts conomiques en cons quence de l int gration de la production distribu e e Avec l valuation de l influence de la taxe sur le carbone l absence de r duction des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e est encore not e sauf si les externalit s correspondantes aux missions des gaz effet de serre r duites dans les autorit s voisines sont prises en consid ration dans l valuation internalis s Cependant ceci est uniquement le cas pour le Nouveau Brunswick et la Nouvelle Angleterre en int grant la production de l olienne de 30 kW En ce qui concerne les impacts environnementaux l introduction de la taxe sur le carbone a pour effet de diminuer la r duction des impacts environnementaux en cons quence de l int gration de la production distribu e Ceci est le cas pour les quatre autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec Ces r sultats constituent un l ment cl pour valuer le potentiel de la production distribu e d nergies renouvelables r duire l utilisation de la production centralis e 94 7 2 Contributions Tout d abord ce projet de recherche a permis de 1 Illustrer le potentiel de l valuation int gr e des impacts conomiques et environnementaux attribuables au cycle de vie et plus particuli rement reli s aux cons quences d un changement dans le cycle de vie Jusqu pr sent
165. des impacts environnementaux comparativement ce qui est obtenu avec l approche propos e tenant compte de la dynamique de la production lectrique L ajout du sc nario hydro lectricit comme technologie marginale a permis de confiner les r sultats obtenus avec l approche propos e Avec l augmentation de la taxe sur le carbone les r sultats des sc narios de technologie marginale thermique identifi e mazout et charbon augmentaient leur surestimation des impacts environnementaux Ces surestimations des r sultats en utilisant les sc narios statiques thermiques mettent en relief la limite de la proc dure cinq tapes propos e par Weidema 2003 avec l introduction de la taxe sur le carbone L identification de sc nario statique faible mission de gaz effet serre en combinaison avec les technologies marginales identifi es par la proc dure cinq tapes permet d viter ces surestimations et donner un ordre de grandeur acceptable des impacts du cycle de vie D un point de vue conomique les r sultats obtenus pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec se trouvaient dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les technologies marginales identifi es par l application de la proc dure cinq tapes de Weidema Charbon gaz naturel et mazout Finalement ces observations ont permis de proposer les recommandations suivantes et ainsi confirmer
166. diction since hydropower is the most frequently used marginal technology and therefore does not generate GHG burdens Finally regardless of the scenarios for the other assessed technologies the RES acquisition cost is once again high enough that even for above average conditions it cannot be covered by the increase in electricity market prices with carbon taxes and the internalization of the avoided burdens This third analysis clearly highlights the extent to which a high acquisition cost could hinder the implementation of distributed RES generation within an energy policy In fact from an economic perspective the investment in distributed RES in the Northeastern American market 1s not profitable at this time Implementing DG as an energy policy may be justified when the economic benefits of avoided burdens are considered However this constitutes a significant challenge in policy implementation 222 300 300 New Brunswick New England W30 W10 W1 PVm PVp W30 W10 W1 PVm PVp Do i e 200 200 Uu 150 150 ue DM s a a a e 2 100 2 100 50 50 0 0 _ j 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 90 50 50 Carbon tax US tonne Carbon tax USS tonne 300 300 New York Ontario W30 W10 W1 PVm Pvp W30 W10 W1 PVm PVp 250 PS 250 e _ _ 200 p 200 US MWh T o 100 50 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1
167. ding to a variable total electricity production which confirms the graphical validation approach a However this analysis doesn t illustrate how coal hydropower and natural gas plant are sensitive to the day ahead hourly energy market price i e for which power plants are the marginal technology 161 Table 10 Correlation between total hourly Ontarian electricity production and the total production by power plant 2006 2008 Other Coal Hydropower Nuclear including Wind Natural gas Total Production January 1 2006 to 0 7945 0 6580 0 3947 0 6829 0 0531 September 10 2008 Total Production oir September 11 2008 0 7716 0 8726 0 3250 Natural gas 0 1167 t to December 31 2008 0 7770 a Waste management and residual waste from the wood industry A second linear correlation analysis was performed to assess the power plants sensitivity to the energy market price Once again the correlation coefficient increases with the sensitivity of the power plant suggesting the marginal technology The correlation results presented 1n Table 11 highlight four observations First the coal power plant shows the highest correlation coefficient for the studied period and thus can be identified as the marginal technology which suggest the adequacies of the applied methodological procedure section 2 However for the year 2007 Other power plants show the highest correlation coefficient This second observat
168. dro Quebec 2010a Imports for Exports TWh a b 3 89 3 63 0 62 C A B Share of Imports in Exports 36 25 4 D C A a Import for exports includes a small fraction of imported electricity that couldn t be subtracted due to high Quebec electricity consumption during cold winter days b A mini trend observed from 2006 to 2008 shows that imports for exports are declining This is unrelated to GHG costs but rather connected to above average annual runoffs since 2004 which allowed the amount of water stored in reservoirs to continuously increase over the 2003 2008 period Hydro Quebec 2010b At that same period Hydro Quebec energy sales were stable Hydro Quebec 2010a This trade pattern which has already been characterized formally in Billette de Villemeur and Pineau 2010 will not be as profitable when GHG emissions will have a market value as intertemporal arbitrage opportunities will be reduced Indeed with a GHG price low cost electricity from coal will become much less affordable to buy off peak At the same time Hydro Quebec has 26 large reservoirs with a storage capacity of 175 TWh Hydro Quebec 2010 156 marginal on peak prices when arbitragers such as Hydro Quebec sell will not increase by an equivalent amount because these on peak prices are more often set by natural gas units with lower emissions see Table 1 Pure hydropower exports those only based on water availability and not resul
169. du mazout ou du gaz naturel pour la production lectrique peut tre peu fr quente En effet tant un moyen de production lectrique couteux ces derni res sont mises en service que durant une courte p riode de temps au cours de laquelle la demande est la plus forte de l ann e Ainsi consid rer une seule technologie marginale comme le mazout peut avoir des r percussions sur l exactitude des valuations pr sent es dans le tableau pr c dent 70 5 3 1 D veloppement du mod le d identification de la technologie marginale en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 Le mod le d velopp dans le cadre du projet de recherche a permis d identifier pour chaque heure les technologies marginales et ce par march lectrique changeant de l lectricit avec la province de Qu bec c d Nouveau Brunswick Nouvelle Angleterre New York et Ontario Les r sultats pr sent s dans le Tableau 5 3 montrent que consid rer uniquement les centrales thermiques au mazout comme technologie marginale n tait pas bien repr sentatif de la r alit En effet les centrales les plus fr quemment marginales sont les centrales au charbon dans le cas de l Ontario et les centrales au gaz naturel dans le cas de New York et Nouvelle Angleterre Dans le cas du Nouveau Brunswick ces deux technologies partagent la m me fr quence Le m me tableau montre galement que d autres centrales sont galement marginales mais
170. e Electrical Engineering in Japan 2003 143 38 49 10 Borenstein S The Private and Public Economics of Renewable Electricity Generation California US Haas School of Business 2011 p 32 11 Hoppock DC Patifio Echeverri D Cost of Wind Energy Comparing Distant Wind Resources to Local Resources in the Midwestern United States Environmental Science amp Technology 2010 44 8758 65 12 Natural Resources Canada NRCan CTEC RETScreen 4ed Varennes Qc2008 13 National Renewable Energy Laboratory HOMER 2 68 ed Golden CO2009 14 Mithraratne N Roof top wind turbines for microgeneration in urban houses in New Zealand Energy and Buildings 2009 41 1013 8 225 15 Sherwani AF Usmani JA Varun Life cycle assessment of solar PV based electricity generation systems review Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010 14 540 4 16 Jungbluth N Tuchschmid M Photovoltaics D bendorf CH Ecoinvent 2007 p 181 17 Pineau P O Lefebvre V The value of unused interregional transmission Estimating the opportunity cost for Quebec Canada International Journal of Energy Sector Management 2009 3 406 23 18 ISO New England Historical Data Hourly Zonal Information Hourly Zonal Information2010 19 NYISO Market Data Exchange Day Ahead Market LBMP Pricing Data2010 20 IESO Market Summaries Ontario Independent Electricity System Operator Market Summaries2010 21 IESO Histo
171. e Photovoltaic installation distances and end of life assumptions are similar to those for the micro wind life cycle SimaPro v7 1 software 27 was used as it 1s widely employed by LCA practitioners It contains several impact assessment methods The IMPACT 2002 impact method was selected to carry out this study because it allows for midpoint and endpoint modeling 28 Fig 2 and Fig 3 present the environmental impact results 1 0 IMPACT 2002 endpoint categories The results are discussed in Section 5 1 As aquatic acidification and aquatic eutrophication impact categories are not integrated into an endpoint category 28 Appendix A provides IMPACT 2002 midpoint category results Table 9 114 O Production E TITTEN m oO iili B End d gt 100 90 A 80 5 70 5 60 50 E 40 O 30 20 10 0 SESS AA 2 SEE AE HH EQ CC RES Fig 2 Contribution analysis of LCA results by main stages W30 Micro wind 30 kW W10 Micro wind 10 kW W1 Micro wind IKW PVm 3kWp mono crystalline PVp 3 kWp polycrystalline IMPACT 2002 endpoint categories HH Human Health EQ Ecosystem Quality CC Climate Change RES Resources 3 2 Cumulative energy demand and life cycle costing The cumulative energy demand CED is the amount of primary energy consumed during the life cycle of a product or a service 29 30 The CED system boundaries are similar to those of the LCA i e from extraction of resources to the end of life
172. e 5 does not present the remaining systems i e micro wind 10kW micro wind 1kW and 3kWp mono crystalline because of their low life cycle performance in comparison to the selected systems 1 e material and energy inputs intensities in comparison to their produced energy Also as previously mentioned for average conditions the system s selection depends on the decision maker preferences However the presented range Itself remains the same from one decision maker to another 5 2 Potential benefits of distributed generation as an energy policy One of the main applications of this study s results is to inform different stakeholders of the potential benefits and limitations of distributed generation to achieve today s energy policy goals To meet this objective the selected small scale technologies presented in Section 3 3 were compared to the affected centralized energy systems Sections 4 1 and 4 2 Table 8 shows the benefit analysis results The following observations can be highlighted First electricity production potential from small scale renewable technologies doesn t show a potential benefit in comparison to the centralized Quebec grid mix due to the high percentage of hydropower energy system Therefore the specificities of the Quebec electricity mix make it difficult to justify renewable distributed generation 38 However referring to the scaling down effect it can be observed following an average approach that producing renew
173. e Assessment a research unit of CIRAIG ArcelorMittal Bell Canada Cascades Eco Entreprises Qu bec RECYC QU BEC Groupe EDF Gaz de France Hydro Qu bec Johnson amp Johnson Mouvement des caisses Desjardins Rio Tinto Alcan RONA SAQ Total and Veolia Environment 187 References 1 G Finnveden M Z Hauschild T Ekvall J Guin e R Heiungs S Hellweg A Koehler D Pennington and S Suh Recent developments in Life Cycle Assessment Journal of Environmental Management vol 91 no 1 pp 1 21 2009 2 A Zamagni P Buttol R Buonamici P Masoni J B Guin e R Heijungs T Ekvall R Bersani A Bienkowska and U Pretato Critical review of the current research needs and limitations related to ISO LCA practice Deliverable D7 of work package 5 of the CALCAS project Technical Report 2009 www estis net sites calcas Consulted on March 11 2010 3 International Organisation for Standardisation ISO 14044 2006 Environmental management Life cycle assessment Principles and framework International Organisation for Standardisation ISO 14044 2006 4 T Ekvall and B P Weidema System Boundaries and Input Data in Consequential Life Cycle Inventory Analysis International Journal of Life Cycle Assessment vol 9 no 3 pp 161 171 2004 5 A M Tillman Significance of decision making for LCA methodology Environmental Impact Assessment Review vol 20 no 1 pp 113 123 2000
174. e dans la section 4 1 2 valuation int gr e et comparaison des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e Sachant que l unit fonctionnelle est bas e sur un kilowattheure kWh d lectricit produite au Qu bec la production d nergie annuelle de chaque fili re estim e en tenant compte de la r solution horaire a t utilis e pour valuer les impacts conomiques et environnementaux du cycle de vie des syst mes de production distribu e Les impacts environnementaux des technologies marginales ont galement t valu s La base de donn es de ecoinvent a principalement t utilis e pour l tape d valuation 105 Pour les centrales thermiques ces donn es ont t adapt es avec des donn es sp cifiques sur le rendement thermique Btu kWh et les taux d missions des gaz effet de serre kg CO2 Btu kg CH4 Btu et kg N O Btu en plus des NO et des SO 106 pendant la phase d op ration des centrales 104 Ces donn es sp cifiques correspondent chaque type de centrale thermique par autorit voisine la province de Qu bec Par cons quent la m thode d valuation des impacts IMPACT 2002 a t utilis e pour l valuation des impacts environnementaux 50 Le prix du march de l lectricit a t utilis comme donn e proxy pour l estimation des couts de combustible des technologies marginales Sachant que la technolo
175. e de Amot et ab LP esses ec NOE EIER PO nr en OU on Pec coin SD RU TIME 42 Tableau 4 3 Processus inclus dans l ACV et l ACC des syst mes s lectionn s de production Ad Enere ieS renouvelables decia xev i adea eap ap ete at e em uot 44 Tableau 4 4 Cat gories de dommages et cat gories d impacts des m thodes IMPACT 2002 et ELUCA c M RO 46 Tableau 4 5 Sources de l approvisionnement nerg tique R partition bas e sur l nergie produite et achet e par Hydro Quebec 89 lasse Op Uo ee 49 Tableau 4 6 Bilan de l lectricit chang e entre le Qu bec et ses march s voisins durant la p riode 2006 2008 en TWh 99 adapt de Amor et al 98 1 54 Tableau 4 7 missions de gaz effet de serre du cycle de vie par type de combustibles et de technologies ST GT IC et CC renvoient Steam Turbine bouilloire Gas Turbine turbine gaz Internal Combustion g n ratrice et Combined Cycle cycle combin adapte de Amor et al 1981 osi topo Ra iles 55 Tableau 4 8 missions de gaz effet de serre par type de combustibles et de technologies phase d op ration ST GT IC et CC renvoient Steam Turbine bouilloire Gas Turbine turbine gaz Internal Combustion g n ratrice et Combined Cycle cycle combin adapte de Amor eral 98 Do snuck ted esset erue eu eed equese soo tod used uenti traves e roa ted bea Eo SEE tree 61 Table
176. e de Qu bec a t d velopp et a permis de mettre en relief la variation temporelle horaire des technologies marginales Avant de pouvoir l appliquer diff rentes tudes de cas les r sultats sur l identification des technologies marginales ont galement t valid s avec l analyse des donn es horaires r elle sur la production lectrique en Ontario ainsi que des donn es recens es pour les autres autorit s New York Nouveau Brunswick et Nouvelle Angleterre L exemple de la production de l hydro lectricit a t utilis dans le cadre d une premi re application du mod le d velopp pour illustrer le degr de raffinement de la quantification des impacts de GES comparativement aux approches conventionnelles commun ment appliqu es en 39 ACV Cons quentielle et plus sp cifiquement l utilisation d une seule technologie marginale Les r sultats montrent que tenir compte de la variation temporelle de la technologie marginale est un point crucial pour raffiner l valuation des impacts environnementaux Le troisi me article pr sent dans l annexe 3 a pour titre mplications of modeling temporal aspects of electricity supply LCA of renewable distributed generation in the northeastern american market et a t soumis pour publication dans la revue Environmental Science amp Technology Celui ci pr sente le raffinement de l valuation des impacts environnementaux de la production distribu e d lectricit
177. e distributrice d nergie il n y a pas de retour sur l investissement pour le propri taire du syst me de production d nergie renouvelable D un point de vue environnemental les conclusions ne varient pas et montrent qu il y a galement un retour sur l investissement environnemental pour le propri taire du syst me de production d nergie renouvelable Les conclusions sont donc insensibles la perspective de l analyse T est rappeler que la perspective long terme est en dehors des objectifs et du champ du projet de recherche Dans cette perspective o les centrales thermiques au charbon ont t identifi es comme technologie marginale l olienne de petite puissance de 30 kW vient substituer la mise en place de centrale au charbon Dans ce cas une r duction des impacts environnementaux et conomiques est galement observ e voir article 1 pour plus de d tails 69 r duction des impacts environnementaux Le cout d acquisition lev est le principal point chaud de ce syst me de production lectrique emp chant la r duction des couts en cons quence de son int gration au r seau lectrique Tableau 5 2 valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RES renvoient la cat gorie d impacts sant humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Une valeur n ga
178. e perspective court terme les cons quences d une augmentation de la demande lectrique ont un effet sur plusieurs technologies marginales de production lectrique utilis e pour r pondre cette augmentation 44 64 Malgr que la majorit des ACVs traitent une perspective de type court terme et que les d cisions de type long terme se basent en partie sur les r sultats d analyse sur le court terme 67 les travaux qui int grent la variation de la technologie marginale dans le temps c d int grant la dynamique de la production lectrique restent encore rares dans la litt rature Jusqu pr sent les quelques tudes identifi es ont soulev plusieurs limites m thodologiques comme l approximation de l ordre d op ration des centrales de production lectrique 70 ou la non consid ration des changes d lectricit entre les r seaux d lectricit autorit s 71 Avec l augmentation de la d r glementation des march s lectriques 72 les donn es sur les technologies marginales sont consid r es de plus en plus de nature strat gique et par cons quent confidentielle C est pourquoi l int gration de la variation court terme des technologies marginales en fonction du temps est importante pour premi rement raffiner l valuation des impacts du cycle de vie reli s aux cons quences d un changement et pour deuxi mement s assurer des bons fondements des approches conventionnelles quant leur simplifica
179. ec avec la relation suivante Cc dU A 4 Dans l quation 4 C est le cout du combustible estim US MWh et X la quantit d nergie produite MWh Les valeurs des param tres oj et fi ont t d termin e par r gression lin aire A et j renvoient l heure et l autorit valu e Finalement la fonction de la r S r demande lectrique C est pr sent e dans la figure ci dessous 62 P M C n avec une taxe carbone de 50 USS tonne C avec une taxe carbone de 20 USS tonne CP X A n Crh f th 5 _ pD i Cih Th rS yD Lh Jh PPX Figure 4 4 Illustration de l quilibre entre l offre et la demande pour diff rents sc narios de taxes carbone pour une heure donn e et par autorit c Estimation du prix du march de l lectricit l quilibre Avec l utilisation de la fonction de la demande lectrique X jh eq 1 et de la fonction de l offre Cin eq 4 il possible d exprimer pour chaque heure la demande X jn et le prix du march de l lectricit P en fonction des param tres a n bin On et Bin En effet l quilibre C P voir Figure ci dessus Ainsi l quation 1 et 4 donnent les relations suivantes X Qin b GNT Bin Bad 5 Pin a n X nb 6 Il est ainsi possible d estimer un nouveau prix horaire du march de l lectricit P selon les niveaux de la taxe sur le carbone et ce pour les quatre aut
180. el RETScreen qui tient compte de la valeur minimale du gisement 5 2 R sultats de Papplication des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Article 1 L valuation des impacts conomiques et environnementaux attribuables aux syst mes de production d nergies renouvelables ne donne aucune indication quant aux impacts reli s aux cons quences de leur int gration dans le r seau centralis Les r sultats obtenus suite l application des approches conventionnelles pour l valuation des impacts reli s ces cons quences sont pr sent s dans cette sous section 68 La premi re approche consistait utiliser des donn es moyennes de l approvisionnement lectrique de la province de Qu bec Plus sp cifiquement ces donn es repr sentent toutes les unit s de production lectrique de la province de Qu bec incluant l nergie import e des autorit s voisines voir section m thodologique 4 1 3 1 Ce qui ressort des r sultats pr sent s dans le tableau ci dessous est que l olienne de petite puissance de 30 kW tant la s quence technologique avec le meilleur profil environnemental et conomique pour les conditions de force de vent et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec ne permet pas une r duction des couts en r ponse son int gration dans le r seau centralis
181. elctene WI 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 W30 54 7 35 1 3 W10 55 7 36 1 1 New York W1 54 7 36 1 2 PVm 21 5 27 1 47 PVp 21 5 27 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 80 5 4 2 Application du mod le quilibre partiel et valuation des impacts environnementaux et conomiques de la production distribu e en cons quence de l int gration de la taxe sur le carbone Annexe 5 Une fois que les technologies marginales sont identifi es il est possible d estimer pour diff rentes taxes sur le carbone les impacts environnementaux et conomiques en cons quence de l int gration de la production distribu e renouvelable dans le r seau centralis D abord en absence de la taxe sur le carbone les r sultats pr sent s dans la Figure 5 1 et obtenus pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement au dessus de la moyenne de la province de Qu bec se trouvent dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les deux sc narios de technologies marginales gaz naturel et charbon Avec l int gration d une taxe de 30 US par tonne de CO les r sultats de la Figure 5 2 montrent que les estim s obtenus se trouvent parfois en dehors de la plage de r sultats
182. elected average monthly values are representative of climatic conditions prevailing in the province of Quebec Canada Annual wind speeds of 7 5 6 and 3 5 m s and solar radiations of 1387 1230 and 1067 kWh m year represent the selected above average average and below average conditions in the province of Quebec These values shown in Figure S1 correspond to the long term site averages for the province of Quebec 1 adiation kWh mz day Eu Un Wind speed m s ul Horizontal solar r lan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Ce Year lan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year Figure S1 Average monthly wind speed and solar radiation for the province of Quebec measured at 10 m B Avg below average condition Avg average condition A Avg above average condition 192 2 Annual energy output for the considered renewable energy systems RES Table S1 presents the annual energy output as a result of the sum of the hourly energy production of each assessed RES and thus considering each RES s variability Once again the produced energy considers the performance of the inverter including all the necessarily connections and efficiencies 93 5 2 and the height of different wind towers 1 e 10 22 and 30 m Table SI also presents the capacity factor CF matching each annual energy output CF is defined as the ratio of the annual energy output of a given RES and its output if it had operated the entire t
183. elected renewable energy technologies International Journal of Life Cycle Assessment 1999 4 3 143 9 30 G rzenich D Wagner HJ Cumulative energy demand and cumulative emissions of photovoltaics production in Europe Energy 2004 29 12 15 2297 303 31 Frischknecht R Jungbluth N Althaus HJ Bauer C Doka G Dones R et al Implementation of life cycle impact assessment methods Report Report No 3 2007 Available from www ecoinvent ch 32 Gagnon L Belanger C Uchiyama Y Life cycle assessment of electricity generation options The status of research in year 2001 Energy Policy 2002 30 14 1267 78 33 Jungbluth N Bauer C Dones R Frischknecht R Life cycle assessment for emerging technologies Case studies for photovoltaic and wind power The International Journal of Life Cycle Assessment 2005 10 1 24 34 34 Hunkeler D Lichtenvort K Rebitzer G Environmental Life Cycle Costing led Europe CRC Press SETAC 2008 35 CanSIA NRCan The Potential for solar PV power in Canada2008 Available from http www cansia ca 36 PR Consultants The LCA Discussion list Available from http www pre nl discussion default htm 136 37 Hydro Qu bec Approvisionnements nerg tiques et missions atmosph riques2005 Available from http www hydroquebec com publications fr rapport perf enviro pdf rdd 2005 pdf 38 Morin P Marcos B Moresoli C Laflamme CB Economic and environmental assessment on the energe
184. elopper et coupler un mod le quilibre partiel int grant l influence de la taxe sur le carbone sur l valuation des impacts du cycle de vie en cons quence de l int gration de la production distribu Un tel d veloppement est en coh rence avec les r centes techniques incorporant dans l ACV C des mod les conomiques de plus en plus sophistiqu s comme les mod les quilibre partiel et les mod les quilibre g n ral 41 53 6 Proposer une m thode permettant d valuer d une mani re coh rente les impacts du cycle de vie reli s aux cons quences de l int gration de la production lectrique L unit fonctionnelle produire 1 KWh ou 1 MWh est commun ment choisie pour comparer diff rentes technologies de production lectrique Or cette unit fonctionnelle ne consid re pas un point important qui est la qualit de l approvisionnement ou du kWh produit c d la variabilit de l approvisionnement En effet il est tr s difficile d int grer cet aspect qualitatif dans l unit fonctionnelle C est pour cette raison que la qualit de l approvisionnement est souvent consid r e comme fonction secondaire et donc n glig e dans l valuation des impacts du cycle de vie 9 La m thode propos e permet de tenir compte de la variabilit de l nergie produite lors de l valuation des cons quences reli es cette production En effet en isolant la technologie marginale correspondant au moment de la production des sys
185. ementales est valu avec l int gration de la dynamique de la production lectrique dans la m thodologie cons quentielle du cycle de vie Les bons fondements des approches conventionnelles renvoient la validit d une simplification de la dynamique de la production lectrique ay 3 1 2 Objectifs de recherche L objectif principal du projet de recherche est de d velopper une m thode int grant la dynamique de la production lectrique pour valuer le bon fondement des approches conventionnelles quantifier pour le court terme les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences d un changement dans le cycle de vie d un produit L tude de cas de la production distribu e d nergies renouvelables par le solaire Photovoltaique et les oliennes de petites puissances sera utilis e pour appliquer la m thode d velopp e L objectif principal sera atteint gr ce aux objectifs sp cifiques suivants Objectif 1 Application des approches conventionnelles pour l valuation court terme des impacts environnementaux ACV C et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Objectif 2 D veloppement et application de la m thode pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques dus l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique ACV C et Objectif 3 D veloppement e
186. ent Delec marg long Dhydro 3 Un processus l mentaire multifonctionnel est un processus auquel est associ plus d un flux fonctionnel Il existe trois cas g n raux o ce probl me est rencontre e les processus de co production qui r sultent en plus d un produit dans ce cas les flux fonctionnels sont les diff rents produits du processus e les processus de traitement des mati res r siduelles qui traitent les mati res r siduelles de plusieurs types simultan ment dans ce cas les flux fonctionnels sont li s la gestion de diff rents d chets et 19 e les processus de recyclage qui d un c t g rent un d chet et de l autre produisent un bien dans ce cas un des flux fonctionnels est li la gestion du d chet et l autre la production du bien Une probl matique d imputation survient lorsqu un processus multifonctionnel ou ses flux fonctionnels est partag entre deux cycles de vie diff rents Il est alors n cessaire de d cider comment imputer les entrants et sortants de ce processus entre les flux fonctionnels de celui ci La norme ISO 14044 offre la proc dure suivante pour r soudre le probl me d imputation par ordre de pr f rence 49 1 Lorsque possible l imputation devrait tre vit e a Ensubdivisant le processus en sous processus distincts ou b En largissant le syst me de produit pour inclure les fonctions additionnelles dues aux co produits 2 L imputation devrait
187. ent affect dans le cas de l Ontario Finalement la production lectrique partir du gaz 78 naturel pour le Nouveau Brunswick la Nouvelle Angleterre et New York semble encore tre la plus fr quemment affect e Tableau 5 7 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de production Hydro lectricit Charbon Ce Mazout d nergies naturel renouvelables a W30 63 33 2 0 3 W10 64 33 2 0 1 Ontario Wl 63 33 2 0 2 PVm 28 24 1 0 47 PVp 28 24 1 0 47 W30 23 20 52 2 3 Ne W10 24 20 53 2 1 mE W I 24 20 52 2 2 PVm 4 9 38 1 47 PVp 4 9 38 1 47 W30 20 20 57 1 3 Ne W10 64 33 2 0 1 Ace WI 20 20 57 1 2 PVm 4 10 38 1 47 PVp 4 10 38 1 47 W30 23 20 52 2 3 W10 24 20 53 2 1 New York W1 24 20 52 2 2 PVm 4 9 38 1 47 PVp 4 9 38 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es En augmen
188. ents r sultats restent encore rares dans la litt rature 15 16 et ce malgr que plusieurs travaux ont soulign l int r t de combiner plusieurs outils du cycle de vie 17 21 En plus de l valuation int gr e des diff rents aspects du cycle de vie il est galement important d valuer les impacts reli s aux cons quences de l int gration des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables dans le r seau lectrique Sachant qu il y a une diff rence entre les impacts d un kW d lectricit transf r au r seau lectrique apr s d duction des besoins de la maison provenant par exemple des PVs le matin entre 6 h et 8 h en hiver la p riode de demande de pointe au Qu bec et d un kW midi au mois de juillet tenir compte de la dynamique de la production lectrique est n cessaire pour valuer les cons quences de la production distribu e Jusqu pr sent les tudes identifi es ne consid rent pas la dynamique de la production lectrique Cette dynamique se pr sente la fois au niveau de la variation de l op ration des technologies de production lectrique dans le r seau centralis et aussi au niveau de la production distribu e d nergies renouvelables telles que le solaire et l olien galement variable dans le temps La non consid ration de la dynamique de la production lectrique pousse les tudes simplifier la mod lisation des syst mes de production lectrique et par cons quent pourr
189. ergy demand 11 However only a few studies have combined all these different impacts through a life cycle perspective 6 12 Furthermore these identified studies focused on assessing ideal conditions and comparing small scale renewable technologies to a high carbon centralized electricity production 4 7 13 Dne major drawback of this approach is the difficulty in generalizing the results due to the specific setting used to assess distributed generation Therefore it is recommended to perform a sensitivity analysis using different centralized energy systems to provide a better picture of the potential benefits of distributed generation as an energy policy 14 15 The goals of this paper are summarized as follows e The first one consists in assessing the life cycle performance of small scale renewable technologies 1 e less than 50 kW More specifically the assessment integrates the environmental economic and energy life cycle impacts of five commonly used small scale systems two types of grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono crystalline and poly crystalline system and three types of micro wind turbines 1 kW 10 kW and 30 kW Results were obtained for different climatic conditions prevailing in the province of Quebec 1 e various levels of solar radiation and wind speed to evaluate geographical dependencies e The second one consists of exploring the potential benefits and limitations of distributed generation in a Northeas
190. ergy and CO life cycle analyses of wind turbines review and applications Renewable Energy vol 26 no 3 pp 339 362 2002 N Jungbluth C Bauer R Dones et R Frischknecht Life cycle assessment for emerging technologies Case studies for photovoltaic and wind power The International Journal of Life Cycle Assessment vol 10 no 1 pp 24 34 2005 107 ANNEXE 1 ARTICLE 1 CAN DISTRIBUTED GENERATION OFFER SUBSTANTIAL BENEFITS IN A NORTHEASTERN AMERICAN CONTEXT A CASE STUDY OF SMALL SCALE RENEWABLE TECHNOLOGIES USING A LIFE CYCLE METHODOLOGY b xs se T Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau and R jean Samson CIRAIG Department of Chemical Engineering P O Box 6079 cole Polytechnique de Montreal Qc Canada H3C 3A7 Sylvatica 7379 St Hubert Montreal Qc Canada H2R 2N4 HEC Montreal 3000 Chemin de la C te Sainte Catherine Montreal Qc Canada H3T 2A7 Keywords Distributed generation Grid connected Wind energy Photovoltaic systems Life cycle Decision support Abstract Renewable distributed electricity generation can play a significant role in meeting today s energy policy goals such as reducing greenhouse gas emissions improving energy security while adding supply to meet increasing energy demand However the exact potential benefits are still a matter of debate The objective of this study is to evaluate the life cycle implications environmental economic and energy
