Published January 2021 | Version v1
Miscellaneous Restricted

Incer-ACV project. Uncertainties in life-cycle environmental impact assessment methods of energy production technologies. Final report

Creators

  • 1. Centre O.I.E. - Observation, Impacts, Energie/Armines, Mines ParisTech, 60, boulevard Saint-Michel, 75272 Paris Cedex 06 (France)
  • 2. Engie Lab Crigen (France)

Description

Renewable energy technologies, which are rapidly evolving since the beginning of 2000's, are expected to contribute significantly to the electricity mix in the future. Although renewable energy technologies have low environmental impacts during the operation phase, they may present non-negligible impacts in upstream and downstream processes related to manufacture and installation, or end-of-life. Life Cycle Assessment (LCA) has emerged in the last decades as one of the main environmental management methods for the support of both public decision makers and industrial stakeholders. LCA-based approaches are widely accepted and applied to estimate the environmental impacts of both individual renewable energy systems and electricity mixes as a whole. However, most of the available studies are based on average inventories and estimations with different levels of accuracy, which leads to significant uncertainties in the LCA results. The numerous assumptions impose high variability and uncertainties in published LCA studies, which makes it necessary to address them in order to ensure a successful development of the emerging energy sectors and support stakeholder decisions. Uncertainty analysis tools available in common LCA software do not allow identifying the individual effects of different uncertainty and variability sources, or applying advanced methods such as Global Sensitivity Analysis. INCER-ACV project (contract 1705C0045), funded by ADEME in the framework of the call 'Sustainable Energy' (APR-ED 2017), aimed to strengthen quantification methods to take into account the effects of possible parameters' variation on the environmental impact of energy production technologies compared to average scenarios. The goal of this project was to develop a standard protocol to analyze the effects of variability and uncertainties of input data, related to operational parameters of energy production pathways, used to conduct an LCA to estimate the environmental performance, and to provide industrial stakeholders with the tools to implement the protocol. The developed project included the characterization of uncertainties based on the definition of statistical distribution functions associated with operational parameters (which allow modeling a system's behavior). These parameters were integrated into parameterized models to obtain modular inventories. The application of the protocol, based on two case studies involving renewable energy production systems, allowed, on the one hand, identifying the most influencing parameters responsible for the uncertainty of the LCA results and, on the other hand, exploiting these parameters to generate simplified mathematical models which can be used to obtain estimations of environmental impacts based on a reduced number of variables. This application is among the main recent advances in terms of methodological developments in LCA. The methods and tools developed within this project can be applied to other renewable energy sectors as well as to other sectors. In order to achieve these targets, a first case study was developed by the scientific partner of this project (ARMINES) to identify the required elements for the construction of a parameterized model. This model allowed identifying the needs for the practical implementation of a sensitivity analysis, so as to account for the effects of uncertainties and variability of data linked to foreground processes. The generalization of this development in the form of a protocol was validated by the industrial partner (ENGIE) with the use of a second case study to ensure the correct consideration of the needs of industrial decision-makers and the operational nature of the protocol. This report describes the development of the INCER-ACV tool, presented in the form of a library of functions and a protocol to provide step-by-step guidance to users for their implementation. It also presents the results of application to two energy production case studies: a silicon-based photovoltaic and a floating offshore wind system

Abstract (French)

