Intégration de la dymanique de la production électrique et évaluation des conséquences environnementales et économiques du cycle de vie de la production distribuée

La production distribuée d'énergies renouvelables peut jouer un rôle important dans l'atteinte des objectifs de différents programmes énergétiques tels qu'assurer un approvisionnement répondant à une consommation croissante en énergie et la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). Jusqu'à présent, plusieurs catégories d'impact de la production distribuée d'énergies renouvelables à partir de l'éolien et du solaire Photovoltaique ont été étudiées : les impacts sur les changements climatiques, les impacts économiques, les impacts sur l'utilisation des terres, etc. Cependant, les études évaluant ces différents impacts d'une manière intégrée et suivant une approche cycle de vie restent encore rares dans la littérature, bien que plusieurs travaux aient souligné l'intérêt d'une intégration. En plus de ne pas évaluer de manière intégrée les impacts environnementaux et économiques du cycle de vie, les études identifiées considèrent sans justification des scénarios idéaux (centrales de production électrique à partir du charbon ou du gaz naturel, grandes émettrices de GES) pour évaluer les impacts environnementaux et économiques à court-terme reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée, alors que plusieurs approches conventionnelles peuvent être appliquées. Ces approches consistent à utiliser soit des données moyennes, ou soit des données marginales pour le court-terme (en utilisant la procédure à cinq étapes développée par Weidema (2003). Jusqu'à présent, rares sont les études qui se sont penchées sur l'influence de ce choix d'approches sur les résultats. Le premier objectif du projet de recherche consiste à évaluer d'une manière intégrée et comparer les impacts environnementaux et économiques du cycle de vie attribuables aux systèmes de production distribuée d'énergies renouvelables. Pour ce faire, deux filières ont été évaluées: les panneaux solaires Photovoltaiques (3kWp monocristallin et polycristallin) et les éoliennes de petites puissances (1, 10 et 30 kW). De plus, les impacts environnementaux (qualité des écosystèmes, changements climatiques, ressources et santé humaine) et économiques du cycle de vie attribuables aux systèmes évalués ont été calibrés selon différentes intensités de vent et d'ensoleillement rencontrées au Québec. Le second objectif consiste à appliquer les approches conventionnelles pour l'évaluation à court-terme des impacts environnementaux et économiques reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée. Pour ce faire, une analyse de sensibilité des scénarios de système centralisé de production électrique utilisant 1) des données moyennes et 2) des données marginales pour le court-terme, a également été appliquée. En résumé, les résultats montrent que l'éolienne de petite puissance de 30 kW et les panneaux solaires polycristallins de 3kWp représentent respectivement les séquences technologiques ayant le meilleur profil économique et environnemental pour les conditions de vent et d'ensoleillement au-dessus et au-dessous de la moyenne de la province de Québec. De plus, uniquement l'éolienne de petite puissance de 30 kW présente des avantages de réduction à court-terme des impacts environnementaux et économiques seulement si l'énergie renouvelable vient substituer de l'énergie électrique obtenue de centrales thermiques au mazout. Les résultats de l'application des approches conventionnelles pour évaluer les impacts environnementaux et économiques reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée ne tiennent pas compte de la concordance entre la production d'énergies renouvelables et les unités de production marginales (ce qui est appelé ici la dynamique de la production électrique). Le troisième objectif du projet de recherche consiste à développer une méthode dans le but d'intégrer la dynamique de la production électrique pour l'évaluation à court-terme des impacts environnementaux et économiques reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée. Les nouveaux résultats en comparaison avec ceux obtenus en utilisant les approches conventionnelles vont aider à évaluer les fondements des approches conventionnelles à simplifier la dynamique de la production électrique tout en restant suffisamment réalistes. Pour ce faire, un modèle d'identification des technologies marginales qui tient compte de la dynamique de la production électrique est développé et appliqué au cas d'étude. Les résultats correspondants montrent que la réduction des impacts s'applique uniquement d'un point de vue environnemental. Avec