191. es 15 209 Table 1 Annual RES energy output and capacity factor for the considered climatic conditions W30 micro wind 30 kW W10 micro wind 10 kW W1 micro wind 1 kW PVm 3 kWp mono crystalline and PVp 3 kWp poly crystalline Below average Average Above average RES Output Output Output eq Gan fan CE W30 32 695 12 4 71 308 27 1 91 227 34 7 W10 10 032 11 5 22 137 25 3 29 031 33 1 WI 1 004 11 5 2 278 26 0 3 019 34 596 ne 2 27 104 3 154 12 0 3 559 13 594 PVp 2 2 727 10 4 3 154 12 0 3 559 13 5 1 CF Capacity factor is the energy output as a percentage of the theoretical maximum rated output 2 3kWp mono crystalline PVm and 3kWp poly crystalline PVp produce the same amount of energy The performance is implicitly included in the amount of panel per Wp 1 e 21 4 m and 22 8 n 3kWp respectively 16 The annual energy output estimate is key to determining the cost US MWh for each studied RES The cost data presented 1n Table 2 refers to recent work 8 and covers all life cycle stages from resource extraction and system production to the dismantling and the end of life of the RES The final estimates USS MWh are updated using the final energy produced Table 1 and therefore consider RES production variability Finally RETScreen software was used to estimate the life cycle cost LCC Table 3 A discount rate of 6 and an inflation rate of 2 are applied based on RETScreen user manual recommendations 12
192. es par exemple par pays par province etc Sachant que la production distribu e est appliqu e dans la province de Qu bec les donn es moyennes d approvisionnement lectrique de la province ont t utilis es en premier lieu Les Les donn es marginales pour le long terme ont galement t utilis es voir premier article mais les r sultats de cette partie sont en dehors du champ des objectifs du projet de recherche Ce dernier se concentre uniquement sur la perspective court terme 10 Il est pos que le r seau lectrique est capable de recevoir et transporter en int gralit l nergie lectrique produite provenant des sources distribu es 49 sources d approvisionnement nerg tique de la province de Qu bec nergie produite et achet e ont t mod lis es en utilisant la base de donn es g n rique ecoinvent Le cout moyen de cet approvisionnement a t estim 0 049 US kWh 82 Tableau 4 5 Sources de l approvisionnement nerg tique R partition bas e sur l nergie produite et achet e par Hydro Qu bec 83 Sources Charbon 0 7 Mazout 0 3 Gaz naturel 0 5 Nucl aire 3 2 Hydraulique 95 olien 0 2 4 1 3 2 Donn es marginales court terme La mod lisation des donn es moyennes de la production lectrique suppose qu en cons quence de l int gration de la production distribu e dans le r seau moins d lectricit sera n cessaire partir du r seau centralis Grid mi
193. es aupr s des manufacturiers 78 En absence de donn es ces couts ont t mis l chelle pour l olienne de 30 kW Dans le cas des panneaux solaires Photovoltaiques les donn es proviennent essentiellement de la litt rature 80 Peu d informations d taill es ont t obtenues des manufacturiers concernant les diverses tapes d installation d op ration et de d mant lement en fin de vie Le recours au manuel d utilisateur du logiciel RETScreen a t utilis pour estimer les donn es manquantes 79 4 1 2 5 M thode de calcul et valuation des couts et des impacts environnementaux du cycle de vie L valuation des impacts du cycle de vie a d abord t tablie partir de la m thode europ enne reconnue internationalement IMPACT 2002 50 M me si elle est moins bien adapt e au contexte nord am ricain que la m thode canadienne LUCAS 52 IMPACT 2002 propose des 46 facteurs de conversion des r sultats de plus de dix indicateurs d impacts en seulement quatre indicateurs de dommages titre d analyse de sensibilit une deuxi me valuation bas e sur la m thode LUCAS a ensuite t appliqu e dans le but de v rifier si la variation des mod les de caract risation et donc des milieux r cepteurs a une influence significative sur les r sultats de l tude Le tableau ci dessous pr sente les cat gories d impacts et de dommages consid r es par les deux m thodes Il est souligner que les cat go
194. espondants se trouvent dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les deux technologies Vill marginales statiques identifi s par l application de la proc dure cinq tapes d velopp e par Weidema 2003 Par contre aucune tendance claire ne se dessine quant la surestimation syst matique des r sultats lors de l utilisation d une technologie marginale statique par rapport l approche propos e Par exemple les r sultats obtenus en utilisant comme seule technologie marginale statique la centrale au gaz naturel sont surestim s de 155 pour les impacts sur la sant humaine et sous estim s de 185 dans le cas de la qualit des cosyst mes Ces pourcentages d montrent l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique lors de l valuation des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables En continuit avec l valuation du potentiel des approches conventionnelles simplifier de facon ad quate la dynamique de la production lectrique il n est pas clair si l utilisation de ces approches conventionnelles est recommand e pour analyser l influence de la taxe carbone sur les impacts du cycle de vie reli s aux cons quences l int gration de la production distribu e Ce manque m thodologique peut devenir probl matique sachant que l int gration de la production distribu e pourrait se faire d une mani re simultan e l
195. est de tenir compte de la dynamique de la production lectrique lors de l identification des technologies marginales Le but ultime est d isoler dans le temps la technologie marginale pour raffiner l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Comparativement l approche conventionnelle pour la mod lisation des donn es marginales pour le court terme pr sent e dans la section 4 1 3 2 le d veloppement du mod le permettrait d viter de supposer une seule technologie marginale dans le temps sans tenir compte de la dynamique de l approvisionnement lectrique Le d veloppement du mod le repose sur les trois tapes suivantes Ces derni res ont t appliqu es pour les quatre autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec le Nouveau Brunswick la Nouvelle Angleterre New York et l Ontario a Compilation du prix du march de l lectricit sur une base horaire Les prix du march de l lectricit ont t compil s sur une base horaire pour la p riode 2006 2008 en utilisant les bases de donn es des op rateurs des r seaux lectriques pour chaque autorit changeant de l lectricit avec la province de Qu bec IESO ISO NE et NY ISO 88 90 En absence de donn es pour le Nouveau Brunswick le prix du march de l lectricit au niveau de l interconnexion entre la Nouvelle Angleterre et le Nouveau Brunswick a
196. et discut s pour tirer diff rentes conclusions et mettre des recommandations Ces derniers aideront au processus d aide la prise de d cisions tout en tant conformes la d finition des objectifs et du champ de l tude Gr ce au caract re it ratif de l ACV l interpr tation est aussi un processus continu qui s effectue toutes les tapes De plus elle permet de mettre en relief les points chauds des proc d s ou du service l tude et de souligner dans quelles cat gories d impacts se situe la d marcation 2 2 3 Conclusion sur la distinction entre l ACV A et PACV C Jusqu pr sent le d veloppement de l ACV et la plupart des publications portent essentiellement sur l ACV A 40 L ACV C par opposition tant en plein d veloppement m thodologique est encore tr s rare dans la litt rature 53 Le choix entre l ACV A et l ACV C rel ve du type d application l ACV En effet l ACV A est plus pertinente pour g n rer de l information sur les caract ristiques environnementales d un produit et pour en identifier les points chauds ou pour servir comme base pour l co tiquetage ou l coconception D un autre c t les ACV C sont plus pertinentes pour l laboration de politiques publiques qui impliquent des changements importants Cependant le fait d effectuer les deux types d ACV pour n importe quel type d application et surtout obtenir une information la plus compl te possible est fortement recommand sachan
197. ever there continues to be a lack of detailed and reliable data regarding electricity supply in LCA This article aims to demonstrate the usefulness of electricity trade analysis for integrating temporal aspects of electricity supply modeling and establishing reliable data for LCAs Distributed generation using renewable energy production was applied as a case study to show how electricity trade analysis proposed approach is relevant in refining estimates when environmental impact abatements are assessed in comparison to the conventional approach used in LCA Grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono and poly crystalline and micro wind turbines 1 10 and 30 kW were investigated in addition to the hourly electricity exchanges between Northeastern American jurisdictions Quebec New 171 Brunswick New England New York and Ontario The latter data were compared to calculate fuel costs to establish the time variations of marginal electricity production technologies LCA results show that environmental impact abatements calculated using the proposed approach can be significantly different from those obtained using a more conventional approach up to 200 difference Recommendations are provided to address this 1ssue of differing results 1 Introduction LCA researchers agree that there are two main approaches to life cycle assessment LCA attributional LCA ALCA and consequential LCA CLCA 1 2 ALCA aims to describe the environme
198. f electricity demand are natural gas combustion turbines and coal Therefore in the case of small scale renewable technology production the energy supplied will be able to make up for the increase in electricity demand Hence less coal or natural gas electricity will be needed to compensate for the increase In other words coal and natural gas become the affected technology Uncertainty can arise from political constraints 1 e future limits on GHG emissions which could reduce the competiveness of coal 48 The forecasted costs of the electricity produced by hydro wind and coal power plant are 0 1 USD kWh while the forecasted costs of the electricity produced by natural gas combustion turbines is 0 08 USD kWh 48 The results of the step wise procedure are summarized in Table 7 Section 4 3 presents the benefit analysis and the comparative results As previously mentioned all the results are discussed in Section 5 2 Appendix A Table 11 presents the life cycle performance of the affected systems based on generic data from the ecoinvent database 122 Table 7 Five step procedure results for the Northeastern American electricity market Proposed steps Reference Scale and time horizon of Short to long the studied change Market delimitation Quebec bordering provinces New Brunswick 40 44 49 and Ontario and U S North east dns Market trend Energy demand increasing 40 48 Production constraints Political cap of CO emissions c
199. fication of the marginal electricity production technology in each of Quebec s adjacent market 4 Trade related GHG emission estimates These four steps are described in greater detail in the next sub sections 2 1 Matching of hourly transmission data with hourly electricity market prices a Hourly transmission data from HQ Trans nergie OASIS 2006 2008 Hourly electricity transmission data from the OASIS website of HQ TransEnergie were analyzed for 2006 2007 and 2008 Hydro Quebec TransEnergie 2010 For every hour of the year OASIS records the electricity flows 1 e exports and imports between Quebec and its adjacent 142 markets i e New Brunswick Ontario New York and New England Maine New Hampshire Vermont These data were compiled in a single database containing the date hour Quebec electricity exports MWh adjacent markets electricity exports to Quebec MWh and the resulting net exports for each market MWh b Hourly electricity market price data from IESO NY ISO and ISO NE 2006 2006 Hourly electricity transmission data were compiled and matched with the day ahead hourly electricity market prices provided by ISO NE and NY ISO and in Ontario with the Hourly Ontario Energy Price IESO 2010 ISO New England 2010 NYISO 2010 As there is no established spot market for New Brunswick the New England day ahead hourly electricity market price at the New Brunswick interconnection was used as a proxy
200. finition des objectifs et du champ de l tude La d finition de l objectif de l ACV indique les raisons conduisant r aliser l tude et l application envisag e La d finition du champ de l tude pr cise ensuite les exigences quant 16 aux diff rents aspects de la mod lisation qui d coulent de cet objectif Deux grands types d applications de l ACV peuvent tre distingu s et correspondent la raison d tre de l ACV A et de l ACV C Premi rement l ACV A a pour objectif g n ral de d crire et mesurer les impacts environnementaux du cycle de vie attribuables un produit Dans cette optique le syst me de produit mod lis doit prendre en consid ration tous les processus l mentaires qui sont li s par des flux de mati res et d nergie impliqu s dans le cycle de vie du produit l tude 36 D un autre c t l ACV C a pour objectif g n ral de d crire et mesurer les cons quences environnementales la suite d un ou plusieurs changements apport s dans un ou plusieurs syst mes de produits Dans ce cas le syst me de produit doit tenir compte des processus l mentaires pertinents dans l valuation des r percussions de ce type de changement identifier quels processus sont affect s par une perturbation 44 Ces processus peuvent tre li s au syst me perturb dans des flux de mati res et d nergie mais aussi par des relations purement conomiques La d finition du champ de l tude consiste sp c
201. g conventional ways of modeling CLCA Once again oil and natural gas were identified as the short term marginal electricity production technologies in Quebec adjacent markets The province of Quebec consumption mix is also used to estimate the environmental impact abatements Figures S4 and S5 put into perspective Figures S2 and S3 results in 200 comparison to the three additional scenario results for Quebec below and above average conditions Ontario New Brunswick New England Mew York a b a E a E a E nu i a ma uH eon E z zzz 8 0E 07 3 0E 01 B UE 07 2 5E 01 408 07 2 UE U1 2 0E 07 LSE O1 0 0E 00 106 01 E p 2 0 07 6 0E 02 r4 E 4 0E 07 S O00 os b UE 07 5 0E 04 B OE 07 1 0E 01 JLUE 0D F LSE O1 1 2E 06 d 0E 01 Quebec Average Consumption mix Natural gas IN Oil Proposed appoach Quebec Average Consumption mix amp Natural gas Oil Proposed appoach Ontario New Brunswick New England Hew York d Ontario New Brunswick New England Hew York ad ae E r1 2 gt z amp 5 0E 01 1OE 01 4 S OE 00 4 U OE A OO 0 0E 00 4 AE 1 5 0E 01 4 E i SEM 4 E S a E 1 r LOE 00 10E 01 L5E4UI 4 1 5E 00 OE 01 A0E 00 4 3 5E 01 Quebec Average Consumption mix amp Natural gas I Oil Proposed appoach Quebec Average Consumption mix amp Natural gas mOi
202. gie marginale est d finie par son cout de combustible qui doit tre inf rieur ou gal au prix du march de l lectricit l utilisation de ce dernier comme donn approximative est justifi e titre de rappel le prix du march de l lectricit a t compil sur une base horaire entre 2006 2008 en utilisant les bases de donn es des op rateurs des r seaux lectriques de chaque autorit changeant de l lectricit avec la province de Qu bec 88 90 d Quantification des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e et comparaison En absence de production lectrique partir des fili res de production distribu e durant une p riode donn e heure il y a absence de cons quence quant l int gration de ces syst mes Dans le cas contraire lors de l int gration dans le r seau de l nergie renouvelable produite la 58 province de Qu bec peut importer ou exporter de l lectricit Lors de l importation lectrique les technologies marginales des autorit s voisines augmentant leurs productions pour r pondre cette demande vont diminuer leurs productions de la quantit quivalente l nergie renouvelable produite par les syst mes de production distribu e tant donn que moins d importation sera n cessaire Lors de l exportation lectrique l nergie renouvelable produite par les fili res tudi es sera galement export e et
203. ginales identifi es Charbon gaz naturel et mazout en appliquant la proc dure cinq tapes 408 08 2 0E 08 O 0E 00 2 0E 08 Wh 0E 08 Daly k 5 DE 08 B 0E 08 0 1E 06 0 1E 06 4 0E 02 2 0E 02 O 0E 00 2 0 02 4 4 0E 02 6 0E 02 8 0E 02 Kg CO2 eq kWh 0 1E 00 Ontario Mew Brunswick New England Mew York RE c Fale 9 E n E amp E ol 9 E m 4 E F we i m s Py m i 228 2 2282 amp F FZRC l 2 n e A i e e a sja a aj 9 olt LJ E m T x un mi Hydraulique amp Charbon Gas naturel Mazout Approche propos e Ontario Mew Brunswick Mew England New York 0 1E 00 0 1E 00 0 2E 00 4 0 2E 00 Hydraulique amp Charbon i Gas naturel Mazout Approche propos e PVp 81 b Ontario Mew Brunswick Mew England Mew York 1 0E 02 O SE 02 Q 0E 00 2 yr kWh D 5E 02 m PDF 1 0E 02 1 5E 02 0E 02 0 5E 00 4 0 0E 00 4 0 5E 00 4 MU primary kWh rd m 8 0E 00 4 2 5E 00 3 0E 00 Hydraulique amp Charbon mg Gas naturel Mazout Approche propos e Figure 5 2 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO2 des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques a
204. he environment Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 14 no 2 pp 724 734 2010 20 M B Amor P Lesage P O Pineau and R Samson Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 14 no 9 pp 2885 2895 2010 21 P Denholm R M Margolis and J M Milford Quantifying Avoided Fuel Use and Emissions from Solar Photovoltaic Generation in the Western United States Environmental Science amp Technology vol 43 no 1 pp 226 232 2008 22 National Renewable Energy Laboratory HOMER version 2 68 Golden CO 2009 23 Natural Resources Canada and NRCan CTEC RETScreen version 4 Varennes Qc 2008 189 24 M B Amor P O Pineau C Gaudreault and R Samson Electricity trade and GHG emissions Assessment of Quebec s hydropower in the Northeastern American market 2006 2008 Energy Policy vol 39 no 3 pp 1711 1721 2011 25 P O Pineau and V Lefebvre The value of unused interregional transmission Estimating the opportunity cost for Quebec Canada International Journal of Energy Sector Management vol 3 no 4 pp 406 423 2009 26 C Harris Electricity markets pricing structures and economics Chichester Hoboken NJ John Wiley amp Sons 2006 27 Statistics Canada Electric Power Generatio
205. he new hourly electricity market price P Therefore a positive value indicates a lack of economic benefits and significant life cycle costs for RES A price elasticity value of 0 15 1s used in the first step and this elasticity value reflects the short term in elasticity of electricity consumption 24 In the second step a sensitivity analysis using different elasticity values from 0 05 to 0 5 1s used to test the robustness of the study conclusion 300 300 New Brunswick New England W30 W10 W1 PVm PVp W30 W10 W1 PVm PVp 250 250 200 200 s 2 150 150 Mv bd a a 100 100 50 50 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Carbon tax US tonne Carbon tax USS tonne 300 300 New York Ontario W30 4 W10 W1 PVm PVp W30 4 W10 W1 PVm PVp 2 200 200 lt 2 sz 150 150 Mv Mv ua n 2 2 100 100 50 50 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Carbon tax USS tonne Carbon tax USS tonne Figure 4 Net cost of RES production in markets adjacent to Quebec and for carbon taxes ranges using an elasticity value of 0 15 Above average climatic conditions in Quebec W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline 221 3 3 Third analysis Adding the value of avoided GHG emissions
206. hen these technologies are considered in comparison with those obtained using the proposed approach 185 Results obtained using the proposed approach in this paper fall within the range of results obtained using oil and natural gas as marginal technology However there 1s no clear tendency showing that using oil or natural gas as a marginal technology will give results always below or above the ones obtained by applying the approach proposed in this paper Indeed when oil power plants were considered as marginal results reached a maximum of 172 above the proposed method estimate for ecosystem quality indicator and a maximum of 75 below the proposed method estimate resources indicator In the case of using natural gas power plant as a marginal technology these percentages are respectively equal to 159 human health indicator and 219 ecosystem quality indicator These percentages show how integrating time into electricity supply to assess life cycle environmental impact abatements provide more refined estimates in comparison to the conventional approach 1 e static These observations still apply for below and above average conditions in the province of Quebec Their results are included in the supporting information section 8 In a context where LCA 1s a tool essentially used for decision makers the presented results are in conclusion particularly useful in assessing the implication of choosing different electricity supply m
207. hetized variable hourly wind speeds and solar radiations were used to estimate hourly energy production for each selected RES and the total energy production per year Compiled values corresponding to each RES electricity production are available in the supporting information section 2 Once the hourly energy production for each selected RES was estimated previous work methodology was adapted as follows to identify the hourly marginal electricity production technology as a consequence of RES production in each Quebec adjacent market 24 As the province of Quebec is active in electricity trading with its adjacent jurisdictions 1 e Ontario New Brunswick New England New York 25 identifying their respective marginal electricity production technology had to be considered Hourly RES generation can then be matched with the hourly marginal electricity generation and the consequence of RES generation on the right marginal electricity production technology can be assessed Marginal electricity production technology is defined as the last power plant in the merit order of all power plants needed to meet electricity demand and which output varies with small changes in local market conditions 26 To single out the marginal electricity production technology for each of the jurisdictions considered in this study the following steps were proposed I Estimating fuel cost 1 e marginal production cost of electricity generation by fuel type II Co
208. htforward If one of the selected RES is not producing electricity no offsets of centralized electricity generation can occur during that 177 time 1 e hour On the other hand during RES generation the province of Quebec could be importing or exporting electricity from or to the adjacent jurisdictions It was assumed that during Quebec imports due to its increased electricity demand the marginal technology in the adjacent jurisdictions responding to Quebec imports would decrease its production by the part that RES is able to cover On the other hand during Quebec exports it was assumed that marginal technology in the adjacent jurisdictions will decrease its production as lower requirement is needed from these technologies by the part equivalent to the RES production Finally the marginal consequence of RES generation 1 e decrease of the marginal technology electricity production in the Quebec adjacent markets was assumed to be proportional to the magnitude of RES generation due to unavailable data on transportation losses 2 2 Assessment of the life cycle environmental impact abatements technology This section describes the methodology employed to estimate the life cycle environmental impact abatements To do so the emission rates of each of the assessed RES as well as the emission rates of each of the identified hourly marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market must be estimated During a given h
209. humaine qualit des cosyst mes changements climatiques et ressources Inf Moy Moy Sup Moy renvoient aux conditions m t orologiques au dessous de la moyenne de la moyenne et au dessus de la moyenne de la province de Qu bec Impact environnementaux Impact Conditions Cat gories dommage IMPACT 2002 conomique pystemes m t orologiques SH QE CC RES Cout DALY PDF m yr kgCO eq MJ primary US Inf Moy 3 7E 07 1 2E 01 2 4E 01 3 7E 00 1 53 Eolienne 30 kW Moy 6 2E 08 2 1E 02 4 0E 02 6 2E 01 0 25 Sup Moy 3 1E 08 1 0E 02 2 0E 02 3 1E 01 0 13 Inf Moy 3 E 07 1 2E 01 2 8E 01 4 2E 00 1 01 Eolienne 10 kW Moy 9 5E 08 3 8E 02 8 6E 02 1 3E 00 0 30 Sup Moy 6 4E 08 2 6E 02 5 8E 02 8 7E 01 0 20 Inf Moy 8 3E 07 3 9E 01 5 6E 01 9 4E 00 1 50 Eolienne 1 kW Moy 2 4E 07 1 1E 01 1 6E 01 2 7E 00 0 42 Sup Moy 1 5E 07 7 1E 02 1 0E 01 1 7E 00 0 27 3kWp Inf Moy 5 7E 08 2 1E 02 7 2E 02 1 2E 00 0 44 ENTE Moy 5 0E 08 1 8E 02 6 3E 02 1 1E 00 0 38 Sup Moy 4 4E 08 1 6E 02 5 6E 02 9 6E 01 0 34 3 kWp Inf Moy S 4E 08 2 0E 02 6 5E 02 1 1E 00 0 41 palvedstallin Moy 4 7E 08 1 8E 02 5 7E 02 9 4E 01 0 36 Sup Moy 4 2E 08 1 6E 02 5 0E 02 8 4E 01 0 32 Note Les valeurs pr sent es dans le tableau 5 1 renvoient aux conditions m t orologiques en dessus et en dessous des valeurs minimales correspondant aux diff rentes valeurs moyennes mentionn es dans la th se L estimation de la production annuelle a t r alis e avec le logici
210. ia doe gov dnav ng ng pri fut sl d htm Consult le 02 f vrier 2010 EIA Weekly Cushing OK WTI Spot Price FOB Dollars per Barrel Petroleum Navigator pp 2010 Disponible http tonto eia doe gov dnav pet hist rwte W htm Consult le 02 f vrier 2010 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2007 Minister of Industry Ottawa ON Rapport technique 57 202 X 2009 http dsp sd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 XIB 57 202 XIB e html Consult le 10 mars 2010 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2006 Minister of Industry Ottawa ON Rapport technique 57 202 X 2008 http dsp sd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 XIB 57 202 XIB e html Consult le 10 mars 2010 EIA Utility Non Utility and Combined Heat amp Power Plant Database Form EIA 906 ETA 920 and EIA 923 Databases pp 2010 Disponible http www eia doe gov cneaf electricity page e1a906 920 html Consult le 12 avril 2010 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 105 M B Amor P O Pineau C Gaudreault et R Samson Electricity trade and GHG emissions Assessment of Quebec s hydropower in the Northeastern American market 2006 2008 Energy Policy vol 39 no 3 pp 1711 1721 2011 Hydro Quebec TransEnergie Path Diagram Metered interchanges MW Hydro Qu
211. ibu e 1l faut d terminer les syst mes centralis s de production lectrique qui vont diminuer leurs productions en raison de cette production suppl mentaire En se r f rant la proc dure cinq tapes dans un contexte d augmentation continue de la demande lectrique pour d terminer les syst mes centralis s de production lectrique qui vont diminuer leur production il faut d terminer les technologies dont le cout de production est le plus lev et ce dans la province de Qu bec mais aussi dans les quatre autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec savoir Nouveau Brunswick Nouvelle Angleterre New York et Ontario Dans le cas de la province de Qu bec la production lectrique partir du mazout est l option la plus couteuse et est utilis e uniquement en p riodes de pointe et principalement en hiver 84 Dans le cas des autorit s voisines de la province de Qu bec uniquement les autorit s changeant d importantes quantit s d lectricit ont t consid r es 85 soit New York et le Nouveau Brunswick Pour ces autorit s la production lectrique au mazout et au gaz naturel a t identifi e comme technologie marginale en raison du cout de production lev 86 87 Il est noter que le cout de production partir des centrales au mazout et au gaz naturel est gal 0 08 et 0 14 US kWh 87 4 1 4 D veloppement et application du mod le pour l valuation des impacts envir
212. ic system and that from a short term perspective RES generation consequences will unlikely affect a mixture of peak and base load electricity production power plants 180 3 Results and discussion 3 1 Hourly marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market The frequency of marginal electricity production technologies as a consequence of RES generation in Quebec average climatic conditions shown in Table 1 depends on the investigated RES and the Quebec adjacent jurisdiction In fact coal fired generators represent a more frequent marginal electricity production technology in Ontario market than natural gas units 1n other jurisdictions The same trend is observed when RES generation is considered under above and below Quebec average conditions see supporting information section 6 In addition Table 1 results Show how marginal electricity production 1s not solely based on one marginal technology but on a complex set of them that are able to meet the hourly demand as recently underlined for the long term perspective 15 44 With the variability of renewable energy sources identifying the consequence of RES generation on the right marginal electricity production technology as a function of time 1s important in assessing a refined estimate of environmental impact abatements 181 Table 1 Marginal technology in Quebec adjacent markets of hours during 2006 2008 W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind
213. icit import e et export e et l efficacit de diff rentes taxes sur le carbone Le mod le d quilibre partiel d velopp dans le quatri me article pourrait r pondre cette question 3 Couplage des mod les d analyse de syst mes lectriques dans une perspective long terme avec l ACV C et mod lisation prospective du parc de production lectrique en comparaison avec les approches conventionnelles Il a t montr dans le premier article avec l application de la proc dure cinq tapes propos e par Weidema 2003 que lorsque les centrales thermiques au charbon sont identifi es comme technologie marginale dans une perspective long terme 977 l olienne de petite puissance de 30 kW permet une r duction des impacts environnementaux et conomiques voir article 1 pour plus de d tails Par contre l effet du cout sur les r sultats comme par exemple le co t de production des PV qui diminue avec le temps n a pas t int gr Ainsi tester la sensibilit de cette conclusion avec l int gration des mod les d analyse de syst mes lectriques dans une perspective long terme avec l ACV C pour compl ter l valuation des approches conventionnelles est compl mentaire ce qui a t pr sent dans ce projet de recherche Tableau 7 1 valuation des impacts environnementaux et conomiques par kWh reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RE
214. ick les donn es sur le rendement thermique proviennent de la base de donn es de Statistique Canada 95 96 Pour la Nouvelle Angleterre et New York les rendements thermiques par type de centrale ont t compil s partir de la base de donn es de la EIA 97 c Comparaison du prix du march de l lectricit avec le cout du combustible et identification sur une base horaire de la technologie marginale dans les autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec Une fois que le cout du combustible et le prix du march de l lectricit sont compil s 1l suffit de les comparer pour chaque heure pour d terminer la technologie marginale Cette comparaison est r p t e pour les quatre autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec La technologie marginale est d finie par la derni re unit laquelle on a recours pour r pondre la demande en lectricit et dont le cout du combustible sera inf rieur ou gal au prix du march de l lectricit comme c est illustr dans la figure ci dessous pour l exemple de l unit au charbon Cette derni re verra sa production tr s sensible aux conditions du march lectrique une augmentation de la production lectrique partir du charbon en raison d une augmentation de la Le cout du combustible est galement nomm le cout marginal de production 53 demande lectrique due l importation de la province de Qu bec ou une bai
215. icro wind turbines to 76 for photovoltaic systems This 1s explained by the high acquisition cost of the small scale renewable systems 51 52 Installation cost contribution remains second but does not exceed 20 Once again a scaling down effect can also be observed for the economic analysis Fig 3 This 1s also explained by the low energy produced in comparison to the higher final cost 125 Table 5 presents the most favorable alternatives from an economic environmental and energy standpoint Section 3 3 For above average conditions micro wind 30kW shows a win win situation for the life cycle performance results On the other hand 3kWp poly crystalline is the most promising alternative for below average conditions These results clearly indicate that the life cycle system performances are very sensitive to climatic conditions 1 e geographic location As presented in Table 5 for the different scenarios selection the life cycle impact results per kWh ranges are as follows Human Health 3 1E 08 to 5 4E 08 DALY Ecosystem Quality 1E 02 to 2E 02 PDF m yr Climate Change 2E 02 to 6 5E 02 kg CO eq Resources 3 1E 01 to 1 1 MJ primary NR EPR 11 9 to 3 4 Energy Cost 0 13 0 41 USD The upper limit was determined by the most suitable technologies for the above average conditions 1 e micro wind 30kW and the lower limit was defined by the most promising technologies for the below average conditions 1 e 3kWp poly crystalline Tabl
216. ictions shows that the province s exports to its Northeast American neighbours increased between 2006 and 2008 Table 3 This trend is likely to continue as new transmission projects are planned to New England 1 200 1 400 MW FERC 2008 and New York Champlain Hudson Power Express 2010 Being a hydropower producer Quebec increased exports to neighbours relying more on GHG emitting fossil fuels should avoid emissions Table 3 Total hourly electricity exchange between QC and its neighbours in TWh New New Brunswick New England York Ontario Total Export 2006 0 31 6 92 4 83 1 07 13 14 2007 2 37 8 96 6 50 1 11 18 94 2008 3 4 9 93 6 71 1 07 21 12 2006 2008 6 09 25 81 18 04 3 25 5320 Import 2006 1 00 0 61 1 86 2 18 5 64 2007 0 47 13 2 28 2 24 6 11 2008 0 15 0 20 22 2 75 4 32 2006 2008 1 61 1 94 5 36 7 16 16 07 Section 3 2 presents the main results of interest the estimate of the net GHG emissions resulting from electricity exchanges between Quebec and its adjacent jurisdictions New Brunswick New 149 England New York and Ontario Results for the identified marginal technology on which the estimated trade related GHG emissions are based are presented in section 3 1 3 1 Identification of the marginal electricity production technolog As it can be of strategic value 1 e not public information only the system operator of an electricity system knows exactly which power plant is the marginal
217. ies However these changes are fundamental and ignoring them could reduce the relevance of the study results Up until now no studies in the literature have considered the time varying nature when modeling electricity supply The third objective of this research project was to assess the implications of incorporating temporal aspects of electricity supply into the analysis Environmental ecosystem quality climate change resources and human health and economic impact abatements of distributed generation using renewable energy system were estimated and compared to conventional approaches using average and short term marginal data to assess such implications Therefore temporal variations of electricity supply were modeled and the results were used to estimate displaced types and the quantity of fuel saved from the affected short term marginal electricity production technology and thus assess the environmental impact abatements using micro wind turbines and photovoltaic panels Moreover the economic impact abatements were modeled using hourly generation information in conjunction with hourly wholesale price data Results show that distributed generation has no economic benefits using the selected renewable energy systems This is also the case when the Quebec consumption mix approach using average data 1s chosen to estimate life cycle environmental impact abatements One exception can be identified when using micro wind 30 kW and considering
218. ifier la fonction l unit fonctionnelle et les fronti res du syst me tudi La d finition de la fonction consiste choisir la base sur laquelle le syst me tudi sera valu ou les syst mes seront compar s L unit fonctionnelle est une description quantitative de la fonction du syst me En r f rence aux objectifs de l ACV A la variation de la taille de l unit fonctionnelle n a pas de r percussion sur l valuation sachant qu en ACV A le syst me de produit est mod lis de fa on lin aire son unit fonctionnelle Ceci peut tre diff rent dans le cas de l ACV C selon la taille du changement apport au syst me de produit tudi Ainsi les cons quences ne varient donc pas n cessairement lin airement avec la taille de l unit fonctionnelle Finalement lors de la d finition des fronti res du syst me de produit en ACV A le syst me de produit doit comprendre tous les processus l mentaires qui sont li s par des flux de mati re et d nergie au cycle de vie du produit tudi Id alement seuls les processus l mentaires ne contribuant que de fa on n gligeable l inventaire peuvent tre exclus Pour l ACV C l inclusion de processus l mentaires est guid e par leur pertinence dans l valuation de l effet du changement Les processus plut t que d tre strictement li s par des flux de mati re et d nergie le sont par des liens de cause effet trouvant leur origine dans le changement qu im
219. ilisant l approche propos e se trouvent dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les technologies marginales statiques Cependant 1X l absence de r duction des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e est encore not e Une seule exception est observ e dans le cas o l on consid re la r duction des externalit s correspondantes aux missions des gaz effet de serre r duites dans les autorit s voisines de la province de Qu bec Nouveau Brunswick et Nouvelle Angleterre De mani re g n rale le projet de recherche a permis de montrer en absence et en pr sence de de la taxe sur le carbone l impact de l int gration de la dynamique de la production lectrique pour valuer le bon fondement et les limites des approches conventionnelles valuer pour le court terme les cons quences environnementales et conomiques travers l tude de cas sur l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables par le solaire Photovoltaique et les oliennes de petites puissances ABSTRACT Distributed generation DG from renewable energy systems RES can play a significant role in meeting different energy policy goals such as reducing greenhouse gas emissions and adding supply to meet increasing energy demand Renewable energy production performances using small scale technologies are still under continuous investigation Different impact categories are s
220. ime at full capacity It is shown that under below average conditions micro wind turbine CF values range between 11 5 and 12 4 This is consistent with reported values in the literature 3 For average and above average conditions micro wind turbine CF values are similar to those obtained for a commercial wind farm 3 The CF values for photovoltaic systems are also in agreement with typical values 4 Table S1 Annual RES energy output for the considered climatic conditions W30 micro wind 30 kW W10 micro wind 10 kW WI micro wind 1 kW PVm 3 kWp mono crystalline PVp 3 kWp poly crystalline Drugs Below Average Average Above Average RES RM Output CE Output CF Output CF KWh KWh KWh W30 5 32 695 12 4 71 308 214490 91 227 34 7 WIO 6 10 032 11 5 22137 25 3 29 031 33 1 WI 6 1 004 11 5 2 278 26 0 3 019 34 5 PVm 2 2 124 10 4 3 154 12 0 3 559 13 5 PVp 2 2127 10 4 3 154 12 0 3 559 13 5 CF Capacity factor is the energy output as a percentage of the theoretical maximum rated output 3kWp mono crystalline PVm and 3kWp poly crystalline PVp have the same produced energy The performance is implicitly included in the amount of panel per Wp 1 e 21 4 m and 22 8 n 3kWp respectively 2 193 3 Estimation of the fuel costs Over the 2006 2008 period fuel costs in USS MWh were estimated using the fuel market prices and the appropriate heat rate in each of the jurisdictions considered
221. in Canada 2008 Minister of Industry Ottawa ON TCR 2010 General Reporting Protocol The Climate Registry Protocols http www chpexpress com index php Tester J W Drake E M Driscoll M J Golay M W Peters W A 2005 Sustainable energy choosing among options MIT Press Cambridge Mass WBCSD WRI 2007 The Greenhouse Gas Protocol World Business Council for Sustainable Development and World Resources Institute Geneva CH p 116 Zareipour H Bhattacharya K Canizares C A 2007 Electricity market price volatility The case of Ontario Energy Policy 35 4739 4748 170 ANNEXE 3 ARTICLE 3 IMPLICATIONS OF MODELING TEMPORAL ASPECTS OF ELECTRICITY SUPPLY LCA OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET b ie re Mourad Ben Amor Caroline Gaudreault Pierre Olivier Pineau and R jean Samson CIRAIG Ecole Polytechnique de Montr al Department of Chemical Engineering P O Box 6079 Qc Canada H3C 3A7 National Council for Air and Stream Improvement P O Box 1036 Station B Montreal Qc Canada H3B 3K5 CIRAIG HEC Montr al 3000 Chemin de la C te Sainte Catherine Montreal Qc Canada H3T 2A7 KEYWORDS consequential LCA hourly marginal technology electricity trade analysis renewable energy systems ABSTRACT Electricity supply data is frequently cited as a significant hot spot in Life Cycle Assessment LCA results Despite its importance how
222. in this study The fuel market price 1 e US per short tonne of coal thousand cubic feet of natural gas and barrel of oil were obtained from the U S Energy Information Administration EIA databases 7 9 The Central Appalachian region is the dominant coal production area for the Northeastern region 10 11 hence its coal market price was selected Finally the crude oil market price was used as a proxy for the actual diesel or heavy oil market price Heat rate Btu KWh 1s also needed to estimate the fuel cost Over the 2006 2008 period coal natural gas and oil power plant heat rates were estimated for Quebec adjacent markets as follows l For Ontario and New Brunswick data was provided by Statistics Canada 12 13 As there is no available data for 2008 the 2007 heat rates were used as a proxy Also in the absence of detailed value by prime mover 1 e steam turbine gas turbine internal combustion and combined cycle an average value was used 2 For New England and New York data was provided by the EIA electricity databases 14 For these jurisdictions estimating the heat rate as a function of prime mover was feasible This additional step disaggregating heat rates by fuel and prime mover helps in giving detailed fuel cost data as a function of the fuel type and also of the prime mover e g natural gas combined cycle plants are dispatched at a lower fuel cost than natural gas steam turbine plants 4 Life cycle emi
223. ion could be explained by the aggregation of the waste management residual from the wood industry and natural gas electricity production which could amplify the fluctuation of electricity production However this fluctuation increase doesn t mean that Other electricity production is the most sensitive to the energy market price Indeed when disaggregated for the year 2008 and this 1s the third observation coal power plants become once again the most sensitive power plants to the energy market price Therefore it 1s expected in the case of available disaggregated data for the year 2007 that coal power plants will show the highest correlation coefficient 1 e marginal technology The last observation underlines the hydropower and natural gas power plant sensitivity to the market price but in a less pronounced way than coal 162 Table 11 Correlation between hourly energy market price and electricity production by power plant 2006 2008 Other Coal Hydropower Nuclear including Wind Natural gas 2006 0 5587 0 4406 0 022 0 5539 0 0591 2007 0 5943 0 5234 0 0853 0 7411 0 0127 2008 0 6321 0 4442 0 0502 0 5539 0 0627 Other b 2008 a 0 5489 0 5273 0 1188 0 367 0 0417 Natural gas 0 4141 a Natural gas electricity production data was provided separately between Sept 11th and Dec 31st 2008 b Waste management and residual waste from the wood industry C Normalization analysis The normalization analysis co
224. ion on the electric utility such as redispatch 1s unsuited for a short term perspective For this reason a three step methodology is proposed and discussed in the following sections 2 2 Identification of the hourly marginal electricity production technology The HOMER software computer model for evaluating design options for both off grid and grid connected power systems for remote stand alone and DG applications was used to compile for one year hourly wind speeds and solar radiations from measured average monthly values 22 The selected average monthly values are representative of climatic conditions prevailing in the province of Quebec Canada 23 Annual wind speeds of 7 5 6 and 3 5 m s and solar radiations of 1387 1230 and 1067 kWh m2 year represent the selected above average average and below average conditions in the province of Quebec respectively Compiled average 175 monthly values corresponding to each condition are available in the supporting information section 1 Mono and poly crystalline photovoltaic panels 3kWp with slanted roof mounting systems were selected because of their frequent installation as well as micro wind turbines 1 10 and 30 kW including their respectively commonly used tower heights 10 22 and 30 m Technical specifications of the selected grid connected RES including the performance of the inverter and all the necessarily connections were also considered 20 Finally the synt
225. iques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Les r sultats obtenus vont servir comme nouveaux l ments de r ponse la question Y a t il place la production distribu e d nergies renouvelables dans un contexte nord est am ricain De plus une telle int gration est importante pour valuer les fondements des approches conventionnelles pour simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes En effet les r sultats obtenus en comparaison avec ceux obtenus en utilisant les approches conventionnelles vont aider valuer le degr de divergence entre les r sultats et sa r percussion sur les conclusions de l tude 35 4 Absence de mod le pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Combler cette lacune est n cessaire pour r pondre la question Quel est l effet de l int gration de la taxe carbone sur la performance conomique et environnementale du cycle de vie de la production distribu e d nergies renouvelables Les r sultats obtenus seront importants pour compl ter l valuation quant aux bons fondements des approches conventionnelles de simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes et ce avec l introduction de la taxe sur le carbone 36 CHAPITRE3 D MARCHE DE
226. ironmental impact abatements per kWh 1 e functional unit as a consequence of RES generation and as a function of the province of Quebec adjacent markets Marginal electricity 198 production technology types e g oil naturel gas etc and their contributions to total environmental impact abatements are also illustrated The presented contributions take into account the frequency of the marginal electricity production technologies Tables S5 and S6 and the intensity of their emission rates Table S3 3 E 07 2 E 07 1 E 07 W30 Ontario W10 Wi PVm New York E gt a New Brunswick New England c m z t oa gt gt a a p gt PV wi c z W30 a gt amp S 0 25 0 20 New England E a Ontario New Brunswick S m z E gt a a gt a a gt amp a gt amp Le z a m z Wi S m z W1 c m z W30 W10 W1 PVm New York o Len wi E gt a gt a a S S E N N N 0 100 ois S S N DIERN NI TT Ww NW i S S S NS 1 E 07 SS SN NOS ON NIK X X N INSQUQSS S333 SX 2 N S Pesd gr RNRN 22 N Paco 8 NVINY B2 22 PUT a x SN P 5 F 07 SN SES 0 00 i T T Te 6 E 07 N 0 05 i i 7 E 07 N S me m Hydropower OCoal SNaturalgas m Oil m m Hydropower OCoal Natural gas m Oil c Ontario New Brunswick New England New York d Ontario New Brunswick New England
227. is of distributed generation benefits HH Human Health EQ Ecosystem Quality CC Climate Change RES Resources NR EPR Non Renewable Energy Payback Ratio NR 4 Affected Selected 23 a se iud EPR dd Approach systems systems MJ DALY PDF m yr kg CO 4 USD primary re Quebec grid PVp B Avg 2 21E 08 6 65E 02 2 93E 02 3 55E 01 2 0 36 mix W30 QA Avg 6 92E 10 7 67E 02 1 62E 02 4 21E 01 T 0 08 Oif PVp B Ave 3 2E 07 7 AE 02 I 0OE 00 1 5E 01 3 0 27 Short term W30 QA Avg 3 4E 07 8 4E 02 I IE 00 1 6E 01 12 0 01 marginal Natural gas PVP B Avg 1 31E 08 1 32E 02 1 75E 01 3 32E 00 3 0 33 W30 A Ave 9 69E 09 3 01E 03 2 20E 01 4 09E 00 12 0 05 Ed PVp B Avg 3 81E 08 1 45E 02 5 33E 02 8 95E 0 16 0 31 P W30 A Avge 1 53E 08 4 31E 03 7 84E 03 1 19E 01 8 0 03 PE PVp B Avg S OIE 08 1 98E 02 6 06E 02 1 04E 00 71 0 31 Long term Pres W30 A Ave 2 73E 08 9 64E 03 1 51E 02 2 60E 01 62 0 03 marginal Coal PVp B Avg 1 66E 07 4 58E 04 3 05E 01 3 42E 00 3 0 31 W30 A Avg 1 89E 07 9 69E 03 3 50E 01 4 19E 00 12 0 03 PVp B Ave 1 31E 08 1 32E 02 1 75E 01 3 32E 00 3 0 33 Natural gas W30 A Ave 9 69E 09 3 01E 03 2 20E 01 4 09E 00 12 0 05 Excludes end of life cost conservative approach is considered Represents the Quebec New Brunswick and New York short term affected technology Represents the New York short term affected technology Represents the Quebec long term affected technologies
228. istallin 240 05 Ton Ontario Mew Brunswick New England Mew York 305 Ton Ontario Mew Brunswick New England Mew York mi mi gt gt 350 350 300 300 00 00 z E 3 3 150 150 100 100 50 50 Hydropower Coal Natural gas Oil Proposed approach Hydropower Coal Natural gas Oil Proposed appraach 605 Ton Ontario New Brunswick New England New York 905 Ton Ontario New Brunswick New England Mew York 350 350 300 300 250 250 00 00 z z 3 3 5 150 4 150 100 100 50 50 Hydropower amp Coal Natural gas Oil Proposed approach Hydropower Coal Natural gas Oil Proposed approach Figure 6 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US 60 US et 90 US tonne de CO des impacts conomiques reli s aux cons quences de l int graton de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 241 ANNEXE 6 DESCRIPTION DES TAPES DU CYCLE DE VIE Etape de production Peu d informations d taill es ont t obtenues des manufacturiers concernant les diverses tapes de production des oliennes de petites puissances de et 10 kW D une mani re g n rale les informations ob
229. its corresponding system operator 23 For the 2006 2008 period compiled electricity demand data in combination with hourly electricity market price are used to estimate 26 300 hourly linear demand curves for every jurisdiction 212 XP jh bj i P i 1 With bin e X ih P a 2 djn A bin Pim 3 In eqs 1 2 and 3 X jh 1 the demand in MWh and p jh 1s the electricity market price in US MWh In addition to these parameters a price elasticity e is used to calculate the value of the parameters b n and aj with h and j representing the hour and the jurisdiction A price elasticity value of 0 15 1s used in the first step since this elasticity value reflects the short term in elasticity of electricity consumption 24 Sensitivity analyses using different elasticity values from 0 05 to 0 5 are also simulated to test the robustness of the study conclusion Finally the demand function is illustrated in Figure 2 P 5 lI D Cin Pin natural gas 5 _ yD Xih Xpn Figure 2 Partial equilibrium illustration between the demand and supply function at given hour h and jurisdiction j 2 2 2 Analyzing hourly supply and short run marginal cost curve Table 4 presents the breakdown of the generation capacity in the province of Quebec adjacent jurisdictions Once 2006 2008 generation capacities are determined fuel costs short run marginal cost in US MWh were estimated using previous work 4 Brief
230. ket price at the New Brunswick interconnection was used as a proxy As previously mentioned fuel costs and day ahead hourly electricity market prices were compared to single out the hourly marginal electricity production technology for each of the considered jurisdictions For example if at a given hour the day ahead hourly electricity market price 1s below the lower value at which natural gas production can be profitable and falls within the range of prices where coal production covers its fuel cost coal is identified during that hour as the marginal electricity production technology In that case 1f Quebec electricity imports from a given adjacent jurisdiction occur under such conditions coal power plants are assumed to be affected by increasing their production to meet the adjacent market increased demand However if Quebec electricity exports occur under such conditions coal power plants are assumed to decrease their production as lower requirement is needed to meet adjacent market electricity demand It is assumed that electricity exchanges are not sufficient to cause a shift from a fuel type to another and no local network constraints would justify out of merit power plant dispatching Once the hourly marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market 1s identified matching the consequence of the estimated RES hourly generation when it occurs to the right marginal electricity production technology is straig
231. l from the wood industry with the category natural gas only introduced after September 10th 2008 At the end of 2008 16 power plants using nuclear technology 15 using coal 34 using natural gas 44 using hydropower 7 using wind and 7 using other technology were used to generate electricity in Ontario After September 10th the Other section decreased dropping from an hourly average of 1 382 MWh to 137 MWh suggesting that most Other production was mainly composed of natural gas production Therefore two data sets were used for validation The first one contains desegregated data 1 e between September 11th and December 31st 2008 while the second one contains the aggregated data 1 e between January Ist 2006 and September 10th 2008 First base and peak load plants composing the Ontario load duration curve over the 2006 2008 period are presented in Figure 3 Base load plants take up on the lower region of the load duration curve are of a relatively larger capacity and operate practically throughout the year at a stable load factor However peak load plants take up on the top portion of the load duration curve In the event of a sharp peak load of short duration less costly plants with higher fuel costs serve the same purpose As shown in Figure 4 nuclear and hydropower with large storage capacity were identified as base load stations and thermal power stations coal and natural gas are used as shoulder and peak load statio
232. l hypoth se de recherche quant l valuation des limites des approches conventionnelles quantifier les cons quences environnementales et conomiques par l int gration de la dynamique de la production lectrique dans la m thodologie cons quentielle du cycle de vie En absence de la taxe sur le carbone et dans un contexte de simplification de la quantification des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e l utilisation de plusieurs sc narios de technologies marginales statiques en se r f rant la proc dure cinq tapes de Weidema 9 2003 est une option acceptable la m thode propos e dans le cadre du projet de recherche pour donner un ordre de grandeur approximatif des impacts du cycle de vie sans introduire de biais dans les conclusions comme c est le cas avec l approche utilisant des donn es moyennes Avecl introduction de la taxe sur le carbone il est indispensable de combiner la proc dure cinq tapes de Weidema 2003 avec d autres sc narios de technologie marginale faible mission de GES repr sentatif du contexte g ographique l tude pour que l utilisation de ces sc narios puisse donner un ordre de grandeur acceptable des impacts du cycle de vie et sans introduire de biais dans les conclusions L impact de la taxe sur le carbone a t consid r uniquement pour les missions lors de la phase d utilisation
233. la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 238 a Ontario New Brunswick New England New York b Ontario New Brunswick New England New York o mua Eol E eI Sw E oR Se E a z 2z2z amp 222kk l223s2 amp amp i 32sz2z amp amp 406 08 1 0E 02 2 0E 08 z i t 0 5E 02 O 0E 00 e 0 0E 00 2 0E 08 a z z T i e E d x Fr 6 z 4 0E 08 a t 2s es A 0 5E 02 a ES i amp 0E 08 e 1 0E 02 B E 08 1 5E 02 0 1E 06 m x m m 0 1E 06 2 0E 02 Hydraulique amp Charbon i Gas naturel Mazout A Approche propos e Hydraulique Charbon B Gas naturel Mazout Approche propos e c Ontario Mew Brunswick Mew England New York d Ontario Mew Brunswick New England New York I 8454 E al8 Su E al Su E al8 S LE I 2 22 als SSK als 2 2 ls 2 2 8 4 0E 02 4 0 5E 00 M 0 0E 00 4 0 0 00 Fire 20 02 3 0 5E 00 4 E 4 0E m T Z2 oz m so CU E ull 1 RH UEM 15E 00 4 Fourie e eel i e ee e ni i80 4 7 L LI
234. latives leurs identifications 2 Estimation de l impact des changes d lectricit sur le bilan GES du march lectrique nord est am ricain suite l introduction de la taxe sur le carbone Pour les trois ann es consid r es dans le deuxi me article le net des exportations importations a permis de r duire de 20 millions de tonnes les missions chez les march s voisins Cela fait environ 7 millions de tonnes par ann e soit pr s de 10 des missions qu b coises sachant que le Qu bec en 2008 a mis de 82 millions de tonnes de GES Si on pousse l analyse plus loin et qu on inclut galement les missions indirectes sur leur cycle de vie alors la r duction de GES attribuable aux changes d lectricit pour les trois ann es est de pr s de 28 millions de tonnes Dans un contexte de mise en place de la taxe sur le carbone il n est pas difficile de r aliser la pleine valeur de la production hydro lectrique en raison du remplacement par les ventes d lectricit nettes hors Qu bec de la production de centrales thermiques Avec les r ductions de GES induites par ces exportations la province du Qu bec aurait pu se faire 200 millions de dollars de plus sur ces changes dans un sc nario de facturation 10 la tonne de GES Par contre ces estimations ne consid rent pas les r percussions d une telle taxe sur l offre et la demande Reste donc estimer les r percussions d une telle taxe sur les quantit s d lectr
235. le carbone Annexe 5 a Correspondance entre la production horaire des syst mes de production distribu e et la technologie marginale Cette correspondance permet d isoler les technologies marginales correspondantes aux heures de production d nergies renouvelables et par cons quent d carter les technologies marginales en absence de production distribu e b Evaluation des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production distribu e et des technologies marginales L valuation des impacts environnementaux et conomiques attribuables au cycle de vie des technologies de production distribu e et des technologies marginales renvoie la m thodologie appliqu e dans la section 4 1 4 3 c La m thode d valuation des impacts IMPACT 2002 a t utilis e pour l valuation des impacts environnementaux 50 Le prix du march de l lectricit P a t utilis comme donn e proxy pour l estimation des couts de combustibles des technologies marginales Sachant que la technologie marginale est d finie par son cout de combustibles qui doit tre inf rieur ou gal au prix du march de l lectricit l utilisation de ce dernier comme donn approximative est justifi e c Quantification des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e et comparaison En absence de production lectrique partir des fili res de prod
236. led 1 e the unconstrained technologies with the lowest long term production cost 41 In the province of Quebec the technologies which have the potential to be the affected electricity sources by fulfilling the condition of being unconstrained are wind and hydropower 40 These technologies should fulfill the long term electricity demand increase Therefore in case of a small change in electricity supply due to the energy produced by small scale renewable technology production less hydro or wind Quebec electricity will be needed to make up for the increase In other words they represent the affected technologies The technologies involved for large scale electricity production are presented in Appendix A Fig 5 The logic is similar for the bordering markets Once again it was assumed that the most affected markets by a small change in electricity supply are those receiving the higher percentage of total Quebec electricity exports Referring to the forecasted share of total Quebec electricity exports 40 the US Northeast market is the one suspected to import a high percentage of the total long term Quebec electricity exports No information was available as to whether the New York market will remain the most sensitive As for the long term US electricity generation capacity additions by fuel types 48 the technologies which have the potential to be affected by fulfilling the condition of being unconstrained to the long term increase o
237. les et les unit s de production marginales En effet 11 a t montr que consid rer les centrales thermiques au mazout comme seule technologie marginale n tait pas tr s repr sentatif de la dynamique de la production lectrique centralis e Par exemple les fr quences de technologies marginales affect es en cons quence de la production distribu e d nergies renouvelables dans les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec ont montr que les centrales les plus affect es sont les centrales au charbon dans le cas de l Ontario et les centrales au gaz naturel dans le cas de New York Nouveau Brunswick et Nouvelle Angleterre Ces observations ont galement t not es pour les niveaux de force des vents et d ensoleillement moyens et au dessus de la moyenne de la province de Qu bec De plus il a t montr que d autres technologies marginales sont galement affect es mais de fa on moindre En comparant les fr quences de technologies marginales de production lectrique obtenues par autorit les r sultats obtenus diff rent des donn es moyennes de l approvisionnement lectrique de la province de Qu bec Ces observations montrent le degr de divergences entre le mod le propos int grant la dynamique de la production lectrique pour l identification des technologies marginales en comparaison avec les approches conventionnelles Une fois les technologies marginales identifi es il a
238. les tableaux 2 4 en fonction du niveau de la taxe sur le carbone c d 30 60 et 90 US par tonne de CO2 Le tableau 1 pr sente les fr quences des technologies marginales en absence de de la taxe sur le carbone pour mettre en perspective les r sultats des tableaux 2 4 228 En absence de taxe les r sultats du tableau 1 montrent que la production lectrique au charbon en Ontario semble tre la plus fr quemment affect e Dans le cas du Nouveau Brunswick de la Nouvelle Angleterre et de New York c est plut t la production partir de gaz naturel qui est le plus souvent affect e Le m me tableau montre galement que d autres technologies marginales sont galement affect es mais d une intensit moindre que les technologies marginales principales identifi es Avec l introduction d une taxe de 30 US par tonne de CO les fr quences des technologies marginales changent En effet les r sultats du tableau 2 montrent que la production lectrique partir de l hydro lectricit en Ontario devient la technologie marginale la plus fr quente en Ontario Ce changement s explique par l augmentation du prix de l lectricit produite partir du charbon et par l augmentation non significative du prix horaire du march de l lectricit P ih Il est noter qu en raison de la concordance entre la production de l nergie solaire et la production centralis e de l lectricit partir du charbon la production lectrique par
239. life cycle assessment of an Italian wind farm Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 12 no 1 pp 200 217 2008 L Gagnon C Belanger et Y Uchiyama Life cycle assessment of electricity generation options The status of research in year 2001 Energy Policy vol 30 no 14 pp 1267 78 2002 D Haeseldonckx et W D Haeseleer The environmental impact of decentralised generation in an overall system context Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 12 no 2 pp 437 454 2008 UNEP Guidelines for Social Life Cycle Assessment of Products Rapport technique 2009 ISO ISO 14040 2006a Management environnemental Analyse du cycle de vie Principes et cadre Organisation internationale de normalisation ISO 14040 2006 B Fleck et M Huot Comparative life cycle assessment of a small wind turbine for residential off grid use Renewable Energy vol 34 no 12 pp 2688 2696 2009 V Fthenakis et H C Kim Land use and electricity generation A life cycle analysis Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 13 no 6 7 pp 1465 1474 2009 15 16 17 18 19 20 21 22 25 24 25 26 27 28 29 99 Varun R Prakash et I K Bhat Energy economics and environmental impacts of renewable energy systems Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 13 no 9 pp 2716 2721 2009 D P Kaundinya P Balachandra et N H R
240. ll scale renewable technologies will be able to cover at least a part of the increased NB electricity demand The NB oil power plant will then change its output and could also be identified as the affected technology Similar logic can be applied to the NY electricity market In case of a small increase in NY electricity consumption the actual power plants that will be used to produce this additional electricity are likely to be first the natural gas and second the oil power plant 46 Therefore the natural gas and oil power plant will change their output due to small changes in electricity supply and then could be identified as the affected technologies The costs of the electricity produced by natural gas combustion turbines and oil are 0 08 and 0 14 USD kWh respectively 47 4 2 2 Long term marginal approach The long term affected technology 1 e the long term marginal technology is defined as the technology installed or dismantled due to expected long term changes in electricity supply 41 The production volume and forecasts of the electricity demand do not suggest any decrease in the coming years neither in the Quebec province nor in any bordering markets 40 48 In case of 16 All costs are stated in 2005 Canadian dollars Conversion to US currency was made at a rate of 80 cents per Canadian dollar A discount rate of 6 was also applied 121 an increasing market the affected technologies are those most likely to be instal
241. llecting the day ahead hourly electricity market prices from the independent system operators in New England New York and Ontario ISO NE ISO NY and IESO III Comparing the fuel cost with the day ahead hourly electricity market prices and identifying hourly marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market 176 For the case study evaluated in this paper the 2006 2008 period was selected for data availability Fuel costs estimation is crucial to assess the plant rank according to merit order 26 They reflect the plant s heat rate Btu KWh and its fuel market price 26 Coal natural gas and oil power plant heat rates were estimated for Quebec adjacent markets over the 2006 2008 period based on data from Statistics Canada 27 28 and the U S Energy Information Administration EIA electricity database 29 The fuel market price 1 e US per short ton of coal thousand cubic feet of natural gas and barrel of oil were also collected over the same period from the EIA fuel market price databases 30 32 Supporting information provides complementary technical details on fuel cost estimates section 3 The day ahead hourly electricity market prices were provided for the US jurisdictions by the independent system operator ISO NE and NY ISO and for Ontario by the Hourly Ontario Energy Price 33 35 As a consequence to data availability for the New Brunswick jurisdictions New England day ahead hourly electricity mar
242. logies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 232 Tableau 4 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de v Gaz proces Hydro lectricit Charbon Mazout d nergies ne renouvelables a W30 94 2 1 0 3 W10 95 2 1 0 1 Ontario W1 95 2 1 0 2 PVm 51 2 1 0 47 PVp 51 2 1 0 47 W30 54 7 35 1 3 Ne W10 55 7 36 1 1 De WI 54 7 36 1 2 PVm 21 5 27 1 47 PVp 21 5 27 9o 1 47 W30 4 38 54 2 3 Nouvelle W10 95 2 1 0 1 Ameleterre WI 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 W30 54 7 35 1 3 W10 55 7 36 1 1 New York W1 54 7 36 1 2 PVm 21 5 27 1 47 PVp 21 5 27 1 47 a Les technologies marginales durant les heures de production des syst mes d nergies renouvelables sont uniquement pr sent es dans ce tableau Par cons quent les technologies marginales durant les heures de non production ont t enlev es 233 2 Evaluation et comparaison des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie Cette section a pour but d estimer en fonction du ni
243. luation de l impact c d valuer les impacts environnementaux potentiels li s aux entrants et sortants et e Interpr tation des r sultats de l inventaire et de l valuation de l impact en se r f rant aux objectifs et champ de l tude D finition desobjectifs et du champ de l tude Analyse de l inventaire T nterpretation du cycle de vie Evaluation desimpacts du cycle de vie Figure 2 2 Cadre d une analyse de cycle de vie selon la norme ISO 14040 adapt de ISO 14040 12 L ACV est un processus it ratif et les choix effectu s au cours de l tude peuvent tre modifi s suite l acquisition de nouvelles informations Les normes ISO pr sent es pr c demment guident uniquement le c t proc dural de la m thodologie et non un mod le fixe d valuation Ceci implique qu il faut distinguer la proc dure c d m thodologie du mod le ACV c d mod lisation 38 39 L absence d un mod le fixe d valuation a men la distinction entre deux types d ACV En effet il est maintenant reconnu que deux types d ACV peuvent tre utilis s 40 41 L ACV Attributionnelle ACV A et l ACV Cons quentielle ACV C 2 2 2 Distinction entre VPACV A et PACV C La diff renciation entre ces deux types d ACV a commenc tre propos e dans les ann es 1990 42 43 Cette distinction se fait au niveau des diff rentes tapes de l ACV d crites pr c demment et d taill es ci apres 2 2 2 1 D