l'utilisation de données moyennes de l'approvisionnement électrique, il n'y a aucune réduction des impacts environnementaux en conséquence de l'intégration de la production distribuée. Une seule exception pourrait être notée pour l'éolienne de 30 kW pour laquelle une réduction des impacts pour la catégorie ressources est observée. D'un autre côté, les résultats en utilisant l'approche proposée (tenant compte de la dynamique de la production électrique) montrent des réductions des impacts environnementaux pour toutes les catégories analysées (qualité des écosystèmes, changements climatiques, ressources et santé humaine) à l'exception de l'éolienne de 1 kW pour la catégorie qualité des écosystèmes. Ceci met en relief le biais qui pourrait être introduit par la simplification irréaliste de la dynamique de la production électrique en utilisant les données moyennes. De plus, en utilisant l'approche proposée, les résultats correspondants, se trouvent dans la plage de résultats obtenus en utilisant les deux technologies marginales statiques identifiés par l'application de la procédure à cinq étapes développée par Weidema (2003). Par contre, aucune tendance claire ne se dessine quant à la surestimation systématique des résultats lors de l'utilisation d'une technologie marginale statique par rapport à l'approche proposée. Par exemple, les résultats obtenus en utilisant, comme seule technologie marginale statique, la centrale au gaz naturel sont surestimés de 155 % pour les impacts sur la santé humaine et sous-estimés de 185 % dans le cas de la qualité des écosystèmes. Ces pourcentages démontrent l'impact de l'intégration de la dynamique de la production électrique lors de l'évaluation des impacts environnementaux reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée d'énergies renouvelables. En continuité avec l'évaluation du potentiel des approches conventionnelles à simplifier de façon adéquate la dynamique de la production électrique, il n'est pas clair si l'utilisation de ces approches conventionnelles est recommandée pour analyser l'influence de la taxe carbone sur les impacts du cycle de vie reliés aux conséquences à l'intégration de la production distribuée. Ce manque méthodologique peut devenir problématique sachant que l'intégration de la production distribuée pourrait se faire d'une manière simultanée à l'application d'un régime de taxation des GES. Le dernier objectif du projet de recherche consiste à développer un modèle d'équilibre partiel et à l'appliquer pour l'évaluation à court-terme de l'influence de la taxe carbone sur les impacts environnementaux et économiques reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée. Pour ce faire, l'introduction de la taxe sur le carbone est évaluée. Cette dernière a pour effet 1) d'augmenter le prix de production de l'électricité et par conséquent, selon les mécanismes d'équilibre partiel, augmenter la valeur de l'électricité dans le marché et 2) d'influencer la fréquence d'utilisation des technologies marginales dans le temps. Ces changements viennent à leur tour modifier les résultats sur les impacts économiques et environnementaux. Avec l'intégration de la taxe sur le carbone dont la valeur varie entre 30 $\$$US et 90 $\$$US par tonne de CO2, les résultats obtenus en utilisant l'approche proposée (tenant compte de la dynamique de la production électrique) ne se trouvent pas dans la plage de résultats en utilisant les technologies marginales statiques identifiés par l'application de la procédure à cinq étapes développée par Weidema (2003). De plus, les résultats 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 économique, les résultats obtenus en utilisant l'approche proposée se trouvent dans la plage de résultats obtenus en utilisant les technologies marginales statiques. Cependant, l'absence de réduction des impacts économiques reliés aux conséquences de l'intégration de la production distribuée est encore notée. Une seule exception est observée dans le cas où l'on considère la réduction des externalités correspondantes aux émissions des gaz à effet de serre réduites dans les autorités voisines de la province de Québec (Nouveau-Brunswick et Nouvelle-Angleterre). De manière générale, le projet de recherche a permis de montrer, en absence et en présence de de la taxe sur le carbone, l'impact de l'intégration de la dynamique de la production électrique pour évaluer le bon fondement et les limites des approches conventionnelles à évaluer pour le court-terme les conséquences environnementales et économiques à travers l'étude de cas sur l'intégration de la production distribuée d'énergies renouvelables par le solaire Photovoltaique et les éoliennes de petites puissances.