244. luation du prix de production de l lectricit partir des centrales thermiques en fonction du niveau de la taxe sur le carbone US tonne de CO2 Avec l identification des technologies marginales pour diff rents niveaux de taxe il est possible d valuer les impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e renouvelable Pour ce faire le mod le d velopp d quilibre partiel en plus de la m thodologie appliqu e dans le troisi me article Annexe 3 section 2 2 ont t utilis s Tout d abord il est int ressant de rappeler qu en absence de la taxe sur le carbone l utilisation de technologies marginales statiques identifi es c d gaz naturel et mazout donnait une bonne approximation de l ordre de grandeur des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e renouvelable et ce malgr le degr d incertitude En effet pour toutes les cat gories de dommages valu s dans la figure 2 les estimations obtenues 235 en appliquant une quantification horaire se trouvent dans la plage de r sultats obtenus en utilisant les deux sc narios de technologie marginale statiques Mazout et gaz naturel Ensuite avec l int gration de la taxe sur le carbone d une valeur de 30 US par tonne de CO les r sultats de la figure 3 montrent que les estim s obtenus tenant compte de la dynamique de la production lectrique se trouvent p
245. ly these estimations 213 are based on the fuel market prices i e US per short tonne of coal thousand cubic feet of natural gas and barrel of oil and on the appropriate heat rate Btu KWh per power plant type in each of the jurisdictions considered in the study The significance of the fuel costs resides in the determination of plant order according to merit also called the to be operated queue 25 For nuclear hydropower and other renewable power plants fuel and variable operating costs were taken from the literature 6 and considered to be the same in 2006 2008 Other renewable includes municipal solid waste other biomass geothermal solar thermal photovoltaic and wind energy see note Table 4 Finally hourly fuel costs in combination with capacity values were used to estimate 26 300 hourly linear supply curves for each of the four jurisdictions j Cis 7 Ont Ba X554 4 In eq 4 Cy is the estimated marginal supply cost in US MWh and X5 is the quantity produced in MWh A simple linear regression is used to calculate the value of parameters and 5 Once again h and j represent the hour and the jurisdiction Finally the supply function is also illustrated 1n Figure 2 Table 4 Electricity generation capacity by fuel type in MW in 2006 2007 and 2008 26 28 New England 1 New York New Brunswick Ontario 2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 08 2006 2007 08 on 9 818 9 748 Petroleum 75 66 Steam turbine
246. m Fuel Combustion 2009 ed OECD International Energy Agency Paris France IESO 2010 Market Summaries Ontario Independent Electricity System Operator Market summaries www transenergie com oasis hqt en schemas htmIx IRC ISOs RTOSs 2009 North American Grid Operators Release Report on Market Efficiencies p 35 168 ISO New England 2009 2007 New England Marginal Emission Rate Analysis ISO New England New England US p 30 ISO New England 2010 Historical Data Hourly Zonal Information Hourly Zonal Information WW iso ne com markets hstdata znl info hourly index html ISO 2006 ISO 14064 1 2006 Greenhouse gases Part 1 Specification with guidance at the organization level for quantification and reporting of greenhouse gas emissions and removals p 30 Matthews H S Hendrickson C T Weber C L 2008 The Importance of Carbon Footprint Estimation Boundaries Environmental Science amp Technology 42 5839 5842 NEB 2009a Electricity Exports and Imports Monthly Statistics for December 2006 National Energy Board Calgary AB p 30 NEB 2009b Electricity Exports and Imports Monthly Statistics for December 2007 National Energy Board Calgary AB p 30 NEB 2009c Electricity Exports and Imports Monthly Statistics for December 2008 National Energy Board Calgary AB p 30 NYISO 2008 Fuel Diversity in the New York Electricity Market NYISO New York US p 40 NYISO 2010 Market D
247. mended Hence it 1s expected that the economic impact of the affected centralized energy systems should be higher than those presented From an environmental point of view the recycling processes during the end of life stage were not integrated in the assessed systems boundaries Their integration could decrease the environmental impacts for the small scale renewable systems In addition the electricity transportation network between the centralized energy systems and the final user were not taken into account Therefore actual environmental impacts for the affected centralized energy systems are expected to be higher 6 Conclusions It can be stated that distributed generation can have the potential to improve the life cycle performance of electricity production in a Northeastern American context However this will depend on both the geographical locations of the small scale renewable technologies and on the affected centralized electricity production First it has been shown that the life cycle system performances are very sensitive to climatic conditions 1 e geographic location micro wind 30 kW was selected for above average condition while 3 kWp poly crystalline was selected for below average condition Second production potential using distributed generation does not show a potential benefit in comparison to the centralized Quebec grid mix 1 e average scenario 127 However and this 1s the third main result the assessed techn
248. n Italy 15 19 May 2p Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2011 Time dependent identification of marginal technologies in consequential LCA the case of Quebec s hydropower in Northeastern American market SAM 5 Conference Metz France 11 12 May Ip Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault Pascal Lesage and R jean Samson 2011 How to Quantify Electricity Trades Implications on GHG Emissions The Case of Quebec s Hydropower in the Open Northeastern American Market Conf rence Conf rence Conf rence Conf rence Conf rence th Australian Life Cycle Assessment Conference Melbourne Australia 9 10 Marsh Ip Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2010 Technico Economic Analysis and LCA of Distributed Generation A Case Study of Small Wind Turbines and Photovoltaic Panels in a Northeastern American Context LCA X Conference Portland US 2 November Ip Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2010 GHG emissions quantification resulting from hydropower based electricity trade and market analysis The case of Quebec 2006 2208 29th USAEE IAEE North American Conference Calgary Canada 14 October 13p Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau et R jean Samson 2010 Y a t il place la production distribu e au Qu bec Evaluatio
249. n Transmission and Distribution 2006 Minister of Industry Ottawa ON Technical Report 57 202 X 2008 http dsp psd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 XIB 57 202 XIB e html Consulted on March 2010 28 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2007 Minister of Industry Ottawa ON Technical Report 57 202 X 2009 http dsp psd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 XIB 57 202 XIB e html Consulted on March 2010 29 EIA Utility Non Utility and Combined Heat amp Power Plant Database Form EIA 906 EIA 920 and EIA 923 Databases pp 2010 Available www ela doe gov cneaf electricity page e1a906 920 html Consulted on April 2010 30 EIA Coal News and Markets Archive Coal News and Markets pp 2010 Available www eia doe gov cneaf coal page coalnews cnmarchive html Consulted on February 2010 31 EIA Natural Gas Futures Prices NYMEX Dollars per Million BTU Natural Gas Futures Price pp 2010 Available http tonto eia doe gov dnav ng ng pri fut si d htm Consulted on February 2010 32 EIA Weekly Cushing OK WTI Spot Price FOB Dollars per Barrel Petroleum Navigator pp 2010 Available http tonto eia doe gov dnav pet hist rwtc W htm Consulted on February 2010 33 IESO Market Summaries Ontario Independent Electricity System Operator Market summaries pp 2010 Available www theimo com imoweb marketdata marketSummary asp Consulte
250. n technico conomique et ACV du solaire Photovoltaique et oliennes de faible puissance 78 me Congr s de l ACFAS Montr al Canada 10 14 mai 1 p Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau et R jean Samson 2010 Y a t il place la production distribu e au Qu bec Colloque 213 Quelle place pour le Qu bec dans le secteur des nergies renouvelables Montr al Canada 10 14 Mai 1 p Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau and R jean samson 2010 LCA and technico economic analysis of distributed generation Small Wind Turbines and photovoltaic versus a central grid in a Northeastern American context 4th Canadian Forum on the Life Cycle Management of Products and Services Montr al Canada 4 5 May p 2010 2010 2010 2010 2010 Affiche Affiche Affiche Affiche Affiche Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson 2011 How to Quantify Electricity Trades Implications on GHG Emissions The Case of Quebec s Hydropower in the Open Northeastern American Market LCA XI Conference Chicago US 3 6 October Ip Mourad Ben Amor Pascal Lesage Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault et R jean Samson 2011 Technico Economic Analysis and LCA of Distributed Generation A Case Study of Small Wind Turbines and Photovoltaic Panels in a Northeastern American Context 7th Australian Life Cycle Assessment Conference Melbourne Australia 9 10
251. natives including their installation types Table 1 Overview of the selected small scale renewable technologies solar photovoltaic and wind Power Lifetime Technology Type of installation T seis Reference Mono crystalline mc Mounted Slanted roof 3 kWp 30 17 Poly crystalline pc Mounted Slanted roof 3 kWp 30 17 Micro wind Guyed pipe tower 10 m kW 20 18 19 Lattice tower 30 m 10 kW 20 18 19 Non guyed tubular tower 22 m 30 kW 20 20 Slanted roof mounting systems were selected because of the frequency of their installation 17 Towers heights 10 22 and 30 m were chosen based on the power rate of the micro wind turbines 16 Essential components for the connection and the transmission of the produced energy such as inverter DC AC and electric cables were also considered The energy output of the micro wind and photovoltaic systems was estimated via a data set of measured wind speeds and horizontal solar radiations Table 2 These overall mean values were obtained using the long term site averages for the province of Quebec 21 Technical specifications of the selected small scale systems were used to compute the final energy yield Table 3 presents the annual energy output The produced energy considers the performance of the inverter including all the necessarily connections and efficiencies 93 5 17 and the height of different wind towers 1 e 10 22 and 30 m Table 3 shows that below average conditions
252. ncing market Therefore no central organized wholesale electricity market exists and spot prices are not available for this region In order to avoid confusion due to possible extensive use of the word marginal the latter will be only used in this paper for electricity production technology 143 operated last and mostly for peak loads The fuel market price over the 2006 2008 period 1 e US per short tonne of coal thousand cubic feet of natural gas and barrel of oil were obtained from the U S Energy Information Administration EIA databases EIA 2010a c f As the Central Appalachian region is the dominant coal production area for the Northeastern region EIA 2010b FERC 2009 its coal market price is selected as our reference coal price The crude oil market price is used for simplicity as a proxy Figure 1 shows over the 2006 2008 period the market price for each fuel To allow an easier comparison all prices have been converted in US per MMBtu based on representative values for the heat content of each energy source Tester et al 2005 30 Oil 25 Natural gas Coal US per MMBtu 1 2006 LL 8761 2007 17521 2008 26281 Figure 1 Fuel market price US MMBtu over the 2006 2008 period per hour Once the fuel market price is known plant s efficiency 1s necessary to accurately reflect the fuel cost Coal natural gas and oil power plant thermal efficiencies 1 e heat rate in Bt
253. ne is natural gas the two groups were merged accordingly 2 2 3 Estimating the hourly electricity market price at equilibrium Using the demand function eq 1 and the supply function eq 4 it is possible to express the demand X 1 and the electricity market price p jn as a function of the parameters a n bin Gin and Lin for every hour Knowing that at equilibrium C p jh see Figure 2 equation 1 and 4 give XP Gin bs 05 y T bn Bad 5 Pin aj X ja bi 6 In order to assess the adequacy of the proposed partial equilibrium model the obtained hourly electricity market price P jh in the absence of carbon taxes should be close to the compiled hourly electricity market price provided by the independent electricity system operator ISO New England 18 NY ISO 19 and Ontario IESO 20 Table 5 which compares both data sets for each jurisdiction shows the adequacy of the proposed partial equilibrium model Indeed the assessed parameters demonstrate that estimated values using the proposed partial equilibrium model are representative of those from the independent electricity system operator The proposed model can therefore be used to estimate the new values of hourly electricity market price P jh for different carbon tax levels However GHG emissions rates by fuel source in each adjacent 215 market to the province of Quebec must also be known Table 6 presents the values that were used Table 5 2
254. nefits are directly valued within existing electricity markets others are related to environmental externalities Combining in a detailed and integrated model both the market and environmental value of RES is the contribution to the literature of this paper Indeed Borenstein 7 evaluated the economics of generating a significant portion of electricity from photovoltaic systems without including the environmental benefits The results of this study demonstrated that even with a 1 real interest rate and 5 annual increase in the real cost of electricity the cost of solar PV is 80 greater than the value of the electricity it will produce These findings were 206 recently confirmed by Amor et al 8 who showed that small scale photovoltaic systems do not offer economic benefits as compared to micro wind turbine systems in the Northeastern American market From an another perspective Kemmoku et al 9 reported that the economic viability of photovoltaic panels depends on a carbon tax Finally Delucchi and Jacobson 5 stated that when considering the value of air pollution and climate change damage costs i e externalities renewable options are projected to cost less than conventional fossil fuel generation In addition to not consistently taking these benefits into account in an integrated approach the studies contain several methodological weaknesses First the economic consequences of RES were based on isolated markets when in fac
255. ner un ordre de grandeur des impacts environnementaux sans introduire un biais dans la conclusion du troisi me article L utiisaton de donn es moyennes a montr l absence de r ductions des impacts environnementaux en cons quence de l application de la production distribu e Une seule exception pourrait tre retenue pour l olienne de 30 kW D un autre c t les r sultats obtenus en utilisant l approche propos e montraient des r ductions des impacts environnementaux pour toutes les cat gories analys es l exception de l olienne de 1 kW pour la cat gorie qualit des cosyst mes Ceci met en relief le biais qui pourrait tre introduit par la simplification irr aliste de la dynamique de la production lectrique 6 2 3 1 Avec l int gration de la taxe sur le carbone L valuation de la concordance entre la production d nergies renouvelables et les unit s marginales de production lectrique centralis e a t poursuivie avec l int gration de la taxe sur le carbone En fonction du niveau de la taxe les unit s marginales varient en raison du changement du prix horaire du march de l lectricit L identification des technologies marginales a t r alis e pour toutes les heures durant la p riode entre 2006 2008 et en fonction du niveau de la taxe c d 30 et 90 US par tonne de CO2 Avec l introduction d une taxe de 30 US par tonne de CO les r sultats ont montr que la production lectrique pa
256. net result to 27 9 Mt of avoided GHG emissions 35 percent over the 2006 2008 period Such analysis has yet to be included in GHG inventories across the world but some jurisdictions such as Massachusetts have already taken some steps in this direction Electricity trade will also be significantly affected as the cost of different production technologies will evolve according to their GHG emissions This paper emphasizes even more the importance of harmonizing and integrating further electricity markets to avoid the proliferation of different regulatory practices that would inevitably decrease such trade opportunities 157 Finally in a world with incomplete and uncertain information a considerable divergence and absence in published data in the assessed market were found e g unknown hours when thermal generation in Quebec is online different values of fuel market price as a proxy for oil electricity generation etc Since there 1s no absolute correct answer in such context the implications of this divergence on the net GHG emissions results 1s a research area to explore Acknowledgements The authors would like to acknowledge the collaboration of Ontario s IESO in providing data and the preliminary work of Charles M thot in analyzing data The financial support of the industrial partners of the International Chair in Life Cycle Assessment a research unit of the CIRAIG is also gratefully acknowledged We are also grateful to
257. nexe 5 T XVII 5 4 1 D veloppement du mod le d quilibre partiel pour la simulation de l influence de la taxe sur le carbone lors de l identification des technologies marginales Article 4 TT 5 4 2 Application du mod le quilibre partiel et valuation des impacts environnementaux et conomiques de la production distribu e en cons quence de l int gration de la taxe sur le carbone Annexe 5 80 CHAPITRE 6 DISCUSSION DES R SULTATS eterne tenente entente 84 6 1 Evaluation de la performance des syst mes de production distribu e 84 6 1 1 Place de la production distribu e dans un contexte nord est am ricain 84 6 1 2 Effet de l int gration de la taxe carbone sur la performance de la production A SE A LOS LE Sa ZE 85 0 2 JXspectsmetlodOlo9tQueS Es en Re tin a a Tea TAT 86 6 2 1 Identification des technologies marginales pour le court terme en tenant compte de la dynamique de la production lectrique ss 86 6 2 2 Validation de l identification des technologies marginales 86 6 2 3 Forces et limites des approches conventionnelles pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la POE ON UOT INS TOURS Sn ae a N D Daci on M E lo 87 CHAPITRE 7 CONCLUSIONS 21 2 3 829 82 200 2 22 01 dI td eda E odi v EE tiu dede td 92 7 1
258. ng For the New Brunswick market as long as the New England spot price at the New Brunswick Interconnection can be used as a proxy for the Quebec interconnections the validation for the Ontario New England and New York also suggests the adequacies of the values presented in Table 4 References Amor M B Lesage P Pineau P O Samson R 2010 Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 2885 2895 Bare J Norris G Pennington D McKone T 2003 TRACI Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and Other Environmental Impact Journal of Industrial Ecology 6 49 78 Billette de Villemeur E Pineau P O 2010 Environmentally damaging electricity trade Energy Policy 38 1548 1558 Champlain Hudson Power Express 2010 Champlain Hudson Power Express project Champlain Hudson Power Express project http www chpexpress com index php 166 Commonwealth of Massachusetts 2008 Global Warming Solutions Act Senate No 534 Boston Commonwealth of Massachusetts http www mass gov dep air climate gwsa_docs htm implement Commonwealth of Massachusetts 2009 Statewide Greenhouse Gas Emissions Level 1990 Baseline and 2020 Business As Usual Projection Regulatory Authority MGL Boston Commonwealth of Massachusetts p 15 Dones
259. ns Nuclear and hydro plants are always in operation while coal and natural gas power plants utilization varies from zero right hand side of the Figure to full capacity almost 5 000 MW and 4 000 MW respectively left hand side of the Figure 159 45000 E Natural gas 40000 O Coal E Hydropower 35000 iil Nuclear 30000 t o 25000 2 a c 20000 g o a 15000 O NN AN AW aN AN AW GUN AN AN AN ON AN AN GUN ON ON AN GUN NN AN ON ON NN AN AN SO dde dede dde dede MAMMA AMMA MOH SPH Sr GS S S SS P ep S F G PS P SS Figure 3 Load duration curve for Ontario over the 2006 2008 period per hour Base and peak load power plants Second in order to identify the marginal technology the Ontarian hourly electricity production by power plant for the years 2006 to 2008 is displayed in Figure 4 The marginal technology is identified by the curve thickness and amplitude The curve thickness is proportional to the hourly variation intensity of the electricity production the ability to meet demand fluctuations and the graph amplitude 1s proportional to the power plant operation flexibility level As wind output variation is not caused by demand and electricity market price fluctuations but rather by the variability of the energy source Gagnon et al 2002 it is not presented and was ignored as a marginal technology In Figure 4 the hydropower plant shows an important hourly variation of its electricity production followe
260. ns une revue professionnelle Plus d une dizaine de communications scientifiques ont t pr sent es dans le cadre de divers colloques et conf rences sous forme de pr sentations orales 10 et d affiches 5 Les d tails sur l ensemble des articles et communications sont pr sent s dans le tableau suivant Tableau A P 1 Compte rendu des articles et des communications Article soumis Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and 2011 dans une revue R jean Samson 2011 Assessing the economic value of renewable avec comit de distributed generation in the Northeastern American market Soumis r vision Renewable and sustainable energy reviews Article soumis Mourad Ben Amor Caroline Gaudreault Pierre Olivier Pineau and dans une revue R jean Samson 2011 mplications of modeling temporal aspects of avec comit de electricity supply LCA of renewable distributed generation in the r vision Northeastern American Market Soumis Environmental Science amp Technology Article publi Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and dans une revue R jean Samson 2011 Electricity trade and GHG emissions avec comit de Assessment of Quebec s hydropower in the Northeastern American r vision market 2006 2008 Energy Policy vol 39 3 1711 1721 Article publi Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault et dans une revue R jean Samson 2011
261. nsists in computing the relative change in the use of each technology to identify which technology is the most responsive on an hourly basis A responsive technology varies its electricity production more than other technologies and this 1s what this analysis points out It allows validating 1f some power plants such as coal can be marginal units if their use can quickly change according to fluctuating demand or price then they can indeed be considered marginal units For each type of technology the electricity production difference between a given hour t and the preceding one t 1 1s divided by the electricity production at t 1 The technology showing the highest absolute value for such a calculation 1s defined as the marginal one Once the normalization has been calculated the frequency is then determined Once again the hourly output by technology provided by the Ontario IESO was used more specifically the second data set of the period between September 11th and December 31st 2008 163 As wind output variation is not caused by demand or price fluctuations but only by wind variability it can be ignored as a marginal technology Referring to Table 12 coal with the highest percentage among the presented dispatchable technologies is the most adaptable one These results also confirm the finding made by Zareipour et al 2007 that coal fired generators are the most frequent Ontario market price setters while expensive gas fire
262. nt par l entreprise donn e primaire ou par les prix du march donn es secondaires En plus des couts relatifs aux processus physiques d autres couts qui ne sont pas consid r s en ACV doivent tre consid r s comme les couts li s la main d uvre l installation etc Le second type de couts est repr sent par les couts externes Pour r sumer les couts externes consistent exprimer les impacts environnementaux en termes financiers afin de pouvoir les combiner directement aux couts internes du cycle de vie Pour ce faire 1l convient d estimer un cout pour chaque type impact environnemental 36 Les couts internes et externes sont variables selon le type d ACC Pour l ACC Conventionnelle l valuation des flux mon taires repose sur les couts associ s aux cycles de vie du produit qui sont uniquement couverts par le producteur ou par l utilisateur consommateur Ainsi l valuation se concentre sur les couts internes r els ce qui peut impliquer que les couts reli s la gestion en fin de vie ne soient pas syst matiquement inclus m me si les couts externes qui sont directement tangibles sont consid r s couts reli s la gestion de risques etc Ceci a pour cons quence que l utilisation des r sultats d une ACC conventionnelle peut tre difficile appliquer avec ceux d une ACV Pour l ACC Environnementale l valuation des flux mon taires prend en consid ration en plus des couts internes couverts par
263. ntally relevant physical flows to and from a life cycle and its subsystems 3 whereas CLCA seeks to describe how environmentally relevant physical flows will change as a consequence of the analyzed decisions 4 The distinction between ALCA and CLCA was developed in the process of resolving methodological debates including the choice of data 5 Average data used for ALCA represent the average environmental burdens for producing a unit of good or service in the system 5 while marginal data used for CLCA represent the effects of a small change in the output of goods or services in the environmental burdens of the system 4 The differences between average data and marginal data are illustrated 1n the next section through the example of electricity supply data 1 1 Electricity supply data in LCA Electricity supply data 1s frequently cited as significant hot spot in LCA results 6 7 LCAs are typically performed using attributional approaches and hence electricity production has been modeled using electricity supply average data also called grid mix data These data represent all power plants producing electricity at a given period of time and a geographic delimitation such as a country or a region 7 The major assumption behind modeling electricity supply average data is that any increase or decrease in electricity demand results 1n an increase or decrease in supply from all power plants supplying a given geographic delimitation propor
264. ntification des technologies marginales d velopp dans le deuxi me article est la pierre angulaire des r sultats de l valuation des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e pr sent s dans le troisi me article et dans l annexe 5 Il en est de m me pour les r sultats du deuxi me article portant sur l valuation 87 des impacts environnementaux et en particulier ceux des GES reli aux cons quences de l importation et de l exportation de la province de Qu bec C est en tenant compte de la dynamique de la production lectrique lors de l identification des technologies marginales qu il a t possible de raffiner l valuation des impacts environnementaux Cependant avant d utiliser les fr quences d termin es des technologies marginales il est important de s assurer de leurs validit s Ceci ne peut tre atteint sans une tape de validation En effet comme 1l a t pr sent dans le deuxi me article voir annexe 2 Appendix A les fr quences des technologies marginales pour la province de l Ontario ont t triangul es avec des donn es r elles de production lectrique par type de centrale Ces donn es ont t obtenues partir de l op rateur du r seau de la province IESO Trois approches ont t suivies lors de l tape de validation soit a graphique b par analyse de corr lation avec la production horaire totale de l Ontario et avec le prix du mar
265. ntries Ecoinvent D bendorf CH Rapport technique ecoinvent report No 5 2007 www ecoinvent ch Consult le 10 mars 2010 US EPA Clean Energy eGRID model 2010 Version 1 0 US EPA Clean Energy EGRID pp 2011 Disponible http www epa gov cleanenergy energy resources egrid index html Consult le 12 f vrier 2011 IESO Historical Data Ontario Independent Electricity System Operator pp 2011 Disponible http www ieso ca imoweb marketData marketData asp Consult le 10 avril 2011 NYISO Market amp Operational Data Load Data Real Time pp 2011 Disponible www nyiso com public markets_operations market_data load_data index jsp Consult le le 10 mars 2011 New Brunswick System c amp Assessments Historical System Information 2011 Disponible http www nbso EN oe EE id List aspx Consult le le 10 mars 2011 M G Lijesen The real time price elasticity of electricity Energy Economics vol 29 no 2 pp 249 258 2007 Reports 111 112 113 114 106 EIA State Electricity Profiles 2009 U S Department of Energy Washington DC Rapport technique 2011 http www mass gov dep air climate gwsa_docs htm implement Consult le 11 juin 2011 M Pehnt M Oeser et D J Swider Consequential environmental system analysis of expected offshore wind electricity production in Germany Energy vol 33 no 5 pp 747 759 2008 M Lenzen et J Munksgaard En
266. odeling approaches on decision making Indeed using an average supply mix and its abated environmental impacts showed that DG using renewable energy does not appear to be a sound energy policy in contrast to using static marginal technologies In this second case the obtained results were 172 above and 219 below the proposed approach estimate In cases where it is important to accurately estimate the environmental impacts associated with electricity use using the proposed methodology could be considered as a prerequisite In other cases one must keep in mind that expecting an LCA analyst to estimate environmental impact abatements at a high level of detail can be arduous Therefore knowing the implications associated with electricity supply modeling choices it is highly recommended that practitioners exercise caution and sensitivity analyses using different electricity supply scenarios to take into account the complexity of electricity systems 186 a Ontario New Brunswick New England New York b Ontario New Brunswick New England New York E E a E ca ec E a e pp g 1 c mo c c eh 22 amp z 2 2 amp 22E 4 0E 0f 1 5E 01 2 0E 07 1 0E 01 O0E 00 S 0E 02 4 2 0E 07 O DE U k imi 4 0 07 t m 5 EL a 3 5 OE 02 i H T amp UE 07 L3 HI 1 0E 01 amp 0E 07 aA m min 8 E E 1 0E 06 L5E 01 H B m 1 2E 06 2 0E 01 Quebec Average Consumption mi
267. oduction du convertisseur en plus de la production du panneau PV de la monture d installation et des composantes de raccordement sont les tapes les plus dommageables pour toutes les cat gories de dommages
268. oductions d une mani re proportionnelle et gale leurs contributions l approvisionnement total en lectricit Cette approche de mod lisation a aussi t critiqu e 44 48 Par exemple dans le cas d une diminution de production lectrique en cons quence de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables 1l est plus probable qu une centrale lectrique diminue sa production C est pourquoi certains auteurs sugg rent le recours aux donn es marginales de la production lectrique 7 23 44 48 D un autre c t la mod lisation de donn es marginales a souvent t consid r e comme une tape tr s complexe 44 64 Cette difficult explique le recours des tudes valuant les impacts reli s aux cons quences d un changement commun ment utiliser un sc nario id al de technologie marginale soit une centrale au charbon ou au gaz naturel 7 22 23 En r ponse ces hypoth ses une proc dure cinq tapes 5 step procedure a t d velopp e par Weidema 48 visant identifier les technologies marginales La proc dure consiste suivre les tapes suivantes 1 Identifier l tendue et l horizon temps du changement tudi court ou long terme 2 D limiter le march pris en compte dans l tude 3 Identifier la tendance de ce march 4 Identifier les contraintes de production c d contraintes techniques politiques conomiques etc 5 Identifier les technologie
269. ologies and more precisely micro wind 30 kW show potential benefits as long as oil and coal centralized technologies are affected i e short and long term marginal scenarios respectively Photovoltaic systems could also become competitive if their acquisition cost decreases These results are the key to assess the extent to which distributed generation can reduce the use of the centralized electricity production The present study does not provide hourly or seasonal energy production Changes in time for the renewable energy production are fundamental and ignoring these could reduce the relevance of the study results This is also the case for the affected centralized power systems as they can change at least twice a day Future work will include an in depth analysis of the actual displaced electricity production considering its dynamic patterns Acknowledgement The authors would like to acknowledge the financial support of the industrial partners of the International Chair in Life Cycle Assessment a research unit of the CIRAIG Appendix A 128 Table 9 Geographical dependence of the life cycle environmental impacts IMPACT 2002 midpoint categories B Avg below average Avg average condition A Avg above average Impact category Unit Micro wind 30 kW B Avg Avg A Avg Micro wind 10 kW B Avg Avg A Avg Micro wind 1 kW B Avg Avg A Avg kg CoH3CI eq Carcinogens Non carcinogens Re
270. ology From a short term perspective the consequences of an increased electricity demand are likely to concern a mixture of technologies producing peak load and base load electricity 4 173 11 Power plants that turn on to provide power on the margin use different fuels changing as a function of the electricity demand 10 11 Despite frequent focus on the short term perspective 8 LCA studies taking into account the time varying nature when modeling short term marginal data for electricity supply are surprisingly missing from the literature The few identified papers integrating such temporal aspects faced different limitations such as approximating the dispatch order of power plants 17 or not accounting for the hourly energy flows between electricity markets 18 In a context of increased deregulation information regarding which power plant 1s considered marginal is strategic and therefore often not publicly available Hence a procedure for integrating the short term time variations of marginal technologies is important Such a procedure could be relevant in refining the estimates when environmental impact abatements are assessed as it 1s the case with the increased implementation of renewable portfolio standards 10 including renewable distributed generation 1 2 LCA of electricity supply using distributed generation Distributed generation DG using renewable energy systems RES is often proposed as a sustainable solution
271. on is unavoidable in the short term and its emissions should therefore not be assigned 29 216 Note Emissions rate estimates do not cover all life cycle stages 1 e resources extraction including installation to infrastructure decommissioning since carbon taxes do not yet consider these emissions For every carbon tax value new values are obtained for parameters o and along with new values for the hourly electricity market price P j Indeed referring to Figure 3 for a given carbon tax a new supply function is estimated C um see linear regression with carbon taxes in Figure 3 and new values are obtained for parameters o and 5 At the new equilibrium point P P E PA Sp the new value of the hourly electricity market price P jh 1S estimated using equations 5 and 6 with parameters a n bj n and fj Once P E jh 1s determined the economic benefits of RES can be estimated from the difference between their life cycle cost see Table 3 and the new hourly electricity market price P jh The constructed dispatch curves are essentially short run marginal cost curves reflecting the fuel costs variable operating costs and carbon dioxide generation emissions costs in each jurisdiction adjacent to Quebec It is important to note that in this partial equilibrium analysis the impacts of carbon taxes on the fuel market prices i e US per short tonne of coal thousand cubic feet of natural gas and barrel of oil
272. onn es marginales pour le court terme a galement t appliqu e En Vil r sum les r sultats montrent que l olienne de petite puissance de 30 kW et les panneaux solaires polycristallins de 3kWp repr sentent respectivement les s quences technologiques ayant le meilleur profil conomique et environnemental pour les conditions de vent et d ensoleillement au dessus et au dessous de la moyenne de la province de Qu bec De plus uniquement l olienne de petite puissance de 30 kW pr sente des avantages de r duction court terme des impacts environnementaux et conomiques seulement si l nergie renouvelable vient substituer de l nergie lectrique obtenue de centrales thermiques au mazout Les r sultats de l application des approches conventionnelles pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e ne tiennent pas compte de la concordance entre la production d nergies renouvelables et les unit s de production marginales ce qui est appel 1c1 la dynamique de la production lectrique Le troisi me objectif du projet de recherche consiste d velopper une m thode dans le but d int grer la dynamique de la production lectrique pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Les nouveaux r sultats en comparaison avec ceux obtenus en utilisan
273. onnementaux soit une approche ax e sur les dommages environnementaux soit une approche combin e Les dommages environnementaux se distinguent des probl mes environnementaux par la r duction du nombre de cat gories lors de la phase d interpr tation Par exemple tel qu illustr la Figure 2 3 la m thode IMPACT 2002 propose une approche combin e probl mes dommages comprenant 14 cat gories de probl mes et 4 cat gories de dommages 50 Encore une fois le choix de la m thode d pend des objectifs et des cat gories d impacts tudier 36 Cat gories de Cat gories de probl mes dommages e Toxicit humaine e Effets respiratoires e gt Sant humaine Radiation ionisante e Destruction de la couche d ozone Formation de photo oxydants Acidification R sultats d inventaire Eutrophisation DES utrophisatior __ y Qualit des aquatique 74 ecosystemes Acid eutrophisation a if terrestre cotoxicit terrestre A T Ecotoxicit aquatique Occupation des sol Changement Changement emt cimalique climatique nergie non e ins al renouvelable gt Ressources a m Extraction de minerais e Figure 2 3 Sch ma g n ral du cadre d IMPACT 2002 adapt de Jolliet et al 50 L ACVI constitue un processus quantitatif et qualitatif qui permet d identifier de caract riser puis d valuer les impacts potentiels Selon la no
274. onnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 3 et 4 Les tapes m thodologiques d crites dans cette sous section sont propos es en r ponse au r sultat de la revue critique de la litt rature et plus sp cifiquement l absence de l int gration de la dynamique de la production lectrique lors de l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Les r sultats obtenus vont servir comme nouveaux l ments de r ponse la question Y a t il place la production distribu e d nergies renouvelables dans un contexte nord est am ricain De plus une telle int gration est importante pour valuer les bons fondements des approches 51 conventionnelles de simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes En effet les r sultats obtenus en comparaison avec ceux obtenus en utilisant les approches conventionnelles voir sous section ci dessus vont aider valuer le degr de divergence entre les r sultats en fonction de la m thode et sa r percussion sur les conclusions de l tude 4 1 4 1 D veloppement du mod le d identification de la technologie marginale en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 La caract ristique principale de ce mod le
275. ons plus importantes 34 2 1 2 3 Les onduleurs Les onduleurs ou convertisseurs servent transformer la tension continue fournie par les panneaux solaires et les oliennes de petites puissances en courant alternatif compatible avec le r seau Ainsi il est possible d injecter l nergie produite par ces syst mes dans le r seau d approvisionnement lectrique Il existe deux types de convertisseurs e es convertisseurs DC DC continu continu servent pour convertir les tensions des batteries en tension DC diff rente pour alimenter un appareil sp cial chargeur de portable radio ordinateur portable etc et e Les onduleurs DC AC continu alternatif servent pour convertir la tension continue fournie par les syst mes de production d nergies renouvelables en tension alternative seulement le deuxi me type de convertisseurs s applique dans le cas de la production distribu e Il est souligner que les oliennes dont la puissance d passe 30 kW utilisent couramment des g n ratrices asynchrones qui produisent un courant alternatif compatible avec le r seau et qui peuvent tre raccord es directement ce dernier sans onduleur bien que d autres quipements de conditionnement d nergie lectrique tels que des transformateurs puissent tre n cessaires De telles oliennes doivent g n ralement tre raccord es au r seau pour pouvoir fonctionner puisque la g n ratrice en utilise le courant pour l excita
276. onventional centralized energy production system remain to be improved 15 There are two general approaches the average approach typically used in attributional LCA and the marginal approach used in consequential LCA 15 Sections 4 and 4 2 describe the average and the marginal approaches respectively while Section 4 3 presents the sensitivity analysis and the comparative results All the results are discussed in Section 5 2 118 4 1 Average approach The average approach is based on the assumption that an increase in electricity supply from an alternative source on the grid will result in a drop in production from the centralized plants proportionally to their time averaged contribution to the grid The average approach could entail the use of the national or regional average data for the electricity production 14 As the considered small scale renewable technologies are in the Quebec province Canada a first option is to consider the Quebec centralized energy mix Table 6 presents the power plants of the Quebec grid mix 37 The average production cost 1s 0 049USD kWhP 38 This cost does not include the end of life cost Since taking end of life costs into account would increase the final cost the presented cost 1s considered coherent with the conservative approach The national average could also consider the Canadian or the North American grid mixes instead However with a small net electricity importer or a net electricity exp
277. op ration des syst mes de production lectrique Par cons quent l impact de cette taxe sur le cout initial des technologies de production d nergie renouvelable le cout de transport et d installation des quipements n ont pas t pris en compte dans le cadre de ce projet de recherche Il est possible que la consid ration de la taxe sur le carbone lors des diff rentes tapes du cycle de vie puisse influencer l estimation du prix horaire de l lectricit l quilibre et donc modifier les estim s pr sent s sur les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Il est serait int ressant d valuer la sensibilit des conclusions d pendamment des phases du cycle de vie consid r es 92 CHAPITRE 7 CONCLUSIONS 7 1 Conclusions La production distribu e d nergies renouvelables peut jouer un r le important dans l atteinte des objectifs de diff rents programmes nerg tiques tels qu assurer un approvisionnement r pondant une consommation croissante en nergie et la r duction des missions de gaz effet de serre Jusqu pr sent plusieurs cat gories d impact de la production distribu e d nergies renouvelables partir de l olien et du solaire Photovoltaique avaient t tudi es les impacts sur les changements climatiques les impacts conomiques les impacts sur l utilisation des terres etc Cependant les tudes valuant ces diff rents
278. orit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec le Nouveau Brunswick la Nouvelle Angleterre New York et l Ontario d Comparaison du prix du march de l lectricit P Eu avec le cout du combustible et identification sur une base horaire de la technologie marginale Les technologies marginales varient en fonction du prix horaire du march de l lectricit P 2 variable en fonction de la taxe carbone titre de rappel pour d terminer la technologie marginale une heure donn e il suffit de comparer le nouveau prix horaire du march de l lectricit P jh avec le cout du combustible par technologie voir section 4 1 4 1 c Ainsi 63 l unit marginale tant d finie par la derni re unit laquelle on a recours pour r pondre la demande en lectricit et dont le prix de production est inf rieur ou gal au prix horaire du march de l lectricit P va changer en fonction de P ue En comparant pour chaque heure le prix horaire du marche de l lectricit P avec le cout du combustible par technologie 1l est possible de d terminer la technologie marginale pour chaque autorit consid r e Cette comparaison est donc r p t e en changeant le prix de la taxe sur le carbone 4 1 5 2 Application du mod le quilibre partiel et valuation des impacts environnementaux et conomiques de la production distribu e en cons quence de l int gration de la taxe sur
279. orter it is more accurate to consider the regional average approach 39 The province of Quebec is classified as a net electricity exporter 40 Table 6 Regional average data for the Quebec grid mix production and import 37 Electrical generation plants Yo Coal 0 7 Oil 0 3 Natural gas 0 5 Nuclear 32 Hydropower 95 1 Wind power 0 2 The comparative results are presented in Section 4 3 and discussed in Section 5 2 Appendix A presents the life cycle performance of the Quebec grid mix based on generic data from the ecoinvent database Note that the current electricity acquisition cost in Quebec is 0 05 CDN kWh i e 0 049 USD with 2009 currency ICAD 0 975 USD A conservative approach was considered since the marginal cost of electricity in Quebec is 0 097 USD 0 10 CDN kWh 119 4 2 Marginal approach The average approach is considered as ideal but less realistic 4 7 13 First the centralized energy systems productions are not static as they respond to a variable energy demand Second renewable energy production systems are intermittent and the exported energy to the grid varies in time Therefore a marginal approach is justified as it provides a better estimate of the actual consequences of using distributed generation 1 e increase in electricity supply from an alternative source 15 The affected technologies 1 e marginal are here defined as the centralized energy systems affected by the small changes d
280. ould render the 50 Technical Natural increase in natural gas and other fossil sources Political Market related capacity more difficult not considered in this study Technologies most Short term an l 42 45 46 sensitive to change Oil QC US and NB l Natural gas US Long term 40 48 Wind Power QC Hydropower QC Natural gas US Coal US 4 3 Benefit analysis and comparative results This sections highlights when distributed generation can improve the life cycle performance of electricity production in a Northeastern American context To do so the affected centralized energy systems were compared to the selected small scale renewable technologies Thus the centralized energy systems impacts were subtracted by those of the selected systems The lower limit was defined by the most suitable technologies for the below average conditions 1 e 3KWp poly crystalline while the upper limit was determined using the most appropriate technologies for the above average conditions i e micro wind 30kW It is noteworthy to mention that for average conditions the system s selection depends on the decision maker preferences However the presented range itself remains the same from one decision maker to another When negative values are shown no potential benefits are achieved while positive values indicate an improvement over the affected system Table 8 shows the benefit analysis results 123 Table 8 Sensitivity analys
281. our life cycle environmental impact abatements for the assessed RES e g 30 kW micro wind turbine can be determined by subtracting the life cycle emissions not emitted of the affected centralized marginal electricity production technology decreasing its electricity production from the life cycle emissions released by that given RES This is repeated for each hour over the entire 2006 2008 period Finally the overall life cycle environmental impact abatements of a given RES generation at a given Quebec adjacent market is calculated by summing up all the subtractions made corresponding to each hour of the 2006 2008 period This summation 1s repeated for each of the assessed RES and for each Quebec adjacent market The functional unit is 1 kWh of electricity produced in the province of Quebec including exchanges in the Northeastern American electricity market therefore summation results for each of the assessed RES is divided by the total amount of electricity generated by each RES during the 2006 2008 period Here also each RES electricity production is available in the supporting information section 2 178 Emission rates of the investigated RES and marginal electricity production technology in each Quebec adjacent market were estimated as follows Emission rate estimates of each investigated RES 1s based on the life cycle inventory previously modeled 20 and adapted using the hourly RES generation results to ensure the variability integr
282. out ce parcours C est pourquoi je tiens remercier Louise et R jean de m avoir accueilli au CIRAIG et surtout de m avoir accord leur confiance R jean un grand merci pour m avoir accord ta confiance en me permettant de t aider dans certains cours et d avoir t compr hensif avec moi tout au long de mon parcours Je n aurais pu demander pour un meilleur directeur de recherche Un grand merci particulier Pierre Olivier et Caroline Ce fut un honneur de travailler avec vous vos encouragements taient source d inspiration pour m orienter vers la bonne voie au cours de mes recherches Vos commentaires et critiques constructifs m ont pouss pers v rer aller de l avant et creuser toujours plus loin R jean Caroline et Pierre Olivier travailler avec vous m a permis de vivre des exp riences des plus constructives Vous m avez incit avoir un esprit scientifique plus mature Je vous suis ind finiment reconnaissant et redevable Je voudrais remercier Pascal et Gontran pour leurs appuis pour l amorgage du projet et les partenaires industriels du CIRAIG pour leur soutien financier Je remercie galement tous les membres du CIRAIG Il est rare de se trouver entour d un groupe de travail accueillant et chaleureux o r gne l esprit d quipe et o pr ne l ambiance familiale Un merci particulier Sandra pour ton aide et ton soutien technique Finalement j aimerais dire un grand merci ma m re et mon fr re
283. plique la d cision analys e relations conomiques Cette deuxi me d finition permet de prendre en compte dans le syst me de produit analys par l ACV C des processus l mentaires qui ne 17 feraient pas partie du cycle de vie du produit en tant que tel mais qui sont pourtant affect s par la d cision valu e La pr sentation de la deuxi me phase dans la sous section suivante soit l inventaire du cycle de vie ICV continue son tour de montrer la diff rence entre l ACV A et l ACV C 2 2 2 2 Inventaire du cycle de vie ICV Tout d abord l analyse de l ICV est la phase lors de laquelle l inventaire est compil Elle se r sume inventorier les donn es pertinentes d entr e et de sortie relatives au syst me tudi Donc la collecte des donn es est une tape primordiale pour atteindre les objectifs de l tude Les deux grandes diff rences entre les ACV A et les ACV C se situent au niveau 1 du choix du type de donn es d inventaire utiliser et 2 de la fa on de traiter les probl mes des processus l mentaires multifonctionnels et d imputation Le choix du type de donn es d inventaire lors de la mod lisation de l ACV est l une des principales raisons poussant la distinction entre l ACV A et l ACV C 45 Les donn es moyennes utilis es en ACV A repr sentent la moyenne des impacts environnementaux potentiels associ s un produit 45 comparativement aux donn es marginales utilis es en ACV C
284. pour la fili re olienne Cette adaptation tient galement compte de compte de la hauteur de la tour et de la puissance de production La dur e de vie des composantes de raccordement est estim e gale la dur e de vie des syst mes de production d nergies renouvelables qu elles raccordent 243 En ce qui concerne la fili re Photovoltaique la majorit des modules sont fabriqu s partir de cellules au silicium cristallin monocristallin ou polycristallin D une mani re g n rale le silicium est obtenu gr ce un processus de r duction de la silice en utilisant du carbone La silice quartz est extraite et purifi e avant la r duction Les lingots de silicium sont ensuite tranch s pour obtenir des rondelles wafer n cessaires pour la fabrication des cellules Photovoltaiques qui seront par la suite encapsul es en modules Plus de d tails quant aux tapes de fabrication de la cellule Photovoltaiques sont disponibles dans la litt rature 30 114 et aussi dans le rapport ecoinvent 33 Il est noter que la production des cellules Photovoltaiques est r alis e en Europe pour tre vendue dans le march nord am ricain Une distance de transport par bateau de 7 000 km a t estim e pour l tape de distribution comparativement aux onduleurs et aux quipements de raccordements qui sont produits dans le march nord am ricain et transport s sur une distance de 1500 km par camion Etape de distribution et d inst
285. pour les cat gories dommages sant humaine et qualit des cosyst mes la production de la nacelle des composantes de raccordement sont les seules composantes de l olienne les plus dommageables En ce qui concerne la production de la partie fixe le transport des mat riaux de la fondation et la production de l acier de la tour et de l armature pour la fondation sont les tapes les plus dommageables pour toutes les cat gories de dommages Finalement le transport de la partie fixe des tats Unis au Qu bec lors de l tape est l tape la plus dommageable pour toutes les cat gories de dommages Le tableau suivant pr cise les param tres environnementaux cl s des diff rentes tapes L analyse des r sultats pour la fili re Photovoltaique de l tape de production montre que la production du panneau PV de la monture d installation du convertisseur et des composantes de raccordement sont les principaux contributeurs des dommages potentiels D une mani re plus sp cifique pour les cat gories dommages changement climatique et ressources la production du panneau PV de la monture d installation du convertisseur et des composantes de raccordement sont les tapes les plus dommageables Par contre pour la cat gorie dommage qualit des cosyst mes la production des composantes de raccordement se rajoute avec les deux tapes cit es ci haut En ce qui concerne la cat gorie dommage sant humaine la pr
286. presented in Table 4 were derived to estimate the trade related GHG emissions The following sub sections present the main findings and clearly highlight the importance of electricity trade s impact on GHG emissions a Operation stage GHG emissions from Quebec imports and exports over the 2006 2008 period While Hydro Quebec reports that since 2001 and up to 2008 electricity sales meant more than 30 Mt of GHGs avoided on this continent as a result of our exports Hydro Quebec 2010b Table 5 shows that in only three years 2006 to 2008 Quebec exports avoided 28 3 Mt of GHG while Quebec imports were responsible for 7 7 Mt of GHG The net result of the trades 1s 20 6 Mt of avoided GHG emissions which corresponds to more than 8 of the Quebec yearly GHG emissions Environment Canada 2010 Table 5 also shows the trades caused an increase in emissions rather than a reduction in Ontario This is mostly due to coal imports during off peak hours Indeed referring to Table 3 Hydro Quebec imports from Ontario represent 1mportant quantities of energy that are provisionally stored in reservoirs for intertemporal arbitrage purposes Imports for Exports Table 5 Operation stage GHG emissions from imports and exports tonnes of CO eq Totals for 2006 2008 Import Export Net a Ontario 3 697 029 1 721 401 1 975 627 New York 2 218 493 9 032 737 6 814 243 New England 900 744 14 017 380 13 116 635 New Brunswick 888 394 3 567 35
287. r Hydro Quebec HQ a government owned utility sells 165 TWh of hydroelectricity at a regulated cost of Can 27 90 MWh to Quebec consumers 17 In comparison to RES electricity production costs Table 3 renewable RES is therefore not a particularly wise policy initiative from an economic perspective The total energy requirements exceed 165 TWh and power must be purchased from other producers at higher and non regulated prices Since Quebec and its adjacent jurisdictions New Brunswick New England New York and Ontario are well interconnected the latter actively 211 trade electricity Therefore the estimate of the economic value of RES generation 1s formulated within the context of electricity trade Indeed when the province of Quebec imports RES generation could partially replace the imported electricity and the province could avoid import costs On the other hand when Quebec exports RES generation is exported to adjacent markets generating benefits based on variable electricity market prices The 2006 2008 hourly electricity market prices are taken from ISO New England 18 NY ISO 19 and the Ontario IESO 20 There 1s no established spot market for New Brunswick and the New England spot price at the New Brunswick interconnection was used as a market price proxy Once again a discount rate of 6 1s used in coherence with RES life cycle cost estimates In this analysis RES economic values are defined as the difference between
288. r f rence des onduleurs europ ens Par cons quent ces derniers ont une tension de 230 V et une fr quence de 50 Hz Comparativement en Am rique du Nord o la tension est de l ordre de 110 V et la fr quence est gale 60 Hz Il est suppos que cette diff rence est n gligeable et n affecte pas l inventaire de l tape de production La dur e de vie est estim e 15 ans Le remplacement de l onduleur consid re la dur e de vie des syst mes de production d nergies renouvelables soit 20 ans pour la partie mobile des oliennes et 30 ans pour les panneaux solaires L inventaire pr sent ne comprend pas l emballage le transport et la fin de vie Ces derniers ont t int gr s pour la mod lisation Connaissant la vari t des configurations possibles des composantes de raccordement il tait plus r aliste de s lectionner une configuration possible Peu d informations d taill es a t obtenue des manufacturiers concernant les composantes de raccordement C est pourquoi il a t suppos que les mat riaux sont proportionnels la capacit lectrique install e 113 En effet la tension reste toujours la m me d un syst me de production un autre Par contre avec une augmentation de la puissance l intensit augmente ce qui augmente le diam tre des c bles et par cons quent la quantit de mat riaux n cessaires Les donn es disponibles correspondent un syst me Photovoltaique de 3kWp et ont t adapt es
289. r sultats des deux mod les Jusqu pr sent 1l n existe pas de cadre m thodologique standardis tel que pr sent pour l ACV 56 57 Selon la norme ISO 14040 12 m me si l ACV ne traite pas des aspects conomiques d un produit l approche du cycle de vie et la m thodologie correspondante peuvent s appliquer l aspect conomique Ainsi les flux mon taires doivent tre consid r s tant pour l tape de production que pour l tape d utilisation du produit et de la fin de vie R cemment un groupe de travail de la SETAC s est pench sur la question des diff rences m thodologiques entre l ACV et l ACC dans le but de faciliter la consid ration int gr e des deux aspects 57 Selon leur recommandation une ACC doit tre structur e selon quatre phases de la m me mani re que l ACV e Definition des objectifs et du champ de l tude c d tablir le cadre m thodologique auquel les phases subs quentes doivent se conformer e Inventaire c d cueillette des donn es pour la quantification des flux mon taires du syst me de produits e Evaluation des couts finaux et actualisation selon le type d ACC et e Interpretation des r sultats de l inventaire en se r f rant aux objectifs et champ de l tude Les quatre phases pr sent es ci dessus guident uniquement le c t proc dural de la m thodologie et non un mod le fixe d valuation L absence d un mod le fixe d valuation a men le groupe de t
290. r du m me produit Ceci a pour cons quence que l tape de fin de vie n est pas syst matiquement consid r e dans les fronti res du syst me L ACC environnementale renvoie une perspective de plusieurs acteurs simultan ment soit du manufacturier du consommateur et du gestionnaire en fin de vie Ces fronti res du syst me sont donc compatibles avec L ACV Finalement PACC soci tale se diff rencie des deux autres types d ACC pr sent s par la consid ration d acteurs qui ne sont pas directement concern s par le syst me de produit acteurs gouvernementaux par exemple Les fronti res du syst me consid r lors d une ACC soci tale correspondent toute la chaine d approvisionnement soit de l tape de recherche et d veloppement jusqu la fin de vie Il n y a pas de diff rence fondamentale pour la fonction et l unit fonctionnelle selon le type d ACC Par contre il est important que l unit fonctionnelle et les fronti res du syst me soient coh rentes avec celles d finies par l ACV dans le cas d une combinaison des r sultats de ces deux outils 25 FRONTI RES DU SYST ME Autres externalit s externalit s externalit s externalit s externalit s externalit s Ce ee Couts Couts Couts T t T as g g 2 i amp Og S S S E Oc S S TER S FPEF 2 Ka 3 ES Production f Distribution I Utilisation f Fin de vie x og CE CE x E S no x QU QU QU ds Q ES 3 E E E E S B NS Re
291. rant les heures de production d nergies renouvelables Cet exercice est r p t pour toutes les heures durant la p riode entre 2006 2008 Les r sultats obtenus sont pr sent s dans les tableaux suivants en fonction du prix de la taxe sur le carbone c d 30 et 90 US par tonne de CO2 Les fr quences des technologies marginales en absence de la taxe sur le carbone sont pr sent es dans le Tableau 5 6 En absence de taxe les r sultats du Tableau 5 6 montrent que la production lectrique au charbon en Ontario est la plus fr quemment affect e comparativement la production lectrique partir du gaz naturel pour le Nouveau Brunswick la Nouvelle Angleterre et New York Avec l introduction d une taxe de 30 US par tonne de CO les fr quences des technologies marginales commencent l g rement changer En effet les r sultats du Tableau 5 7 montrent que la production lectrique partir de l hydro lectricit en Ontario devient la plus affect e par les syst mes de production distribu e de l nergie renouvelable Ce changement s explique d une part par l augmentation du prix de l lectricit produite partir du charbon de 28US 0 94 30 et d autre part par l augmentation non significative du prix horaire du march de l lectricit P in Il est noter qu en raison de la concordance de production de l nergie solaire avec la production de l lectricit partir du charbon ce dernier devient sensiblem
292. ration stage emissions but less on indirect emissions from the entire life cycle of the electricity production 1 e emissions from resource extraction to the power plant end of life stage Huang et al 2009 A better knowledge of indirect emissions will provide a more precise estimate of the real GHG emission impacts of electricity trade In fact in many sectors high percentage of GHG emissions could be attributed to indirect emissions more than 75 of an industry sector s GHG emissions Matthews et al 2008 Moreover as thermal and renewable power plants which have different magnitude of indirect emissions Amor et al 2010 are involved in such electricity trades estimating the extent to which GHG estimate can be increased when indirect emissions are taken into account 1s crucial This paper s objective is to illustrate the importance of electricity trade s impact on GHG emissions by providing an estimate of the net GHG emissions resulting from electricity exchanges between Quebec and its adjacent jurisdictions New Brunswick New England New York and Ontario To achieve this objective Quebec hourly exchange of electricity with all its neighbours was examined over the 2006 2008 period Marginal electricity production technologies nuclear or hydropower coal natural gas or oil fired technologies were identified GHG quantification protocols are guides outlining how to do GHG inventories reporting Xuchao et al 2010
293. ravail SETAC distinguer trois types d ACC 57 l ACC Conventionnelle l ACC Environnementale et l ACC Soci tale Cette distinction sera utile pour montrer la contribution de chaque type d ACC 2 3 2 Distinction entre les types d ACC Tout d abord les trois types d ACC peuvent tre utilis s selon une perspective attributionnelle 58 comme en ACV A Cependant bien que des exemples d application soient encore absents dans la litt rature le groupe de travail souligne qu il est possible d emprunter le m me 24 raisonnement que pour l ACV et d appliquer une ACC Cons quentielle de la m me mani re que l ACV Cons quentielle 2 3 2 1 D finition des objectifs et du champ de l tude La definition de l objectif de l ACC indique les raisons conduisant r aliser l tude et l application envisag e La d finition du champ de l tude pr cise ensuite les exigences quant aux diff rents aspects de la mod lisation qui d coulent de cet objectif L ACC a pour objectif de d crire et de mesurer les impacts conomiques du cycle de vie d un produit Par cons quent le syst me de produit doit prendre en consid ration tous les processus l mentaires qui sont li s par des flux mon taires impliqu s dans le cycle de vie l tude La s lection du type d ACC d pend de la perspective de l tude Par exemple l ACC conventionnelle renvoie la perspective du manufacturier du produit l tude ou la perspective du consommateu
294. reduce their environmental and economic impacts while reaching a good energy performance Table 5 provides the performing distributed generation alternatives considering the assessed climatic conditions Section 5 1 discusses the presented results and explains the dominance of micro wind 30 kW and 3kWp poly crystalline on the studied systems Table 5 Alternative selection and geographical dependence W30 Micro wind 30kW PVp 3kWp Poly crystalline B Avg below average Avg average condition A Avg above average HH Human Health EQ Ecosystem Quality CC Climate Change RES Resources NR EPR Non Renewable Energy Payback Ratio Wind speed conditions B Avg Avg A AvgB Avg Avg A AvgB Avg Avg A Avg B Avg Avg A Avg HH amp EQ CC amp RES NR EPR Cost solar B Ave BA a W30 BAM W30 W30 WAVE W30 W30 WAYE W30 W30 radiation Avg aua W30 WAE W30 W30 WAVE V30 W30 WAY W30 W30 conditions A Avo AA W30 BA W30 W30 WAY V30 W30 Beem W30 W30 4 Centralized energy production comparison and results The comparison between centralized energy production systems and distributed generation systems is a relevant step as it provides a better picture of distributed generation potential benefits for the Northeastern American context Based on a recent LCA practitioner exchange 36 many comparison avenues are suggested any of which can be assumed as correct Indeed practices helping to identify the possible affected c
295. referees for their constructive comments Appendix A To the best of our knowledge nothing was published on the validity of methodologies used to identify marginal technologies due to electricity trade In order to validate the applied methodological procedure section 2 and consequently Table 4 results marginal technology frequency and the GHG quantification results section 3 2 four different approaches sub sections were proposed a a graphical one which directly leads to b a correlation analysis followed by a c normalization which brings additional information by looking at the relative change in the use of each technology Finally in d results were compared with published marginal technology information provided by some system operators In approaches a b and c only the hourly output by technology provided by the Ontario IESO was used as the hourly production of every power plant remains confidential in most markets However even if the hourly production data in the New York New England and New Brunswick markets 1s not publicly available Table 4 results are compared to some information released in the corresponding system operator reports Approach d a Graphical analysis The Ontario IESO provides Generators Disclosure Reports with hourly outputs of all power plants in Ontario Power plants are classified as follow nuclear hydro coal wind and other 158 1 e waste management and residua
296. rical Data Ontario Independent Electricity System Operator 2011 22 NYISO Market amp Operational Data Load Data Real Time 2011 23 New Brunswick System Operator Reports amp Assessments Historical System Information 2011 24 Lijesen MG The real time price elasticity of electricity Energy Economics 2007 29 249 58 25 Harris C Electricity markets pricing structures and economics Chichester Hoboken NJ John Wiley amp Sons 2006 26 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2006 Ottawa ON Minister of Industry 2008 p 44 27 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2007 Ottawa ON Minister of Industry 2009 p 44 28 EIA State Electricity Profiles 2009 Washington DC U S Department of Energy 2011 p ST 226 29 Gagnon L Belanger C Uchiyama Y Life cycle assessment of electricity generation options The status of research in year 2001 Energy Policy 2002 30 1267 78 30 Ren H Gao W Ruan Y Economic optimization and sensitivity analysis of photovoltaic system in residential buildings Renewable Energy 2009 34 883 9 22 ANNEXE 5 VALUATION DE L INFLUENCE DE L INTRODUCTION DE LA TAXE CARBONE SUR LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET CONOMIQUES RELI S AUX CONS QUENCES DE L INT GRATION DE LA PRODUCTION DISTRIBU E L effet de l introduction de la taxe carbone sur la performance conomique de la
297. ries pr sent es dans le tableau ne couvrent pas tous les impacts environnementaux possibles associ s aux activit s humaines Plusieurs types d impacts dont le bruit les odeurs etc ne font pas partie de la pr sente analyse Les cat gories d impact eutrophisation et acidification aquatique ne sont pas consid r es au sein des indicateurs de dommages de la m thode IMPACT 2002 dommages relatifs la qualit des cosyst mes Ces deux cat gories seront donc consid r es en conjonction avec les indicateurs dommages Tableau 4 4 Cat gories de dommages et cat gories d impacts des m thodes IMPACT 2002 et LUCAS Effets respiratoires dus aux substances inorganiques Aucune Sant humaine DALY 1 Radiations ionisantes ionisantes Appauvrissement de la couche D t rioration de la couche d ozone d ozone Oxydation photochimique Smog photochimique cotoxicit aquatique cotoxicit aquatique Ecotoxicit terrestre terrestre Ecotoxicit terrestre terrestre Qualit des cosyst mes x Loro MN F T cidification eutrophisation errestre Occupation des terres Aucune Changement climatique E R chauffement global R chauffement global kg CO quivalent Iu nergies non renouvelables Combustibles fossiles Ressources MJ primaire Aucun lien avec une Acidification aquatique Acidification aquatique cat gorie de dommage Eutrophisation aquatique Eutrophisation aquatique 47 1 DAL
298. rme ISO 12 les l ments obligatoires de l valuation des impacts du cycle de vie sont e a s lection des cat gories d impacts des indicateurs de cat gories et des mod les de caract risation e affectation des r sultats de l inventaire du cycle de vie aux cat gories d impact classification et e Le calcul des r sultats d indicateurs de cat gories caract risation 21 Les l ments facultatifs incluent la normalisation le regroupement et la pond ration La normalisation consiste calculer l importance des r sultats des indicateurs de cat gories par rapport une r f rence donn e Ensuite le regroupement consiste faire le tri des dommages ou des probl mes environnementaux pour un but de classement Finalement la pond ration permet de convertir et agr ger les r sultats d indicateurs en un score unique en fonction de facteurs de pond ration fond s sur des choix de valeurs L valuation de l impact peut inclure un processus it ratif de revue des objectifs et du champ de l tude d ACV afin de d terminer si les objectifs de l tude sont atteints ce jour il n y a aucune diff rence d application de l EICV dans le cadre d une ACV A ou d une ACV C 2 2 2 4 Interpr tation L interpr tation du cycle de vie est la derni re phase de l ACV Lors de cette derni re les r sultats de l inventaire du cycle de vie ICV et de l valuation des impacts du cycle de vie ACVI sont combin s
299. rnational journal of life cycle assessment vol 11 no 2 pp 129 136 2006 M Raugei et P Frankl Life cycle impacts and costs of photovoltaic systems Current state of the art and future outlooks Energy vol 34 no 3 pp 392 399 2009 J W Tester E M Drake M J Driscoll M W Golay et W A Peters Sustainable energy choosing among options Cambridge Mass MIT Press 2005 N Jungbluth et M Tuchschmid Photovoltaics Ecoinvent D bendorf CH Rapport technique Report No 6 XII 2007 www ecoinvent ch Consult le 15 octobre 2008 Association Canadienne de l nergie olienne oliennes de petites puissances pp 2005 Disponible http www smallwindenergy ca fr SmalI Wind html B Burger et C Bauer Windkraft Ecoinvent D bendorf CH Rapport technique Final report No 6 XIII 2007 www ecoinvent ch Consult le 15 octobre 2008 Jolliet M Saad e et P Crettaz Analyse du cycle de vie comprendre et r aliser un cobilan Lausanne Suisse Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 2005 ISO ISO 14044 2006 Management environnemental Analyse du cycle de vie Exigences et lignes directrices 2006b A Niederl Schmidinger et M Narodoslawsky Life Cycle Assessment as an engineer s tool Journal of Cleaner Production vol 16 no 2 pp 245 252 2008 Joint Research Centre Institute for Environment and Sustainability ILCD Handbook General guide for Life Cycle As
300. rs de l valuation des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 W1 PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin v 5 4 R sultats du d veloppement et de l application du mod le d quilibre partiel pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e Article 4 et Annexe 5 5 4 1 D veloppement du mod le d quilibre partiel pour la simulation de l influence de la taxe sur le carbone lors de l identification des technologies marginales Article 4 Cette section a pour but de d terminer avec l introduction de la taxe sur le carbone la concordance entre la production d nergies renouvelables et les unit s marginales de production lectrique En fonction du prix de la taxe sur le carbone les unit s marginales varient en raison du changement du prix horaire du march de l lectricit P Apr s identification des unit s marginales pour diff rentes taxes sur le carbone il a t possible d isoler les unit s marginales du
301. rth objective of this research project was to assess the implications of incorporating carbon taxes along with the temporal aspects of electricity supply into the analysis Once again environmental and economic impact abatements of distributed generation using renewable energy system were estimated and compared to conventional approaches to assess such implications Different levels of carbon taxes were therefore assessed using the developed partial equilibrium model The latter 1s crucial to 1 estimate the increase of the hourly market price and 2 identify the hourly marginal electricity production technologies When increasing the carbon tax level from US 30 to US 90 tonne of CO equivalent the obtained results using the proposed approach do not fall within the range of results obtained using the identified marginal technologies using the 5 step procedure developed by Weidema 2003 Indeed results obtained using the identified marginal technologies increase their overestimation of the life cycle environmental impact abatement when the carbon tax level also increases From an economic perspective results showed that distributed generation has no economic benefits using the selected renewable energy systems even with a US 100 tonne of CO equivalent carbon tax This finding remains the same when the value of the avoided GHG emissions is fully internalized except for one scenario micro wind 30 KW This research project clearly highlighted
302. rtir de l hydro lectricit en Ontario est la technologie marginale principale En augmentant le niveau de la taxe de 30 90 US par tonne de CO les r sultats ont montr un changement significatif des fr quences des technologies marginales En effet le prix de production de l lectricit partir des syst mes thermique devient plus lev Cette augmentation explique pourquoi l hydro lectricit devient plus fr quemment affect e en Ontario au Nouveau Brunswick et New York Ainsi avec l introduction de la taxe sur le carbone consid rer les centrales thermiques au mazout comme tant les principales technologies marginales n est pas bien repr sentatif de la dynamique de la production lectrique centralis e Une fois que les technologies marginales sont identifi es il a t possible d valuer les impacts environnementaux et conomiques en cons quence de l int gration de la production distribu e 90 renouvelable dans le r seau centralis D abord avec l int gration d une taxe sur le carbone d une valeur de 30 US par tonne de CO les r sultats ont montr que les estim s obtenus se ne trouvent pas toujours dans la plage de r sultats obtenus en utilisant une seule technologie marginale mazout gaz naturel et charbon C est l exemple de l Ontario avec la cat gorie sant humaine et ressources ou l utilisation de sc narios de technologies marginales mazout gaz naturel et charbon surestiment la r duction
303. s liquides gazeuses Syst me d arri re plan Figure 4 2 Fronti res g n rales du syst me pour les syst mes de production distribu e La figure ci dessus sch matise les fronti res g n rales du syst me relatif chacun des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables appliqu s dans un contexte qu b cois Il est L ann e 2009 tant employ e comme base de r f rence pour la mod lisation 44 rappeler que l analyse est de type berceau au tombeau incluant toutes les activit s impliqu es au cours du cycle de vie des deux fili res c d au cours de leurs tapes de production de distribution d utilisation et de gestion en fin de vie Le tableau suivant pr sente de mani re succincte les principaux processus compris dans les fronti res du syst me Par ailleurs le cycle de vie d un syst me d emmagasinage batteries m me s il est possible d utiliser ce type d quipement tout en tant raccord au r seau est exclu du champ de l tude Il en est de m me pour le cycle de vie des b timents maisons commerces m me s il est tr s fr quent d en utiliser la fa ade et ou la toiture pour installer des fili res de production d nergies renouvelables Tableau 4 3 Processus inclus dans l ACV et l ACC des syst mes s lectionn s de production d nergies renouvelables Sous syst mes Sous tapes Processus 1 Fabrication et assemblage des composantes technologies 1 Produc
304. s approches conventionnelles peuvent tre appliqu es Ces approches consistent utiliser soit des donn es moyennes ou soit des donn es marginales pour le court terme en utilisant la proc dure cinq tapes d velopp e par Weidema 2003 Jusqu pr sent rares sont les tudes qui se sont pench es sur l influence de ce choix d approches sur les r sultats Le premier objectif du projet de recherche consiste valuer d une mani re int gr e et comparer les impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes de production distribu e d nergies renouvelables Pour ce faire deux fili res ont t valu es les panneaux solaires Photovoltaiques 3KWp monocristallin et polycristallin et les oliennes de petites puissances 1 10 et 30 kW De plus les impacts environnementaux qualit des cosyst mes changements climatiques ressources et sant humaine et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes valu s ont t calibr s selon diff rentes intensit s de vent et d ensoleillement rencontr es au Qu bec Le second objectif consiste appliquer les approches conventionnelles pour l valuation court terme des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Pour ce faire une analyse de sensibilit des sc narios de syst me centralis de production lectrique utilisant 1 des donn es moyennes et 2 des d
305. s climatiques 13 15 60 les impacts conomiques 6 7 61 les impacts sur l utilisation des terres 14 etc Cependant les tudes valuant ces impacts d une mani re int gr e et suivant une approche cycle de vie restent encore rares dans la litt rature 15 16 Cette absence d valuation int gr e ne s applique pas uniquement dans le cas de la production distribu e d nergies renouvelables En effet malgr le fait que plusieurs travaux ont soulign l int r t de combiner les r sultats de plusieurs outils du cycle de vie 17 21 les tudes qui se distinguent en ce sens restent encore rares dans la litt rature Norris 18 19 r sume les cons quences de la non prise en consid ration de l aspect conomique du cycle de vie en plus de l aspect environnemental et vice versa 1 limitation de la port e des r sultats d une ACV pour l aide la prise de d cisions 2 difficult de trouver des moyens pour am liorer le bilan environnemental sans nuire au bilan conomique et 3 partialit des r sultats de l ACC sans prendre en consid ration les impacts environnementaux L application int gr e de plusieurs outils du cycle de vie est coh rente avec les travaux et propositions actuelles sur l tablissement du cadre m thodologique pour l analyse de la durabilit du cycle de vie Life Cycle Sustainability Analysis LCSA dans le but de minimiser les discordances m thodologiques entre les diff rents outils du cycle de vie 41
306. s fins de vie Pour cette tape plusieurs hypoth ses ont t mises de l avant Les composantes m talliques et vitreuses sont exclues des fronti res du syst me Approche Cut off Ainsi ni l impact environnemental ni les cr dits ne sont affect s ces composantes Pour les mat riaux h t rog nes comme ceux des pales 65 en verre et 35 en plastique ces derniers sont consid r s enfouis La distance moyenne entre les r sidences et les lieux d enfouissement au Qu bec n est pas connue mais a t estim e 50 km par camion De la m me mani re que l olienne en fin de vie en raison de l h t rog n it des composantes et de l encapsulation des cellules Photovoltaiques il y a beaucoup de d veloppement quant au recyclage qui reste faire 33 Ainsi les m mes hypoth ses de fin de vie ont t pos es 245 Analyse de contribution L analyse des r sultats pour la fili re olienne de l tape de production montre que la production des composantes de l olienne et l installation de la partie fixe sont les principaux contributeurs des dommages potentiels Les composantes de l olienne de contribution significative varient en fonction de la cat gorie de dommage D une mani re plus sp cifique pour les cat gories dommages changement climatique et ressources la production de la nacelle des composantes de raccordement et du rotor sont les composantes de l olienne les plus dommageables Par contre
307. s le cas de la province de Qu bec le nouveau projet de r glement concernant le syst me de plafonnement et d change de droits d mission de gaz effet de serre publi dans la Gazette officielle du Qu bec le 7 juillet 2011 pr voit r glementer le secteur de l lectricit compter de 2013 et tendre la couverture du syst me au secteur du b timent compter de 2015 Pour bien cerner les enjeux li s la production distribu e d nergies renouvelables il est n cessaire d en valuer la performance et ce de mani re holistique La performance globale de la production distribu e peut s valuer selon plusieurs aspects savoir l Les aspects techniques la performance technologique des syst mes de production d nergies renouvelables la variabilit de leurs productions la qualit des gisements d nergies renouvelables etc 6 2 Les aspects conomiques les couts des quipements les couts de l installation les couts de raccordement et de mains d ceuvre etc 7 3 Les aspects environnementaux les impacts de la fabrication des quipements les impacts de l tape du transport et de l installation les impacts de l tape de production les impacts de fin de vie des quipements etc 8 10 et 2 4 Les aspects sociaux l engagement communautaire des compagnies de fabrication insertion sociale de personnes d favoris es le nombre d heures de travail etc 11 Les impac
308. s les plus sensibles au changement technologies marginales titre d exemple pour identifier les cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables dans le r seau 1l faut d terminer les syst mes de production lectrique centralis s qui vont diminuer leurs productions en raison de cette production suppl mentaire selon la proc dure cinq tapes dans un contexte de demande lectrique croissante les technologies qui vont diminuer leurs productions sont celles dont le cout de production est lev 31 En effet le recours des technologies de production lectrique dont le cout de production est lev se fait uniquement en moment de la demande de pointe En plus du cout de production lev ces technologies ne doivent pas pr senter de contraintes techniques ou autres Finalement ces technologies doivent galement tre identifi es l chelle du march Ainsi dans le cas de la province de Qu bec il faut d terminer les technologies marginales dont le cout de production est lev dans la province et dans les autorit s qui changent de l lectricit avec la province de Qu bec Malgr l existence de cette proc dure rares sont les tudes qui ont pu l utiliser sans difficult cause d un manque de donn es En effet selon Mathiesen et al 67 la majorit des tudes identifi es ont plus au moins r ussi suivre les tapes de la proc dure ou n ont pas justifi e
309. s m thodologiques d crites dans cette sous section sont propos es en r ponse au r sultat de la revue critique de la litt rature et plus sp cifiquement l absence de mod le pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e Le d veloppement du mod le l quilibre partiel est n cessaire pour r pondre la question Quel est l effet de l int gration de la taxe 59 carbone sur la performance conomique et environnementale du cycle de vie de la production distribu d nergies renouvelables Les r sultats obtenus seront importants pour compl ter l valuation des approches conventionnelles simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r aliste et ce dans un contexte d introduction de la taxe sur le carbone 4 1 5 1 D veloppement du mod le d quilibre partiel pour la simulation de l influence de la taxe sur le carbone pour l identification des technologies marginales Article 4 Le but du mod le quilibre partiel est de simuler l effet de la taxe carbone sur le prix du march de l lectricit La variation de ce prix a des r percussions directes sur la quantification des cons quences de l int gration de la production distribu e dans le r seau centralis Les sous sections suivantes ont pour but de d crire ces r percussions Le d veloppement du mod le q
310. s puissances dans le r seau centralis du nord est am ricain est consid r e 1 3 Organisation des travaux D abord la revue de litt rature pr sent e au chapitre suivant d crit les outils du cycle de vie et plus pr cis ment l analyse du cycle de vie et l analyse des couts du cycle de vie Cette description est suivie d une synth se des r cents d veloppements m thodologiques et des limites des outils cycle de vie quant leurs valuations des impacts conomiques et environnementaux reli s aux cons quences de l int gration des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables dans le r seau lectrique la lumi re cette revue critique de la litt rature l objectif principal du projet de recherche et la m thodologie permettant d atteindre chacun des sous objectifs de la th se sont pr sent s dans les chapitres 3 et 4 Ensuite les principaux r sultats du projet de recherche sont pr sent s dans le chapitre 5 Ce dernier r sume les r sultats se trouvant dans les quatre articles Annexe 1 4 et dans l annexe 5 de la th se Finalement les chapitres 6 et 7 r sument les implications et les limitations des travaux ainsi que les principales conclusions et contributions En contraste avec une valuation long terme qui tiendrait compte des cons quences li es l implantation de nouvelles technologies une valuation court terme ne comprend que les effets de l utilisation des capacit s de produ
311. s syst mes s lectionn es sont d crites dans les sous sections suivantes R seau de distribution basse tension ke CHE Point de raccordement Hydro Qu bec l Producteur Mesurage HQ Charges locales Source de production panneaux ye Onduleur photovoltaiques olienne etc Coffret de branchement TN EN E 7x ATN AN m f f FI IB 1J1 PF JU TR M uf Ne TS NERO NOR Fonctions de protection Figure 2 1 Principe du raccordement au r seau de distribution d un syst me de production distribu e adapt de Hydro Qu bec 29 11 2 1 2 1 Les modules Photovoltaiques PV Plusieurs g n rations existent d j pour la fili re PV Cependant certaines g n rations b n ficient d un bon degr de maturit comparativement d autres qui sont encore au stade exp rimental Parmi les modules PV les plus commercialis s il existe les sous cat gories suivantes 30 e Silicium monocristallin et polycristallin mc Si et pc S1 et e Films minces Si amorphe microcristallin a Si cellule tellure de cadmium CdTe cellule Cuivre Idium Gallium S l nium CIGS et cellule dis l niure de cuivreindium CIS Jusqu pr sent la premi re sous cat gorie repr sente la majeure partie du march comparativement la deuxi me qui commence se tailler une place 31 Le principe d un syst me Photovoltaique est de transformer la lumi re du soleil en lectricit Les cell
312. sessment Detailed guidance European Commission Ispra Italy Rapport technique 2010 http Ict jrc ec europa eu assessment publications Consult le 9 mars 2011 G Finnveden M Z Hauschild T Ekvall J Guin e R Heijungs S Hellweg A Koehler D Pennington et S Suh Recent developments in Life Cycle Assessment Journal of Environmental Management vol 91 no 1 pp 1 21 2009 A Zamagni P Buttol R Buonamici P Masoni J B Guin e R Heijungs T Ekvall R Bersani A Bienkowska et U Pretato Critical review of the current research needs and limitations related to ISO LCA practice Deliverable D7 of work package 5 of the CALCAS project Rapport technique 2009 http www estis net sites calcas Consult le 11 mars 2010 G Finnveden et T Ekvall Life cycle assessment as a decision support tool the case of recycling versus incineration of paper Resources Conservation and Recycling vol 24 no 3 4 pp 235 256 1998 B P Weidema N Frees et A M Nielsen Marginal production technologies for life cycle inventories International Journal of Life Cycle Assessment vol 4 no 1 pp 48 56 1999 T Ekvall et B P Weidema System Boundaries and Input Data in Consequential Life Cycle Inventory Analysis nternational Journal of Life Cycle Assessment vol 9 no 3 pp 161 171 2004 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
313. spiratory inorganics Ionizing radiation Ozone layer depletion Respiratory organics Aquatic ecotoxicity Terrestrial ecotoxicity Terrestrial acid nutri Land occupation Aquatic acidification Aquatic eutrophication Global warming Non renewable energy Mineral extraction kg CoH3CI eq kg PM 5 eq Bq C 14 eq kg CFC 11 eq kg CoH eq kg TEG water kg TEG soil kg SO eq m org arable kg SO eq kg PO P lim kg CO eq MJ primary MJ surplus 2E 02 3 5 E 02 3 5 E 04 2 0E 00 2 3E 08 1 4E 04 2 8E 01 1 4E 01 7 7E 03 2 3E 03 1 5E 03 9 0E 06 2 4E 01 3 7E 00 6 2E 02 1 9E 03 5 8E 03 5 8E 05 3 2E 01 3 9E 09 2 4E 05 4 6E 00 2 3E 00 1 3E 03 3 8E 04 2 4E 04 5E 06 4 0E 02 6 1 E 01 0E 02 9 7E 04 2 9E 03 2 9E 05 1 6E 01 1 9E 09 1 2E 05 2 3E 00 1 2E 00 6 4E 04 1 9E 04 1 2E 04 7 5E 07 2 0E 02 3 0E 01 5 2 E 03 5 2 E 03 8 6E 03 3 9E 04 1 9E 00 3 2E 08 9E 04 2 8E 01 1 3E 01 0E 02 5 E 03 1 7E 03 1 3E 05 2 8E 01 4 2E 00 1 6E 03 2 6E 03 1 2E 04 5 8E 01 9 9E 09 5 9E 05 8 4E 00 4 1E 00 3 2E 03 5E 03 5 3E 04 3 9E 06 8 6E 02 1 3E 00 1 1E 03 1 8E 03 8 0E 05 3 9E 01 6 7E 09 4 0E 05 5 7E 00 2 8E 00 2 1E 03 1 0E 03 3 6E 04 2 6E 06 5 8 E 02 8 7E 01 3 0E 02 8 9E 03 6 1E 03 2 0E 02 3 9E 02 9 5 E 04 7 6E 00 4 8E 08 3 6E 04 1 1E 02 4 5E 01 1 7E 02 6 5E 03 4 1E 03 2 3E 05 5 6E 01 9 2E 00 5 7E 03 1 1E 02 2 7E 04 2 2E 00 1 4E 08 0E 04 3 2E 01 1 3E 01 5 0
314. sse de la production partir du charbon dans les autorit s voisines en raison de l exportation de l lectricit de la province de Qu bec Il est ainsi possible d isoler pour chaque heure la technologie marginale dans chaque autorit changeant de l lectricit avec la province de Qu bec e em ep gt Nucl aire Hydro Charbon Gaz Mazout MW Figure 4 3 Illustration de la courbe de l offre pour l identification de la technologie en fonction du prix du march de l lectricit PM adapt de Amor et al 98 Il est noter que la r solution horaire a t s lectionn e vu que c tait la r solution commun ment disponible dans les bases de donn es consult es Cependant diff rentes r solutions 5 min journ e mois saisons etc peuvent tre appliqu es selon la disponibilit de donn es 4 1 4 2 Application du mod le et quantification des cons quences de l importation et de l exportation de la province de Qu bec sur le bilan de gaz effet de serre Article 2 a Compilation de l lectricit import e et export e entre la province de Qu bec et les march s voisins L lectricit import e et export e MWh entre la province de Qu bec et ses voisins limitrophes a t compil e en ayant recours au syst me d information libre d acc s OASIS d Hydro Qu bec 54 Trans nergie et ce pour la p riode entre 2006 et 2008 99 Le tableau suivant brosse un portr
315. ssion rates of RES generation Life cycle emission rates were estimated using the life cycle impact method IMPACT 2002 Results are presented as a function of the four damage categories Human health DALY kWh ecosystem quality PDF m year kWh climate change Kg CO eq kWh and resources MJ primary kWh 15 Once again as the functional unit is 1 kWh of electricity produced in the province of Quebec including exchange in the Northeastern American electricity market all emission rates are defined as a function of 1 kWh Table S2 presents the final estimates taking 194 into account representative climatic conditions prevailing in the province of Quebec 1 e above average average and below average conditions Table S2 Life cycle RES emission rates and geographical variations W30 micro wind 30 kW W10 micro wind 10 kW W1 micro wind 1 kW PVm 3 kWp mono crystalline PVp 3 kWp poly crystalline B Avg below average conditions Avg average conditions A Avg above average conditions Damage category Human Ecosystem Climate health quality change DALY kWh PDF m yr kWh kg CO eq kWh MJ primary kWh RES Conditions Resources B Avg 9 85 E 08 3 25E 02 6 26E 02 9 75E 01 W30 Avg 4 57E 08 1 50E 02 2 89 E 02 4 5 E 01 A Avg 3 56E 08 1 17E 02 2 24E 02 3 50E 01 B Avg 2 16E 07 8 61E 02 1 96E 01 2 94E 00 W10 Avg 9 60E 08 3 83 E 02 8 67E 02 1 30E 00 A Avg 7 42E 08 2 95E 02 6 72E 02 1 01 E00 B Avg 5 41 E 07 2 53E 01
316. ssions ont t additionn es aux missions indirectes Ces derni res ont t estim es en utilisant la base de donn es g n rique ecoivent 105 Les missions indirectes renvoient aux tapes qui sont en amont et en aval de l tape de production de l lectricit D une mani re plus sp cifique ces tapes renvoient l extraction de la mati re premi re gaz naturel charbon etc leurs distributions la construction des centrales de production l entretien des infrastructures la gestion de fin de vie des d chets et le d mant lement des centrales de production Le logiciel simapro et la m thode d impact TRACI ont t utilis s pour d terminer les taux d missions 51 55 81 Le tableau suivant pr sente le taux d missions des unit s de production marginale en appliquant l ACV Ces taux incluent galement les missions directes correspondantes l tape de production de l lectricit Tableau 4 7 missions de gaz effet de serre du cycle de vie par type de combustibles et de technologies ST GT IC et CC renvoient Steam Turbine bouilloire Gas Turbine turbine gaz Internal Combustion g n ratrice et Combined Cycle cycle combin adapt de Amor et al 98 Taux d mission tonne CO eq MWh New York Nouvelle Angleterre A Nouveau SS coc OO SEG Ce s eire ee Brunswick Charbon 1 15 1 27 1 11 1 08 Gaz naturel a 0 77 0 75 0 85 0 55 0 97 0 64 0 55 0 79 0 62 Ma
317. ssume that the energy supplied by small scale renewable technologies will be able to cover at least a part of the increased Quebec electricity demand The oil power plant will then change its output and could be identified as the affected technology 120 As the energy supplied by small scale renewable systems also occurs during non peak consumption periods the oil power plant is not the only affected centralized energy system Hydropower will not change its output due to the small increase of electricity supply In fact hydropower is generally utilized to its maximum because of its very low production cost 43 Therefore more electricity will be available for export to the bordering market 40 It was assumed that the most affected markets to a small change in electricity supply are those receiving a high percentage of total Quebec electricity exports which current trends 40 identify as New Brunswick NB and New York NY 95 of total Quebec exports to the US Northeast 44 Appendix A Fig 4 shows the current and forecasted trends in Quebec electricity exports 40 Before identifying the affected technologies in the identified markets it 1s important to respectively describe their electricity situation In case of a small increase in NB electricity consumption the actual NB power plant that will be used to produce this additional electricity 1s also an oil power plant 45 Therefore as previously described the energy supplied by sma
318. st noter que la production des oliennes de petites puissances est r alis e en Am rique du Nord Une distance de transport par camion de 1500 km a t estim e pour l tape de distribution La production de l onduleur et des composantes de raccordement est galement prise en consid ration pour les oliennes de petites puissances de 1 10 et 30 kW 33 35 L onduleur a pour r le de transformer le courant continu CC de faible tension 12 24 ou 48 V un courant 242 alternatif CA de tension gale 120 Volts permettant ainsi d injecter l lectricit produite dans le r seau Les composantes de l onduleur se r sument par un transformateur composantes lectroniques unit de contr le un couvercle et quelques connecteurs Les donn es disponibles de production se rapportent des onduleurs de 500W 2500W et 500 kW Les donn es de l onduleur d une puissance de 2500 W ont t jug es pertinentes dans un contexte de production distribu e Ces derniers ont donc t s lectionn s et adapt s pour la puissance des oliennes de petites puissances tudi es 1 et 10 kW de la m me mani re que pour la fili re Photovoltaique de 3 kWp L efficacit de l onduleur et des composantes de raccordement est gale 93 5 Cette efficacit est bas e sur la moyenne g om trique de l efficacit mesur e pour quatre onduleurs types 2 5 3 8 kW incluant ces composantes de raccordement 33 Les donn es disponibles font
319. t imports and exports of electricity play an increasingly important role in interconnected grids Second the hourly changes in RES production levels are fundamental and ignoring them could lessen the relevance of the study results In fact knowing whether wind and solar peak production coincides with the peak electricity market price is worth exploring 3 10 Third integrating the value of avoided environmental externalities from other generation technologies as a result of RES production constitutes another important area of possible improvement Indeed in a context of carbon constraints avoiding environmental externalities is often cited as a reason to place greater economic value on RES generation 11 Fourth confidence in the research results could also be improved by integrating more years of load data from different integrated markets Finally Borenstein 10 recently confirmed that more research at the interface of economics and renewable electricity market engineering would be very valuable Such research should incorporate the value of electricity which 1s very dependent on the time and location at which it is produced and the pollution benefits from renewable generation which are also heavily dependent on time and location This paper follows up on previous research assessing the economic performance of small scale photovoltaic and wind electricity production in the Northeastern American market Amor et al 8 and aims to expand
320. t mes valu s 1l est possible d affecter la bonne mission qui est vit e et par cons quent int grer la variabilit du kWh produit lors de l valuation 7 3 Perspectives Des nouvelles perspectives de recherche sont propos es la suite du projet de recherche 1 valuation des incertitudes en ACV cons quentielle confrontation des donn es r elles avec les r sultats des mod les utilis s en ACV C afin d valuer leur incertitude sur les r sultats de l ACV et d veloppement de proc dure de validation Comme il a t montr lors du projet de recherche l identification des produits ou processus affect s est cruciale en ACV C pour valuer 96 les impacts environnementaux d un changement Ainsi s assurer de la validit des produits ou processus identifi s et par cons quent de la validit de la m thodologie appliqu e pour leurs identifications est un aspect important sachant que cette tape influence directement la robustesse des r sultats obtenus c d les impacts environnementaux dus un changement Cependant jusqu pr sent aucune mention quant la validit de m thodologies employ es pour identifier les processus ou produits affect s ou bien quant l incertitude entourant ces m thodologies n a t rencontr e Il est donc important de d velopper diff rentes approches de validation dans le but de supporter l identification les processus et produits affect s et d estimer les incertitudes re
321. t application du mod le d quilibre partiel pour l valuation court terme de l influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et conomiques reli s l int gration de la production distribu e ACV C Objectif 4 Comparaison des m thodes et interpr tation des diff rences entre les r sultats des objectifs 1 2 et 3 En plus des objectifs pr sent s ci dessus l valuation int gr e et la comparaison des impacts environnementaux ACV A et conomiques du cycle de vie des syst mes s lectionn s sont galement propos es dans un contexte comparatif avec l approche cons quentielle Les bons fondements des approches conventionnelles renvoient la validit d une simplification de la dynamique de la production lectrique 38 3 2 Pr sentation des articles Le premier article pr sent dans l annexe 1 a pour titre Can distributed generation offer substantial benefits in a Northeastern American context A case study of small scale renewable technologies using a life cycle methodology et a t publi dans la revue Renewable and Sustainable Energy Reviews Celui ci pr sente l valuation des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables et les compare diff rents sc narios de production centralis e Deux fili res ont t valu es les panneaux solaires Photovoltaiques 3kWp monocristallins et polycris
322. t d change de permis d missions de GES Avec une valeur conomique tangible les couts reli s ces cr dits d missions ont un poids dans le bilan conomique des fili res nerg tiques Ces couts font partie des d clencheurs de l volution du r seau lectrique faisant face la p n tration des sources d nergies renouvelables comme l olien et le solaire 1 gt Dans ce contexte le d veloppement de la production distribu e d nergies renouvelables peut potentiellement tre favoris par rapport la production centralis e permettant au consommateur de devenir producteur au moyen de leurs propres installations en injectant une partie ou la totalit de leurs productions d nergies renouvelables dans le r seau d lectricit La production distribu e est appel e se d velopper avec la pouss e de plusieurs programmes incitatifs comme la tarification nette 3 En effet plusieurs distributeurs d lectricit offrent une tarification incitative aux consommateurs qui souhaitent produire leur lectricit tout en b n ficiant du raccordement au r seau Environ 2200 oliennes de petites puissances entre 300 W et 300 kW sont actuellement en fonction au Canada 4 En plus de la tarification nette le d veloppement de la production distribu e s appuie sur des programmes d incitation la production verte mis en place en vertu d objectifs nationaux de r duction des missions polluantes et de GES 1 5 Dan
323. t de production Par cons quent la fr quence des technologies marginales de production lectrique partir des centrales thermiques peut diminuer grandement selon la taxe sur le carbone Jusqu pr sent cette probl matique commence tre explor e mais uniquement dans une perspective long terme 68 73 Ce manque m thodologique peut devenir probl matique pour l valuation des impacts conomiques et environnementaux en cons quence de l int gration de la production distribu e int gration qui pourrait se faire d une mani re simultan e l application d un r gime de taxation des GES 74 75 Le d veloppement d un mod le int grant l influence de la taxe sur le carbone sur l valuation des impacts du cycle de vie en cons quence de l int gration de la production distribu e peut combler ce manque m thodologique 47 Un tel d veloppement est coh rent avec les r centes techniques incorporant dans l ACV C des mod les conomiques de plus en plus sophistiqu s comme les mod les quilibre partiel et les mod les quilibre g n ral 41 53 34 2 4 5 Conclusions de l analyse critique de la revue de litt rature la lumi re de l analyse critique de la revue de litt rature plusieurs lacunes m thodologiques ont t identifi es pouvant avoir de grandes r percussions sur les conclusions et recommandations du projet de recherche Ces lacunes restreignent en premier lieu l valuation des impacts environnement
324. t les approches conventionnelles vont aider valuer les fondements des approches conventionnelles simplifier la dynamique de la production lectrique tout en restant suffisamment r alistes Pour ce faire un mod le d identification des technologies marginales qui tient compte de la dynamique de la production lectrique est d velopp et appliqu au cas d tude Les r sultats correspondants montrent que la r duction des impacts s applique uniquement d un point de vue environnemental Avec l utilisation de donn es moyennes de l approvisionnement lectrique il n y a aucune r duction des impacts environnementaux en cons quence de l int gration de la production distribu e Une seule exception pourrait tre not e pour l olienne de 30 kW pour laquelle une r duction des impacts pour la cat gorie ressources est observ e D un autre c t les r sultats en utilisant l approche propos e tenant compte de la dynamique de la production lectrique montrent des r ductions des impacts environnementaux pour toutes les cat gories analys es qualit des cosyst mes changements climatiques ressources et sant humaine l exception de l olienne de 1 kW pour la cat gorie qualit des cosyst mes Ceci met en relief le biais qui pourrait tre introduit par la simplification irr aliste de la dynamique de la production lectrique en utilisant les donn es moyennes De plus en utilisant l approche propos e les r sultats corr
325. t que ce qui est valu est diff rent 54 55 22 2 3 Outils d valuation conomique 2 3 1 Introduction PACC L analyse des couts du cycle de vie ACC a t utilis e par le US Department of Defense autour des ann es 60 soit avant le d veloppement d outils du cycle de vie dans une perspective de d veloppement durable La justification de ces premi res utilisations tait d viter que la prise de d cision concernant la s lection d quipement militaire ne soit pas bas e uniquement sur le cout d acquisition mais aussi leur cout d entretien d op ration et voire m me de fin de vie 56 57 Malgr la similitude terminologique l ACC pr sente des diff rences majeures avec l ACV 18 Premi rement l ACV et l ACC ont t con ues pour r pondre des questions diff rentes En effet comme il a t pr sent la sous section 2 2 1 l ACV value la performance environnementale de plusieurs options comparativement l ACC qui value la rentabilit de ces options Cette diff rence d objectif a une incidence sur le mod le des deux outils Par exemple pour l valuation des impacts du cycle de vie d un ordinateur lors d une ACC la dur e de vie conomique correspond la dur e de l investissement Celle ci peut tre plus courte que la dur e de l tape d utilisation d une ACV la dur e de vie conomique peut tre de trois ans p riode apr s laquelle l ordinateur est pr sum vendu au prix de sa
326. tallins et les oliennes de petites puissances 1 10 et 30 kW Les r sultats obtenus ont t calibr s selon diff rentes intensit s de vent et d ensoleillement rencontr s au Qu bec Une analyse de sensibilit des sc narios de production centralis e utilisant 1 des donn es moyennes 2 des donn es marginales pour le court terme et 3 donn es marginales pour le long terme a galement t appliqu e pour valuer les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e renouvelable Les r sultats d montrent en utilisant les donn es moyennes la faible performance des syst mes tudi s sur leur cycle de vie Toutefois l identification de la technologie marginale affect e justifie l application de la production distribu e surtout si les march s voisins de ceux du Qu bec sont pris en compte Le deuxi me article pr sent dans l annexe 2 a pour titre Electricity Trade and GHG Emissions Assessment of Quebec s Hydropower in the Northeastern American Market 2006 2008 et a t publi dans la revue Energy Policy Celui ci pr sente le d veloppement m thodologique propos pour tenir compte de la dynamique de la production lectrique lors de l identification des technologies marginales En ce sens un mod le d analyse des changes d lectricit entre les march s lectriques analys s les autorit s changeant de l lectricit avec la provinc
327. tallins de 3kWp repr sentent respectivement les s quences technologiques ayant le meilleur profil conomique et environnemental pour les conditions de vent et d ensoleillement au dessus et au dessous de la moyenne de la province de Qu bec D un autre c t pour les conditions m t orologiques moyennes les r sultats de l valuation int gr e du cycle de vie montrent l impossibilit de s lectionner la meilleure technologie sans compromettre les aspects valu s Trade off En effet les panneaux solaires polycristallins de 3KWp pr sentent le meilleur r sultat pour la cat gorie de la sant humaine HH et qualit des cosyst mes QE comparativement l olienne de petite puissance de 30 kW qui pr sente le meilleur r sultat pour la cat gorie conomique cout des changements climatiques CC et des ressources RES La variation des conditions m t orologiques en s lectionnant la meilleure s quence technologique ayant le meilleur profil conomique et environnemental pour les conditions de force de vent et d ensoleillement au dessus et au dessous de la moyenne de la province de Qu bec permet de fournir une bonne estimation de l tendue des impacts potentiels ind pendamment du sc nario technologique s lectionn pour les conditions moyennes 67 Tableau 5 1 Impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie des syst mes de production distribu e adapt de Amor et al 77 SH QE CC et RES renvoient sant
328. tant le niveau de taxe de 30 90 US par tonne de CO les r sultats montrent que les fr quences des technologies marginales changent significativement Avec un niveau de taxe 79 lev le prix de production partir des syst mes thermiques de production lectriques devient significativement plus lev Cette augmentation explique pourquoi l hydro lectricit devient plus fr quemment affect e en Ontario au Nouveau Brunswick et New York Cette augmentation ne semble pas avoir de r percussions significatives pour la Nouvelle Angleterre Une exception s applique pour cette autorit dont la production lectrique partir du gaz naturel est la plus fr quemment affect e Tableau 5 8 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de production Hydro lectricit Charbon bs Mazout viii inn renouvelables a W30 94 2 1 0 3 W10 95 2 1 0 1 Ontario WI 95 2 1 0 2 PVm 51 2 1 0 47 PVp 51 2 1 0 47 W30 54 7 35 1 3 TEES SEIT W10 55 7 36 1 1 ME WI 54 7 36 1 2 PVm 21 5 27 1 47 PVp 21 5 27 9o 1 47 W30 4 38 54 2 3 a W10 95 2 1 0 1 hn
329. te of the Markets Report2009 Available from http www ferc gov market oversight st mkt ovr 2008 som final pdf 47 Canadian Electricity Association Power generation in Canada A guide2006 Available from www canelect ca 157 48 Energy Information Administration Annual Energy Outlook 2009 With Projections to 2030 Report DOE EIA 0383 2009 2009 Available from www ei1a doe gov oiaf aeo 49 Hydro Qu bec Investing in Our Future Financial Profile 2008 2009 Report 0821 1760 2009 Available from http www hydroquebec com publications en financial profile index html 50 Bernard JT Duclos JY Un avenir vert au Qu bec r duire les missions de gaz effet de serre au moindre co t Report 118 2009 Available from http www cdhowe org pdf backgrounder 20118 French pdf 51 Evans A Strezov V Evans TJ Assessment of sustainability indicators for renewable energy technologies Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009 13 5 1082 8 52 Kannan R Leong KC Osman R Ho HK Tso CP Life cycle assessment study of solar PV systems An example of a 2 7 kWp distributed solar PV system in Singapore Solar Energy 2006 80 5 555 63 53 Raugei M Frankl P Life cycle impacts and costs of photovoltaic systems Current state of the art and future outlooks Energy 2009 34 3 392 9 54 Wrisberg N Udo de Haes HA Analytical tools for environmental design and management in a systems perspective 1 ed Dordrecht Klu
330. tenues sont de natures agr g es par exemple poids total de la partie mobile etc C est pourquoi l inventaire de l olienne de 30 kW disponible dans la base de donn es ecoinvent 35 a t utilis pour compl ter l inventaire de la partie mobile pour les oliennes de 1 kW et 10 kW Pour ce faire les pourcentages de composition d termin s pour l olienne de 30 kW ont t appliqu s Les quantit s de mat riaux obtenus ont t remplac es par des donn es primaires dans le cas o l information tait disponible Par exemple la masse des pales de la partie mobile pour l olienne de 10 kW d termin e en utilisant des pourcentages de composition partir de la base de donn es ecoinvent soit 53 3 kg ou 11 2 du poids total de la partie mobile a t remplac e par la masse donn e par les manufacturiers 78 soit 65 kg ou 13 6 du poids total de la partie mobile Les mat riaux n cessaires pour la production de la tour de 22 m olienne de 30 kW ainsi que leur quantit proviennent de la base de donn es ecoinvent Pour la tour de 30 m en treillis et la tour tubulaire de 10 m la composition et le poids des mat riaux proviennent des fiches techniques fournies par les manufacturiers 78 Aucun emballage n est n cessaire pour la partie fixe des oliennes de petites puissances L emballage a t uniquement pris en consid ration pour les oliennes de 1 et 10 kW et plus particuli rement pour leurs parties mobiles Il e
331. tern American context A sensitivity analysis was performed characterizing different potentially affected centralized energy systems based on average and marginal short and long term values This article 1s structured as follows Section 2 presents the small scale renewable technology configurations and their energy output under different climatic conditions in the province of Quebec Canada Section 3 describes the proposed life cycle methodology and presents the results Section 4 describes the possible affected centralized energy systems against which distributed generation can be assessed and presents the comparative results All results are discussed in Section 5 Finally Section 6 summarizes the conclusions drawn from the study 110 2 Small scale renewable technology configurations and energy analysis This section presents the selected small scale renewable systems and their energy output under different climatic conditions prevailing in the province of Quebec Canada Many configurations exist to produce renewable energy through small scale grid connected technologies These configurations depend on many technical specifications such as photovoltaic panel types micro wind turbines power inverter power and connection configurations Keeping in mind the purpose of this study was not to assess all possible combinations the most common configurations for a North American context were selected 16 17 Table 1 shows the selected alter
332. tesses de vent et les radiations solaires sur une base mensuelle et annuelle Le tableau suivant pr sente les donn es annuelles choisies pour estimer l nergie totale produite par les syst mes de production distribu e Tableau 4 2 Intervalle de vitesses de vent et de radiations solaires pour la province de Qu bec adapt de Amor et al 77 Conditions climatiques Mau qus Au dessous Moyenne Au dessus Vitesse de vent m s 3 5 5 6 7 Radiations solaires horizontales 1 067 1 230 1 387 kWh m ann e L utilisation des courbes de puissances en combinaison avec les donn es m t orologiques a permis d estimer l nergie totale produite par chaque syst me de production d nergies renouvelables Le logiciel RETScreen a t utilis pour l estimation de l nergie produite 79 Les pertes au niveau de l onduleur et des connexions entre les diff rentes composantes estim es 6 5 33 ont galement t prises en consid ration 4 1 2 Evaluation int gr e et comparaison des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes s lectionn s de production distribu e Article 1 Les tapes m thodologiques d crites dans cette sous section sont propos es en r ponse au r sultat de la revue critique de la litt rature et plus sp cifiquement l absence de l valuation int gr e des impacts environnementaux et conomiques du cycle de vie attribuables aux syst mes de production distri
333. their life cycle cost see Table 3 and the hourly market price in jurisdictions adjacent to Quebec as defined in their respective spot markets 2 2 Second analysis RES benefits considering different carbon tax levels RES aim to help reach energy policy goals such as GHG emissions reductions These energy programs arise out of electricity market reforms based on increased competition and amidst talks of implementing a carbon mitigation policy such as a carbon tax 4 5 Indeed political actions suggest that there may soon be either an explicit or implicit price on GHG emissions 6 This section aims to explore the extent to which RES economic values change according to carbon tax levels As compared to the previous analysis presented in section 2 1 the hourly electricity market prices are estimated for every carbon tax range Therefore a partial equilibrium model 1s proposed to simulate the impacts of carbon taxes on hourly electricity market prices The model was developed in three steps 2 2 1 Analyzing hourly electricity demand data The Ontario New York and New England electricity markets are open and competitive and their respective hourly electricity demands and hourly electricity market prices are publicly available on their respective independent electricity system operator websites 18 21 22 For New Brunswick hourly electricity demand is mentioned in the historical system information section and 1s available on the website of
334. tic valorization of organic material for a municipality in Quebec Canada Applied Energy 2010 87 1 275 83 39 Deru M Torcellini P Source Energy and Emission Factors for Energy Use in Buildings NREL TP 550 38617 Report NREL TP 550 38617 2007 Available from http www nrel gov docs fy07osti 38617 pdf 40 National Energy Board Canada s Energy Future Reference Case amp Scenarios to 2030 Appendices Report NE23 15 2007F MRC 2007 Available from http www neb gc ca clf nsi rnrgynfmtn nrgyrprt nrgyftr 2007 nrgyftr2007ppndc eng pdf 41 Weidema B Market information in life cycle assessment Report 863 2003 Available from http www2 mst dk udgiv publications 2003 87 7972 99 6 pdt 87 7972 992 4 pdf 42 Hydro Qu bec Other sources of power generation Fossil fuels 2009 Available from http www hydroquebec com learning production autressources fossile html 43 Weidema BP Frees N Nielsen AM Marginal production technologies for life cycle inventories International Journal of Life Cycle Assessment 1999 4 1 48 56 44 National Energy Board Electricity Exports and Imports Monthly Statistics for 20092009 Available from http www neb gc ca clf nsi rnrgynfmtn sttstc Ictrctyxprtmprt 2009 ctrctyxprtmprt2009 08 eng pdf 45 Energie NB Power 2007 08 Annual Report2008 Available from http www nbpower com html fr about publications annual AnnualReport0708FR pdf 46 Federal Energy Regulatory Commission 2008 Sta
335. ting from an intertemporal fossil fuel based arbitrage will however stay increasingly profitable under any type of carbon constraint as hydropower production cost will not be affected by such GHG price while all fossil fuel technologies will 5 Conclusion One can state that the environmental benefits of hydropower exports are considerable as long as they substitute coal and natural gas produced electricity However detailed GHG assessment of such electricity trade 1s missing from the literature This paper provides such analysis and we show how significant GHG gains are in the context of the North American Northeast electricity market A method to estimate the net GHG emissions resulting from such electricity trade was developed Hourly exchange of electricity with all neighbours was examined over the 2006 2008 period Marginal production technologies hydropower coal natural gas or oil were identified for every hour to pair hourly electricity exchange with a specific GHG emission quantity Over the 2006 2008 period our computations show that electricity imports into Quebec were responsible for 7 7 Mt of GHG while Quebec exports avoided 28 3 Mt of GHG emissions If the net result is 20 6 Mt of avoided emissions over three years arbitraging activities led to an emissions increase It was also found that extending the boundaries by including GHG emissions from all life cycle stages resource extraction to end of life increases the
336. tion de champ et la synchronisation de la fr quence 34 35 La d cision de favoriser le d veloppement de la production distribu e d nergies renouvelables ou le raccordement des syst mes pr sent s dans cette section au r seau est requis doit tre pr c d par une analyse de plusieurs l ments qui en d terminent la performance valuation de la ressource renouvelable qui constitue la base principale de tout projet conception du syst me tudes des impacts environnementaux achat du syst me et de ses composantes installation dur e de vie de l quipement frais d entretien remplacement des composantes tudes des cons quences de l int gration de la production renouvelable dans le r seau etc Ainsi un grand 14 nombre d l ments techniques conomiques et environnementaux entrent en ligne de compte lors de la r alisation d un projet de production distribu e d nergies renouvelables Plusieurs tudes ont t r alis es traitant de cette probl matique et plus particuli rement de l valuation de la performance de production d nergies renouvelables incluant les cons quences de son int gration dans le r seau centralis Avant de passer l analyse critique des tudes ant rieures les outils du cycle de vie et plus particuli rement l analyse du cycle de vie et l analyse des couts du cycle de vie leurs principes et diff rents indicateurs de performance sont pr sent s dans les sous sections sui
337. tion de la dynamique de la production lectrique tout en tant suffisamment r aliste Il est mentionner que la prise en compte de la dynamique de la production lectrique devient tr s pertinente dans l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables production galement variable dans le temps 2 4 4 Influence de la taxe sur le carbone sur les impacts environnementaux et conomiques En continuit avec l valuation des approches conventionnelles quant leur simplification de la dynamique de la production lectrique tout en tant suffisamment r aliste il n est pas clair si l utilisation des approches conventionnelles est appropri e pour analyser l influence des taxes sur le carbone lors de l valuation des impacts du cycle de vie en cons quence de l int gration de la production distribu e dans le r seau centralis 33 Par exemple assumer un seul type d unit de production lectrique comme technologie marginale en utilisant typiquement des centrales thermiques peut devenir probl matique avec l introduction de la taxes sur le carbone 47 Sachant que l introduction d une telle taxe a pour cons quence d augmenter le cout de production de l lectricit partir des centrales thermiques grandes mettrices de GES les centrales faibles missions de GES deviennent plus concurrentes gr ce leur fiable cou
338. tion production distribu e de conversion et de raccordement au r seau 2 Emballage des composantes p Transports des composantes entre les lieux de production et 2 Distribution d utilisation Installation et raccordement des technologies au r seau Pu Rus Op ration des technologies 3 Utilisation Maintenance entretien et r paration D mant lement des installations Pe eee p Transports des composantes entre les lieux d utilisation et de 4 Fin de vie gestion 3 Gestion des composantes limination 4 1 2 2 Donn es d inventaire du cycle de vie Le recours aux donn es dites primaires c d sp cifiques aux syst mes tudi s est souhaitable pour la r alisation d une ACV puisque ces donn es assurent un inventaire le plus repr sentatif possible des entrants et des sortants des processus impliqu s augmentant ainsi la pertinence de l tude Les donn es primaires pour les oliennes de petites puissances de 1 et 10 kW ont essentiellement t collect es aupr s de divers manufacturiers pr sents sur le march 45 nord am ricain des oliennes de petites puissances Le processus de collecte a principalement t assur par l entremise de consultation des fiches techniques des produits 78 Les donn es de l olienne de petite puissance de 30 kW et les donn es des panneaux solaires de 3kWp monocristallins et polycristallins proviennent de la banque de donn es ecoinvent donn es second
339. tionally to their averaged contribution With current knowledge on the different LCA approaches the need for CLCA to use marginal data for electricity production becomes evident To do so a distinction between short and long term time horizons 1s required A short term marginal data represents changes in the use of the existing power plant production capacity 1 e the change in generation from the 172 available power plants 4 8 A long term marginal data represents changes in the production capacity and or technology and therefore is an estimate of the next power plant likely to be built in the case of a growing market given potential constraints e g economic political and resource 4 8 The major assumption behind marginal data modeling is that a power plant that operates to provide electricity at the margin is more likely to respond to a change in electricity demand than the average contribution of all power plants to the grid Choices made when modeling average or marginal data including the type of marginal data can have considerable implications on LCA results Electricity production modeling using average data From an average data perspective a common way of modeling electricity supply considers the national grid mix such as the US average mix which unrealistically simplifies the complexity of the grid 9 Even 1f electrons are equal during their consumption their generation plant 1s not the same and the distance the
340. tir du charbon devient la plus fr quemment marginale Les r sultats obtenus pour le Nouveau Brunswick la Nouvelle Angleterre et New York montrent que la technologie marginale la plus fr quente est toujours la production au gaz naturel En augmentant le prix de taxe de 60 90 US par tonne de CO les r sultats des tableaux 3 et 4 montrent que les fr quences des technologies marginales changent encore plus significativement En effet avec un niveau de taxe lev le prix de production partir des syst mes thermiques devient significativement plus lev Cette augmentation explique pourquoi l hydro lectricit devient aussi plus fr quemment marginale au Nouveau Brunswick et New York c d pas seulement en Ontario 229 Tableau 1 Fr quence des technologies marginales dans les march s lectriques limitrophes la province de Qu bec en absence de la taxe sur le carbone d heures durant 2006 2007 et 2008 W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petites puissances de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Technologie marginale Pas de G production Hydro lectricit Charbon e Mazout d nergies naturel renouvelables a W30 20 66 11 0 3 W10 21 66 11 0 1 Ontario WI 20 66 11 0 2 PVm 8 36 9 0 47 PVp 8 36 9 0 47 W30 4 38 54 2 3 CREER W10 4 39 54 2 1 DE WI 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15
341. tive renvoie une diminution des impacts SH QE CC RES Cout DALY PDF m yr kg CO eq d US primary PVp inf 2 21E 08 6 65E 02 2 93E 02 3 55E 01 0 36 W30 sup 6 92E 10 7 67E 02 1 62E 02 4 21E 01 0 08 p PVp inf 3 2E 07 7 4E 02 1 0E 00 1 5E 01 0 27 eng MazoUt w30 sup 3 4E 07 8 4E 02 LIE 00 1 6E 01 0 01 Pind Gar nature PVP inf L31E 08 L32E 02 1 75E 01 3 32E 00 0 33 W30 sup 9 69E 09 3 01E 03 2 20E 01 4 09E 00 0 05 N inclut pas les couts de d mant lement une approche conservatrice est appliqu e Repr sente la technologie affect e dans la province de Qu bec Nouveau Brunswick et New York Repr sente la technologie affect e au Nouveau Brunswick et New York i W30 sup est l olienne de petite puissance 30 kW tant la meilleure s quence pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne et PVp inf est le panneau solaire polycristallin 3KWp tant la meilleure s quence pour les conditions m t orologiques au dessous de la moyenne Approche Sc narios Syst mes Moyenne Grid mix 5 3 R sultats du d veloppement et de l application du mod le pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Article 2 3 et 4 Comme il a t mentionn lors de la revue de litt rature la mise en op ration des centrales thermiques partir
342. torit s limitrophes la province de Qu bec Les capacit s de production lectrique disponibles dans les autorit s voisines de la province de Qu bec ont t compil es pour 2006 2008 95 96 111 Pour d terminer la courbe de l offre par autorit 11 faut galement connaitre le cout du combustible par type de centrale Le cout du combustible qui est gal au cout de la mati re premi re US Btu multipli par le rendement thermique de l unit de production Btu kWh 32 91 permet de d finir l ordre d op ration des centrales merit order jusqu r pondre la totalit de la demande lectrique L valuation du cout du combustible par type de centrale et pour les quatre autorit s voisines de la province de Qu bec renvoie la d marche d crite dans la section 4 1 4 1 b Pour les centrales nucl aires et hydro lectriques le cout du combustible et les couts variables d op ration proviennent de la litt rature 75 Ces couts sont consid r s constants entre 2006 2008 Avec l introduction de la taxe sur le carbone le cout des missions de gaz effet de serre se rajoute au cout du combustible Le taux d missions par type de centrale et par autorit est pr sent dans le tableau suivant Les bases de donn es d Environnement Canada et de Statistique Canada ont t n cessaires pour d terminer le taux d missions pour le CO CH4 et N2O par type de technologies pour l Ontario et le Nouveau Brunswick 100 103
343. tr que la production distribu e d nergies renouvelables peut pr senter un avantage de r duction court terme des impacts environnementaux et conomiques uniquement si la production centralis e d lectricit partir du mazout est r duite et par cons quent identifi e comme technologie marginale D un autre c t les r sultats du troisi me article ont montr que l int gration de la production distribu e permettrait une r duction des impacts environnementaux pour toutes les autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec lorsque la dynamique des technologies marginales est consid r e Une exception est not e pour la cat gorie de la Qualit des cosyst mes QE en utilisant l olienne de 1 kW Cependant cette r duction ne s applique que d un point de vue environnemental En effet les r sultats du quatri me article ont montr qu il n y avait pas d avantage conomique implanter la production distribu e en consid rant la dynamique des technologies marginales En effet en raison de la faible fr quence des moments o le prix du march de l lectricit est assez lev pour compenser le cout lev de la production distribu e le quatri me article montre clairement les limites des conclusions pr sent es par le premier article gr ce l int gration de dynamique de la production lectrique 85 En r sum le d veloppement de la production distribu e est coh rent court terme
344. tribu e ont t valu s de fa on int gr e Ceci c est fait en appliquant d abord une approche attributionnelle et une approche cons quentielle conventionnelle puis en appliquant la m thode int grant la dynamique d velopp e dans ce projet et ce avec et sans introduction de la taxe sur le carbone 93 Les principaux r sultats montrent que e L olienne de petite puissance de 30 kW et les panneaux solaires polycristallins de 3KWp repr sentent respectivement les s quences technologiques ayant le meilleur profil conomique et environnemental pour les conditions de vent et d ensoleillement au dessus et au dessous de la moyenne de la province de Qu bec De plus uniquement l olienne de petite puissance de 30 kW pr sente des avantages de r duction court terme des impacts environnementaux et conomiques seulement si l nergie renouvelable vient substituer de l nergie thermique partir du mazout e Avec la consid ration de la dynamique de la production lectrique l int gration de la production distribu e permettrait une r duction des impacts environnementaux pour toutes les autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec Une exception est not e pour la cat gorie de la Qualit des cosyst mes QE en utilisant l olienne de 1 kW Cette r duction ne s applique qu uniquement d un point de vue environnemental sachant que les r sultats du quatri me article montraient une absence totale
345. ts production in an amount equivalent to RES production since less is required from the marginal technology The marginal consequence of RES generation 1 e the decrease in electricity production of the marginal technology located 1n the markets adjacent to Quebec 1s assumed to be proportionate to the magnitude of RES generation due to unavailable data on transportation losses The method presented in the following sections introduces the modeling process advanced to internalize the externalities that correspond to the avoided GHG emissions 2 3 1 Determination of the hourly marginal electricity production technologies To single out a marginal electricity production technology the first step refers back to previous work see section 2 3 and Table 4 of previous work 4 and briefly consists of comparing the hourly electricity market prices see section 2 2 1 to the estimated fuel costs see section 2 2 2 for each studied jurisdiction The marginal electricity production technology 1s defined as the last power plant in the merit order of all power plants needed to meet the electricity demand and whose output varies with small changes in local market conditions 1 e an increased demand due to Quebec imports or a lower requirement for local supply due to Quebec exports The 218 determination of the hourly marginal electricity production technology was repeated for every carbon tax level from 0 to 100 US tonne CO eq 2 3 2 Matching RE
346. ts reli s aux aspects pr sent s ci dessus d passant les fronti res de l tape de la mise en op ration des syst mes de production distribu e c est pourquoi des outils holistiques d valuation sont n cessaires Dans ce contexte l approche cycle de vie permet d largir l valuation traditionnelle des impacts des syst mes de production distribu e d nergies renouvelables et d int grer divers aspects associ s aux cycles de vie Par cycle de vie on entend les tapes cons cutives et li es du syst me l tude de l extraction et du traitement des mati res premi res des processus de fabrication du transport du fonctionnement et finalement du recyclage et de la gestion des d chets en fin de vie 12 L objectif principal de l approche cycle de vie est de r duire la consommation de ressources et l mission de polluants l environnement ainsi que d am liorer la performance conomique et sociale des syst mes de produits aux diverses tapes de leur cycle de vie Dans le cas de la production distribu e d nergies renouvelables plusieurs cat gories d impacts ont t tudi es par le pass comme les impacts sur les changements climatiques 13 Les aspects sociaux ont t ajout s cette liste par souci d inclusion et ne seront pas trait s dans le cadre du projet de recherche l utilisation des terres 14 les impacts conomiques 6 7 etc Cependant les exemples d valuation int gr e des diff r
347. tudied such as global warming potential economic impacts land use etc However only a few studies have combined all these different impacts through a life cycle perspective despite recommendations to incorporate such a combination Furthermore these identified studies focused on assessing ideal conditions and compared small scale renewable technologies to a high carbon centralized electricity production even if approaches using different potentially affected centralized energy systems based on average and short term marginal data already exist One major drawback of assessing ideal conditions is the difficulty in generalizing the results due to the specific setting used to assess distributed generation Therefore it is recommended to perform a sensitivity analysis using different centralized energy systems to provide a better picture of the potential benefits of distributed generation as an energy policy Surprisingly however little research has been conducted on how such an analysis can affect study conclusions The first objective of this research project consisted in assessing the life cycle performance of small scale renewable technologies More specifically the assessment integrates the environmental and economic life cycle impacts LCA and LCC of five commonly used small scale systems two types of grid connected photovoltaic panels 3 kWp mono crystalline and poly crystalline system and three types of micro wind turbines 1 kW 10 kW
348. u dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 82 a Ontario New Brunswick Mew England New York b Ontario New Brunswick New England New York 5 3 a4 E IR 3 a E WB Ba Eam Ea 2a E al 222 al Fa sls 2 s als z 4 0E 08 7 1 0E 02 0 5E 02 O 0E 00 0 0E 00 2 0E 08 A LJ ra L EY 6 E 4 0E 08 A s t b L A 0 5E 02 a a 6 0E 08 c om a 1 0E 02 8 0E 08 1 5E 02 D 1E 06 x m m 0 1E 06 2 0E 02 Hydraulique Charbon iB Gas naturel Mazout A Approche propos e Hydraulique Charbon B Gas naturel Mazout Approche propos e c Ontario Mew Brunswick Mew England New York d Ontario New Brunswick Mew England New York I2 9 4 E el8 8 4 E al 8 5 Eales BASE mn S n E ele Saw Eala Baw E ale Be E a zzz amp k l222z amp e amp g s s 3 amp ale Sa zzz amp k amp l2zzszkkl2szkEk 2zEkEE 4 DE 02 0 5E 00 4n os Peas EE PA PT 0 0 00 D 0E O0 1 2 0E 02 0 5E 00 4 4 0 02 m r a u u i cC an gale ee o T pre H AN TL 1 60E 02 FE la 8 da lee eoj a E a
349. u e est rendue possible depuis 2006 En effet l lectricit inject e par l abonn dans le r seau fait objet d une note de cr dit dans son dossier et sera substitu e sa consommation totale 3 Au del de la tarification nette le d veloppement de la production distribu e s appuie galement sur des programmes d incitation la production verte mis en place en vertu d objectifs nationaux de r duction des missions polluantes et de GES 1 5 42 cents par kilowattheure kWh 10 tant les fili res plus fr quemment utilis es le projet de recherche va se concentrer sur la production distribu e d nergies renouvelables par le solaire Photovoltaique et les oliennes de petites puissances 2 1 2 Description des syst mes de production d nergies renouvelables Dans un contexte de production distribu e un syst me de production d nergies renouvelables connect au r seau est g n ralement compos 28 e Du syst me de production d nergie par exemple modules Photovoltaiques ou oliennes de petites puissances e D unou plusieurs onduleurs e Decompteurs d lectricit de c bles lectriques pour les connexions et e De diverses composantes protection contre la foudre fusibles et disjoncteurs La figure suivante pr sente un exemple de configuration des l ments n cessaires pour la production d nergies renouvelables avec raccordement au r seau 29 Les principales composantes de
350. u KWh were estimated for Quebec adjacent markets over the 2006 2008 period as follows Oil electricity generation use with different proportion heavy fuel oil kerosene and middle distillate fuels No 1 No 2 No 4 fuel oil and diesel Specific proportions were not available in order to estimate a more accurate fuel market price 7 MMBtu 10E 06 British Thermal Units or 1055 10E 06 joules 144 l For Ontario and New Brunswick data was provided by Statistics Canada Statistics Canada 2008a 20092 As there is no available data for 2008 the 2007 thermal efficiencies were used as a proxy Also in the absence of detailed value by prime mover 1 e steam turbine gas turbine internal combustion and combined cycle an average value was used 2 For New England and New York data was provided by the EIA electricity databases EIA 2010d For these jurisdictions it is possible to disaggregate thermal efficiencies as a function of prime mover This additional step breaking down plant s efficiency by fuel and prime mover helps in giving detailed fuel cost data not only as a function of the fuel type but also as a function of the prime mover for example natural gas combined cycle plants are dispatched at a lower fuel cost than natural gas steam turbine plants Finally fuel costs in US MWh were estimated using the fuel market prices and the appropriate thermal efficiency in each of the jurisdictions considered in this study
351. uantification des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e En r sum ces approches utilisent soit des donn es moyennes soit des donn es marginales pour le court ou le long terme Le choix quant leur utilisation peut avoir des r percussions consid rables sur les impacts valu s et par le fait m me sur les conclusions de l tude Les impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration des syst mes Photovoltaiques et des oliennes de petites puissances sont valu s en utilisant des donn es moyennes et des donn es marginales pour le court terme 4 1 3 1 Approche par donn es moyennes Les donn es moyennes repr sentent la mod lisation des sources d approvisionnement nerg tique dans une d limitation g ographique et lors d une p riode donn e 47 L hypoth se principale relative la mod lisation des donn es moyennes de la production lectrique suppose par exemple qu en cons quence de l int gration de la production distribu e dans le r seau moins d lectricit sera n cessaire partir du r seau centralis Grid mix Ainsi toutes les centrales de production lectrique vont diminuer leurs productions d une mani re proportionnelle et gale leurs contributions l approvisionnement nerg tique Plusieurs d limitations g ographiques peuvent tre utilis es pour mod liser les donn es moyenn
352. ucial because it points out the exact effect of Quebec electricity trade in this jurisdiction Average energy market prices in markets around Quebec and at the Quebec interconnection are shown in Table 13 IRC ISOs R TOs 2009 To a lesser degree for the New York market natural gas power plants are also reported in 2007 to be marginal during a high percentage of hours NYISO 2008 which 1s also pointed out in Table 4 However coal power plants are reported to be marginal only in 3 of the hours in 2007 in contrast to 39 see Table 4 Referring to Table 13 in 2007 the New York average energy market price 1s 33 above the New York average spot price at the Quebec interconnection Table 13 Average energy market prices IRC ISOs RTOSs 2009 and Quebec interconnections spot price comparison 2006 2007 2008 Ontario Average energy market prices IRC 48 75 50 51 51 67 IESO Cdn Quebec interconnection prices 46 34 47 85 48 83 New England Average energy market prices IRC 62 74 69 57 83 91 ISO NE Quebec interconnection prices 60 92 67 99 69 05 New York X Average energy market prices IRC 73 10 76 57 90 09 NYISO Quebec interconnection prices 54 90 57 56 66 35 New Average energy market prices IRC Brunswick a i NBSO Cdn Used data b 64 87 67 10 80 18 a No central organized spot market exists within NBSO therefore spot prices are not available for this region NBSO operates a balancing market b The New England
353. uction distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b cet d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin Figure 5 2 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 30 US tonne de CO des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst mes les changements climatiques et les ressources W30 W10 WI PVm et PVp r f rent aux oliennes de petite puissance de 30 kW 10 kW et 1 kW panneaux de 3 kWp de type monocristallin et de type polycristallin 81 xxil Figure 5 3 Influence du choix des donn es lors de l valuation en pr sence d une taxe de 90 US tonne de CO des impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables pour les conditions m t orologiques au dessus de la moyenne de la province de Qu bec a b c et d r f rent la sant humaine la qualit des cosyst
354. uction distribu e durant une p riode donn e heure 1l y a absence de cons quence quant l int gration de ces syst mes 64 Dans le cas contraire lors de l int gration dans le r seau de l nergie renouvelable produite la province de Qu bec peut importer ou exporter de l lectricit Lors de l importation lectrique les technologies marginales des autorit s voisines augmentant leurs productions pour r pondre cette demande vont diminuer leurs productions de la quantit quivalente l nergie renouvelable produite par les syst mes de production distribu e tant donn que moins d importation sera n cessaire Lors de l exportation lectrique l nergie renouvelable produite par les fili res tudi es sera galement export e et aura comme cons quence de r duire la production des technologies marginales se trouvant dans les autorit s important de l lectricit partir de la province de Qu bec Ainsi lors de la production distribu e les technologies marginales se trouvant dans les autorit s voisines de la province de Qu bec baisseront leur production en cons quence de l int gration de cette nouvelle quantit d nergie produite Pour quantifier le degr de raffinement apport par l application du mod le propose l utilisation d approches conventionnelles et plus particuli rement des donn es marginales pour le court terme c d identifier les technologies marginales selon l approche cinq t
355. ue D veloppement et application du modele quilibre partiel pour l valuation de l influence de la taxe carbone sur les Application des approches conventionnelles pour l valuation des impacts environnementaux et conomiques reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e Objectif 2 impacts environnementaux et conomiques de l int gration de la production distribu e et en tenant compte de la dynamique de la production lectrique Objectif 4 Approche marginale court Objectif 3 terme i Comparaison des r sultats et interpr tation Figure 4 1 M thodologie g n rale du projet de recherche 4 Les prochaines sous sections d crivent chacune des tapes suivies pour l aboutissement du projet de recherche 4 1 1 Pr sentation des syst mes s lectionn s de production distribu e d nergies renouvelables et du contexte d application Plusieurs configurations sont possibles pour la production distribu e d nergies renouvelables Ces configurations varient selon la puissance et le type d installation du panneau solaire Photovoltaique et de l olienne de petite puissance selon la puissance du convertisseur et selon le raccordement entre les diff rentes composantes Le but du projet de recherche n tant pas d valuer toutes les configurations possibles les configurations les plus fr quemment appliqu es ont t s lectionn es 33 76 Dans le
356. ue to the energy supplied by small scale renewable technologies As the assessed systems lifetime is at least 20 years Table 1 it is suggested to characterize the affected technologies over a short and long term period A step wise procedure proposed by Weidema 2003 was used in order to identify the affected technologies 41 The procedure consists of determining the scale and time horizon of the studied change the market delimitation and trend the production constraints 1 e technical natural political market related and the technologies most sensitive to change The logic 1s described in the following sections 4 2 1 Short term marginal approach The short term affected technology 1 e the short term marginal technology is defined as an existing technology changing its output due to small changes in electricity supply 41 Before identifying the affected technologies it is important to describe the situation in which change in electricity supply occurs In case of a small increase in Quebec electricity consumption e g for hot summer afternoons or cold winter days the available power plant that will be used to produce this small amount of additional electricity 1s likely to be the oil power plant 42 This 1s because in practice hydropower 1s limited to its present electricity production As the increased demand for electricity cannot be covered by hydropower it causes an increase in production from oil power plants Then we can a
357. uilibre partiel repose sur les trois tapes suivantes a Analyse de la demande lectrique horaire dans les autorit s limitrophes la province de Qu bec Les donn es horaires de la demande lectrique totale des autorit s changeant de l lectricit avec la province de Qu bec Ontario Nouveau Brunswick Nouvelle Angleterre et New York ont t compil es partir des bases de donn es des op rateurs de chaque r seau lectrique 89 107 109 Combinant ces donn es avec le prix du march de l lectricit voir section 4 1 4 1 a il a t possible de d terminer pour chaque heure entre 2006 et 2008 la fonction de la demande lectrique X 1 Ces fonctions sont d termin es pour chaque autorit de la mani re suivante X jh bin E jh 1 Avec Dauer d p j h 2 djn sK y bjn P 3 Dans l quation 1 2 et 3 X jh est la demande lectrique MWh et p jhle prix du march de l lectricit SUS MWh Une lasticit de prix est utilis e pour calculer la valeur des param tres b et a n h et j renvoient l heure et l autorit valu e L lasticit des prix a t fix e 0 15 110 Une analyse de sensibilit en variant la valeur de l lasticit jusqu 0 5 a 60 galement t effectu e Finalement la fonction de la demande lectrique X jh est pr sent e dans la figure 4 4 b Analyse de la production lectrique horaire courbe de l offre dans les au
358. ules Photovoltaiques sont compos es d un mat riau semi conducteur en g n ral du silicium Lorsque les photons frappent ces cellules ils transf rent leur nergie aux lectrons du mat riau Ceux ci se mettent alors en mouvement dans une direction particuli re soit une grille collectrice situ e au dessus cr ant ainsi un courant lectrique continu dont l intensit en fonction de l ensoleillement Les modules sont les convertisseurs d nergie lumineuse en lectricit compos s d un ensemble de cellules Photovoltaiques reli es entre elles lectriquement Les cellules Photovoltaiques sont constitu es de semi conducteurs base de silicium Elles se pr sentent sous la forme de deux plaques fines en contact troit Ces semi conducteurs sont confin s entre deux lectrodes m talliques et le tout est prot g par une vitre Les modules Photovoltaiques se distinguent en fonction des technologies de silicium qu ils utilisent 32 Pour produire une cellule monocristalline du silicium pur est n cessaire Le silicium est obtenu gr ce un processus de r duction de la silice en utilisant du carbone La silice quartz est extraite et purifi e avant la r duction Le silicium fondu va lors de son refroidissement former un seul cristal de grande dimension Des tiges de silicium monocristallin sont alors extraites du cristal puis sci es en fines tranches pour obtenir des rondelles wafer n cessaires pour la fabrication des cellules
359. un ou plusieurs acteurs dans le cycle de vie fournisseur manufacturier utilisateur et le gestionnaire en fin de vie les couts externes du m me cycle de vie L internalisation des couts externes ou externalit s consiste exprimer les impacts environnementaux en termes mon taires pour les ajouter aux couts du cycle de vie couts internes Pour ce faire 1l est possible d estimer un cout pour chaque cat gorie d impacts en se basant sur plusieurs approches 36 1 les couts rembours s par les assurances 2 la volont des individus de payer en fonction du dommage viter Willingness to pay 3 les couts n cessaires pour rem dier un impact et finalement 4 le surcout engendr par le dommage soin etc Certains mod les d valuation des impacts du cycle de vie EICV comme le mod le EPS 17 traduisent les impacts environnementaux en valeurs mon taires Il est donc plus direct dans ce dernier cas d utiliser le r sultat final et de l ajouter avec les couts internes d une ACC Pour r sumer ACC Environnementale englobe l ACC Conventionnelle en couvrant premi rement toutes les tapes du cycle de vie incluant la fin de vie et en second lieu les couts externes associ s aux impacts environnementaux du cycle de vie Dans le cas d une combinaison des r sultats 27 d une ACC avec ceux d une ACV il serait souhaitable d utiliser une ACC environnementale pour consid rer les m mes fronti res du syst me 57 Cependant une
360. ut the importance of electricity trade s impact on GHG emissions If life cycle emissions would have been used instead of direct emissions only larger reductions would have been observed 154 Table 8 CO emissions US and GHG emissions Canada by jurisdiction 2006 2008 in million tonnes Environment Canada 2008 NEB 2009c Sector NEW ile York b Electric Power di ac England b Electric Power New Total ER Emissions Electric Power Total Ontario Emissions Electric Power Total Quebec Emissions Electric Power a For missing 2008 values the average of the two previous years was used b Only CO emissions are displayed in the case of New York and New England 2006 194 54 46 54 174 24 42 49 18 7 7 06 192 28 6 83 8 0 918 2007 201 25 49 19 176 67 44 18 19 1 7 31 200 22 86 8 2 18 2008 n a n a n a 18 6 83 190 27 4 82 0 47 4 3 Trade Impact of Marginal GHG Emissions Total 2006 2008 a 593 68 143 59 526 35 130 00 55 80 21 20 582 00 88 00 252 60 3 57 Total Net Trade GHG Impact 6 81 13 11 2 68 1 98 Change 1 1 4 7 2 5 10 4 8 12 6 0 3 2 27 As long as GHG emissions have no market value as it is currently the case in North America and in most jurisdictions this analysis has little implications in terms of current electricity trade flows In such context this paper simply provides a more precise estimate of the re
361. ution 2007 Minister of Industry Ottawa ON Technical Report 57 202 X 2009 http dsp psd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 X1IB 57 202 XIB e html Consulted on March 2010 13 Statistics Canada Electric Power Generation Transmission and Distribution 2006 Minister of Industry Ottawa ON Technical report 57 202 X 2008 http dsp psd pwgsc gc ca Collection R Statcan 57 202 XIB 57 202 XIB e html Consulted on March 2010 14 EIA Utility Non Utility and Combined Heat amp Power Plant Database Form EIA 906 EIA 920 and EIA 923 Databases pp 2010 Available www ela doe gov cneaf electricity page e1a906 920 html Consulted on April 2010 15 O Jolliet M Margni R Charles S Humbert J Payet G Rebitzer and R Rosenbaum IMPACT 2002 A New Life Cycle Impact Assessment Methodology International Journal of Life Cycle Assessment vol 8 no 6 pp 324 330 2003 204 ANNEXE 4 ARTICLE 4 ASSESSING THE ECONOMIC VALUE OF RENEWABLE DISTRIBUTED GENERATION IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET f b Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson CIRAIG cole Polytechnique de Montr al Department of Chemical Engineering P O Box 6079 Montr al Qc Canada H3C 3A7 CIRAIG HEC Montr al 3000 Chemin de la C te Sainte Catherine Montr al Qc Canada H3T 2A7 National Council for Air and Stream Improvement P O Box 1036 Station B Montr al Q
362. ux types les donn es marginales pour le court terme Short term marginal data et les donn es marginales pour le long terme Long term marginal data Dans l exemple pr c dent de production lectrique une donn e marginale de type court terme sur la m me production d lectricit ne tiendrait compte quant elle que de la centrale d lectricit qui se voit perturb e dans sa production par exemple devra augmenter sa production cause de l augmentation de la consommation lectrique 44 48 S1 les productions hydro lectriques et au charbon se font d j pleine capacit la technologie marginale sera la production thermique qui n a qu accroitre sa consommation en gaz naturel pour r pondre la demande suppl mentaire Dans ce cas le vecteur de flux l mentaires devient Delec marg court Deas 2 D un autre cote la mod lisation des donn es marginales de la production lectrique pour le long terme est repr sent e par un changement de capacit et ou types de centrales lectriques qui est pr vu pour installation dans un contexte d augmentation de la demande lectrique 44 48 En continuant avec le m me exemple si les barrages hydro lectriques sont pr vus pour tre construits dans le but de r pondre une augmentation future de l lectricit les barrages hydro lectriques seront probablement les plus susceptibles r pondre un changement Dans ce cas le vecteur de flux l mentaires devi
363. valeur r siduelle D un point de vue ACV cette dur e de vie peut tre de l ordre de cinq ans ou plus si des mises jour et des r parations sont effectu es La seconde diff rence r side dans la d finition du syst me de produit et des flux mod lis s Les processus l mentaires inclus dans ACC sont ceux qui pr sentent un lien direct avec l investissement Ces liens sont repr sent s par les flux mon taires En se r f rant l exemple de l ordinateur ces derniers correspondent au cout de l ordinateur des batteries de rechange des accessoires tout en soustrayant les b n fices estim s de vente apr s la dur e de vie conomique Les couts reli s la fin de vie ne sont pas forc ment consid r s D un point de vue ACV les processus l mentaires et les flux correspondants renvoient l tape de la fabrication de l ordinateur sa consommation nerg tique incluant sa fin de vie recyclage et ou enfouissement Il serait donc incorrect de penser que les flux mon taires mod lis s par ACC sont proportionnels aux flux physiques mod lis s par l ACV 18 En dernier lieu au niveau des fronti res temporelles il y a un manque de dimensions temporelles en ACV dans les r sultats de 23 l inventaire du cycle de vie et par cons quent dans l valuation de l impact du cycle de vie 12 Toutefois ceci n est pas le cas en ACC Une actualisation des flux mon taires est donc n cessaire dans le cas d une combinaison des
364. vantes 2 2 Outils d valuation environnementale 2 2 1 Introduction P ACV L ACV permet d valuer les impacts environnementaux potentiels associ s un produit et ou un service 12 L valuation des impacts environnementaux se fait suivant une approche holistique qui tient compte de l extraction et du traitement des mati res premi res des processus de fabrication du transport de l utilisation de la r utilisation du produit fini et finalement du recyclage et de la gestion des d chets en fin de vie Ce type d analyse nomm e du berceau au tombeau cradle to grave permet ainsi d viter des d placements de probl mes ou d impacts la suite d un changement quelconque au sein de la m me entreprise 36 La proc dure m thodologique de la r alisation d une ACV est r gie par l organisation internationale de normalisation ISO et plus pr cis ment par les normes ISO 14040 12 et 14044 37 Cette proc dure comprend quatre phases pr sent es la figure ci dessous e Definition des objectifs et du champ de l tude c d tablir le cadre m thodologique auquel les phases subs quentes de l ACV doivent se conformer e Inventaire c d cueillette des donn es pour la quantification des entrants et des sortants du syst me de produits Le terme produit utilis pour des raisons de simplification fait r f rence aux syst mes de produits et aux syst mes de services 15 e Eva
365. veau de la taxe sur le carbone les impacts environnementaux reli s aux cons quences de l int gration de la production distribu e d nergies renouvelables Les r sultats obtenus incluant ceux pr sent s dans le quatri me article seront compares aux r sultats issus de l utilisation d approches conventionnelles et plus particuli rement des donn es marginales pour le court terme c d identifier les technologies marginales selon l approche cinq tapes propos e par Weidema 2003 et supposer qu ils sont invariables dans le temps La figure 1 montre l volution du prix de production des syst mes thermiques de production lectrique en fonction de la taxe sur le carbone Les technologies marginales sont identifi es pour 30 60 et 90 US par tonne de CO La figure 1 montre que pour une taxe de 30 US par tonne de CO la production de l lectricit partir de mazout est la technologie dont le cout d op ration est le plus lev Cette derni re est donc s lectionn e comme technologie marginale lorsque la proc dure de Weidema 48 est appliqu e La figure 1 montre galement que la production de l lectricit partir du gaz naturel et du charbon se trouve en deuxi me position pouvant ainsi tre identifi e comme technologie marginale pour les quatre autorit s Ces trois syst mes seront donc consid r s comme technologies marginales potentielles pour le niveau de taxe de taxe de 30 US par tonne de CO Il est
366. venus Revenus Revenus Revenus Revenus ee externalit s externalit s externalit s externalit s externalit s Figure 2 4 Cadre g n ral des trois types d ACC adapt de Hunkeler et al 57 2 3 2 2 Inventaire conomique du cycle de vie La phase d inventaire du cycle de vie se r sume inventorier les donn es pertinentes d entr e et de sortie rapport es au syst me tudi les flux mon taires d coulant de l tude Pour ce faire il est important de d terminer les types de couts qui doivent tre consid r s d pendamment du type d ACC appliqu G n ralement on distingue deux types de couts Les couts internes consid r s dans le cycle de vie d un produit et les couts externes Le terme interne s applique tous ceux qui sont directement concern s par le cycle de vie du produit le producteur le transporteur le consommateur ou autre partie prenante qui payent pour la production la consommation et ou la fin de vie Ces diff rents couts concernent tous les couts et revenus b n fices du syst me conomique qui sont inclus dans le premier cadre int rieur de la figure ci dessus Les couts relatifs aux processus physiques incluant les flux de mati re et d nergie sont consid rer Dans le cas d une application simultan e d une ACV il est possible d utiliser l inventaire de cette derni re et de le multiplier par la valeur mon taire 36 La valeur mon taire peut tre obtenue 26 directeme
367. vironmental costs a Swedish study The International Journal of Life Cycle Assessment pp 1 6 Varun I K Bhat et R Prakash LCA of renewable energy for electricity generation systems A review Renewable and Sustainable Energy Reviews vol 13 no 5 pp 1067 1073 2009 A L B Heagle G F Naterer et K Pope Small wind turbine energy policies for residential and small business usage in Ontario Canada Energy Policy vol 39 no 4 pp 1988 1999 2011 J B Guin e R Heijungs G Huppes A Zamagni P Masoni R Buonamici T Ekvall et T Rydberg Life Cycle Assessment Past Present and Futurey Environmental Science amp Technology vol 45 no 1 pp 90 96 2010 C L Weber P Jaramillo J Marriott et C Samaras Uncertainty and variability in accounting for grid electricity in life cycle assessment in Sustainable Systems and Technology 2009 ISSST 09 IEEE International Symposium on 2009 pp 1 8 C L Weber P Jaramillo J Marriott et C Samaras Life Cycle Assessment and Grid Electricity What Do We Know and What Can We Know Environmental Science amp Technology vol 44 no 6 pp 1895 1901 2010 J Marriott et H S Matthews Environmental Effects of Interstate Power Trading on Electricity Consumption Mixes Environmental Science amp Technology vol 39 no 22 pp 8584 8590 2005 J Marriott H S Matthews et C T Hendrickson Impact of Power Generation Mix on Life Cycle
368. w W10 4 36 52 2 6 eee ee WI 3 35 51 2 9 PVm 1 15 36 1 47 PVp 1 15 36 1 471 W30 6 21 54 8 11 New W10 7 23 56 8 6 Cr W I 6 22 55 8 9 PVm 2 8 38 5 47 PVp 2 8 38 5 471 W30 3 34 50 2 11 W10 4 36 52 2 6 New York Wl 3 35 51 2 9 PVm 1 15 36 1 47 PVp 1 15 36 1 47 197 Table S6 Marginal technology in Quebec adjacent markets under above average conditions of hours during 2006 2008 W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind 1 kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Marginal technology No RES Hydropower Coal Natural Gas Oil generation a W30 20 66 11 0 3 W10 21 66 11 0 1 Ontario WI 20 66 11 0 2 PVm 8 36 9 0 46 PVp 8 36 9 0 46 W30 4 38 54 2 3 New W10 4 39 54 2 1 T WI 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 W30 7 24 58 8 3 New W10 21 66 11 0 1 Enoland WI 7 24 58 8 2 glan PVm 2 8 38 5 47 PVp 2 8 38 5 47 W30 4 38 54 2 3 W10 4 39 54 2 1 New York Wl 4 38 54 2 2 PVm 1 15 37 1 47 PVp 1 15 37 1 47 a No RES generation refers to the hour percentage when no marginal electricity production technologies decrease their production due to the variability of RES 7 Life cycle environmental impact abatements Figures S2 and S3 show for below and above average Quebec conditions the life cycle env
369. wer Academic Publishers 2002 138 ANNEXE 2 ARTICLE 2 ELECTRICITY TRADE AND GHG EMISSIONS ASSESSMENT OF QUEBEC S HYDROPOWER IN THE NORTHEASTERN AMERICAN MARKET 2006 2008 x n n b re Mourad Ben Amor Pierre Olivier Pineau Caroline Gaudreault and R jean Samson CIRAIG cole Polytechnique de Montr al CIRAIG HEC Montr al NCASI Keywords electricity trade marginal technology GHG estimate Abstract Worldwide electricity sector reforms open up electricity markets and increase trades This has environmental consequences as exports and imports either increase or decrease local production and consequently greenhouse gas GHG emissions This paper s objective is to illustrate the importance of electricity trade s impact on GHG emissions by providing an estimate of the net GHG emissions resulting from these trades To achieve this objective Quebec hourly electricity exchanges with adjacent jurisdictions were examined over the 2006 2008 period In order to associate a specific GHG emission quantity to electricity trades hourly marginal electricity 139 production technologies were identified and validated using the Ontario hourly output per power plant and information released in the Quebec adjacent system operator reports It is estimated that over three years imports into Quebec were responsible for 7 7 Mt of GHG while Quebec hydropower exports avoided 28 3 Mt of GHG emissions Hence the net result is 20 6
370. wind turbines 1 10 and 30 kW modeled for different climatic conditions in Quebec Canada The cost of electricity 1s based on the technical performance of the studied RES using a life cycle costing methodology The economic value of RES electricity is estimated with the 2006 2008 hourly wholesale electricity prices in Northeastern American markets Results show that distributed generation DG has no economic benefits using the selected RES even with a US 100 tonne of CO equivalent carbon tax This finding remains the same when the value of the avoided GHG emissions is fully internalized except for one scenario micro wind 30 KW Our results are key to understanding the extent to which subsidies for distributed RES can be economically sustainable when these systems are integrated into regional networks driven by centralized electricity production Acknowledgements The authors acknowledge the financial support of the industrial partners of the International Chair in Life Cycle Assessment a research unit of CIRAIG ArcelorMittal Bell Canada Cascades Eco Entreprises Qu bec RECYC QU BEC Groupe EDF Gaz de France Hydro Qu bec Johnson amp Johnson Mouvement des caisses Desjardins Rio Tinto Alcan RONA SAQ Total and Veolia Environment References 1 Heagle ALB Naterer GF Pope K Small wind turbine energy policies for residential and small business usage in Ontario Canada Energy Policy 2011 39 1988 99 2 McMonagle R
371. x amp Natural gas mOi Proposed approach Quebec Average Consumption mix Natural gas Oi Proposed approach Ontario Mew Brunswick Mew England New York d Ontario Mew Brunswick Mew England Mew York zzz 2 2 amp zs 2s SEE 408 02 Boo E al E al 98 E al E a al E a z332 CS SSRIS S SL els 3322 ga 2 E E 1 5 DE 00 0 0E 00 O 0F 00 PVm Pvp Wad 2 0E 02 5 0 00 e T e T e e E 4 0E 02 E m e a z e e ole T1 ino 1 et Ta a a 2 2 Sie 2 gt 6 0E 02 Hi 7 T m e Te s uli TTT T a lin 9 8 0E 02 amp 1 5E 01 x 0 1E 00 z g T s mja m 0 1E 00 M mg uim E E H 2 0 01 i 0 1E 00 3 a a m 2 5ESUI E 8 Q 2E 00 0 2E 00 3 0E 01 Quebec Average Consumption mix Natural gas mOil Proposed approach Quebec Average Consumption mix amp NMalural gas iil Proposed approach Figure 2 Choices of electricity supply modeling and implications on estimating life cycle environmental impact abatements a b c and d refer to Human Health Ecosystem Quality Climate Change and Resources W30 W10 WI PVm and PVp refer to micro wind 30 kW micro wind 10 kW micro wind kW 3 kWp mono crystalline 3 kWp poly crystalline Average Quebec climatic conditions Acknowledgements The authors acknowledge the financial support of the industrial partners of the International Chair in Life Cycl
372. x Ainsi toutes les centrales de production lectrique vont diminuer leur production d une mani re proportionnelle et gale leur contribution l approvisionnement nerg tique Cette hypoth se est consid r e non r aliste 7 23 En effet lors d une diminution de production lectrique en cons quence de l int gration de la production distribu e 1l est plus probable qu une centrale d un type donn diminue sa production contrairement toutes les unit s du parc de production lectrique C est pourquoi la mod lisation des donn es marginales de la production lectrique est sugg r e titre de rappel les donn es marginales pour le court terme correspondent un changement de la production des centrales lectriques d j existantes 44 48 La proc dure cinq tapes d velopp e par Weidema 48 a t appliqu e pour la mod lisation des donn es marginales pour 1 0 05 CA kWh avec un taux de change de 1 CA 0 0975 US 2009 50 le court terme Bri vement comme 1l a t pr sent dans la revue de litt rature la proc dure consiste identifier l tendue et l horizon temps du changement tudi d limiter le march consid r identifier la tendance de ce dernier identifier les contraintes de production et finalement identifier les technologies sensibles au changement appel es technologies marginales 48 Dans un contexte d valuation de la cons quence de l int gration de la production distr
373. y travel is generally minimized given the technical constraints of transmission lines 10 11 Recent studies modeling state consumption mixes in the US context 1 e state generation mixes including imports compared their results with different commonly used ways of modeling electricity supply 1 e US average mix state generation mixes Significant variations more than 100 were observed for LCA results 10 12 Electricity production modeling using marginal data Marginal data related to electricity supply Is often considered too complex to be modeled accurately 4 11 Therefore LCA studies often assume one specific marginal technology 13 14 even in cases where several are at the margin at different times A stepwise procedure was proposed to avoid unjustified assumptions 8 This procedure consists in determining the scale and time horizon of the studied change the market delimitation and trend the production constraints and the technologies most sensitive to change Nevertheless this procedure also only highlights one marginal technology 8 Earlier work has identified long term marginal electricity production technologies for the Nordic and the German electricity systems as a function of time by using an energy system analysis model in combination with LCA 15 16 Results from this work clearly showed how long term effects include consequences for investments in multiple technologies rather than solely on one marginal techn
374. ypothesis that all power plants composing the Quebec consumption mix are more likely to respond during RES production by their average contributions to the grid The national average could also consider the Canadian or the North American grid mixes However with a small net electricity importer or a net electricity exporter using a larger geographic scale is less appropriate 43 Referring to the total amount of transferred electricity over the 2006 2008 period 24 the province of Quebec 1s classified as a net electricity exporter which justifies the choice of using the Quebec consumption mix Beyond the choice of average electricity consumption mix marginal generation technology 1s also of importance 10 11 Hence in this study the results obtained using the proposed approach were also compared with those obtained with the stepwise procedure for identifying affected technologies 8 When applied to the Northeastern American context the stepwise procedure results showed that oil and natural gas power plants are the short term marginal electricity production technology and therefore can be chosen to estimate the life cycle environmental impact abatements as a consequence of RES generation 20 As previously mentioned an explicit line of simplification when oil or natural gas 1s selected as the marginal electricity production technology is to ignore the time variations of the electricity system This means that electricity is modeled as a stat
375. zout 1 20 1 42 1 42 1 03 1 32 1 74 1 22 0 93 1 61 1 19 Hydro b 0 011 0 011 0 011 0 011 a Les missions mises durant la phase de d mant lement des installations ne sont pas incluses b La base de donn es g n rique ecoinvent a t utilis e pour d terminer ce taux d missions c Quantification des cons quences de l importation et de l exportation de la province de Qu bec sur le bilan de gaz effet de serre et comparaison Une fois que l unit marginale de production lectrique a t 1dentifi e pour chaque heure entre 2006 2008 il a t possible d affecter la quantit d lectricit chang e responsable de la variation de production de l unit marginale le taux d missions de gaz effet de serre correspondant l unit marginale Les r sultats obtenus pour une heure donn e correspondant aux missions de gaz effet de serre mises ou r duites en cons quence des changes d lectricit entre la province de Qu bec et les autorit s voisines En effet pour une heure donn e si la province de Qu bec exporte plus qu elle importe des missions de gaz effet de serre sont r duites sachant que les missions de gaz effet de serre de l hydro lectricit sont faibles D un autre c t si la province de Qu bec importe plus qu elle exporte des missions de gaz effet seront mises sachant que les centrales de production de l lectricit import e par la province mettent plus de gaz

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