En forte croissance depuis le debut des annees 2000, les filieres d'energie renouvelable devraient contribuer substantiellement au mix energetique du futur. Ces filieres n'ont generalement pas ou peu d'impacts environnementaux durant leurs phases d'operation, ceux-ci intervenant plus en amont dans la chaine de production des systemes notamment durant leur fabrication et installation, ou en aval durant leur fin de vie. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) s'est repandue au cours des dernieres decennies comme l'un des principaux outils de gestion des impacts au niveau des politiques publiques ainsi que des industriels. Les approches du type ACV sont largement acceptees et appliquees pour estimer les impacts environnementaux des filieres energetiques individuellement et du mix energetique dans son ensemble. Neanmoins, la plupart des etudes reposent sur des inventaires moyens et sur des estimations avec des degres de precision divers, donnant lieu a des incertitudes importantes sur les resultats d'ACV. Les nombreuses hypotheses, la grande variabilite et les incertitudes elevees dans les etudes d'ACV publiees rendent necessaire d'evaluer cette variabilite et ces incertitudes pour contribuer au bon developpement des secteurs energetiques emergents et soutenir les decisions des parties prenantes. Les outils d'analyse d'incertitude disponibles dans les logiciels d'ACV classiques ne permettent pas de dissocier les effets de differentes sources d'incertitude et de variabilite ou d'appliquer des methodes avancees telles qu'une analyse globale de sensibilite. Le projet INCER-ACV (contrat 1705C0045), finance avec le soutien de l'ADEME dans le cadre de l'appel a projets 'Energie Durable' (APR-ED 2017), visait a contribuer a la consolidation des methodes de quantification d'impacts environnementaux de filieres energies tenant compte de la variabilite de scenarios par rapport a des scenarios moyens. Le but du projet a ete de developper un protocole standard pour analyser les effets de la variabilite et des incertitudes des donnees d'entree pour les parametres operationnels des chaines de production d'energie, utilisees lors d'une ACV sur les resultats de performance environnementale et de fournir aux acteurs industriels les outils pour une implementation du protocole. Le protocole developpe au cours du projet integre une caracterisation des incertitudes qui repose sur la definition des fonctions de distribution statistique associees aux parametres operationnels (qui permettent de modeliser le comportement du systeme). Ces parametres ont ete integres dans des modeles parametres pour le calcul d'inventaires modulaires. De plus, l'application du protocole, defini sur la base de deux cas d'etude de filieres energetiques renouvelables, a permis d'une part d'identifier les parametres les plus influents sur l'incertitude des resultats d'ACV et d'autre part d'exploiter ces parametres cles pour generer des modeles mathematiques simplifies qui donnent des estimations d'impacts environnementaux basees sur un nombre reduit de variables. Cette derniere fonctionnalite fait partie des avancees majeures en termes de developpement methodologique pour l'ACV a l'heure actuelle. Les methodes et les outils developpes au sein du projet peuvent etre appliques aux filieres energetiques renouvelables ainsi qu'a d'autres secteurs d'activite. Pour aboutir a ces resultats, un premier cas d'etude a ete developpe par le partenaire scientifique du projet (ARMINES) pour identifier les elements necessaires pour la construction d'un modele parametre. Le developpement de ce modele a permis d'identifier les besoins pour la mise en oeuvre d'une analyse de sensibilite et la prise en compte des incertitudes et de la variabilite dans les donnees liees aux procedes de premier plan. La generalisation de ce developpement sous la forme d'un protocole et d'une librairie de calcul complementaire (ARMINES) a ete validee par le partenaire industriel (ENGIE) pour assurer la correcte prise en compte des besoins des decideurs industriels et le caractere operationnel du protocole. Ce document decrit le developpement de l'outil INCER-ACV, presente sous la forme d'une librairie de fonctions de calcul et d'un protocole standard pour guider les utilisateurs pas-a-pas dans l'implementation des fonctions. Il presente egalement son application a deux cas d'etude de filieres energetiques: le photovoltaique a base de silicium cristallin et l'eolien flottant

Files

Restricted

The record is publicly accessible, but files are restricted to users with access.

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Projet Incer-ACV. Incertitudes dans les methodes d'evaluation des impacts environnementaux des filieres de production energetique par ACV. Rapport final

Publishing Information

Imprint Pagination
67 p.
Report number
INIS-FR--21-0679

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
52048827
Subject category
S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES;
Descriptors DEI
ACIDIFICATION; AIR QUALITY; DATA COVARIANCES; ENERGY CONSUMPTION; ENVIRONMENTAL IMPACT STATEMENTS; EUTROPHICATION; GREENHOUSE EFFECT; IMPLEMENTATION; LIFE CYCLE ASSESSMENT; MONTE CARLO METHOD; MULTI-PARAMETER ANALYSIS; OFFSHORE SITES; PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS; RESEARCH PROGRAMS; RESOURCE DEPLETION; SENSITIVITY ANALYSIS; TOXICITY; VALIDATION; WIND POWER PLANTS
Descriptors DEC
CALCULATION METHODS; CLIMATIC CHANGE; DOCUMENT TYPES; ENVIRONMENTAL QUALITY; POWER PLANTS; SOLAR POWER PLANTS; TESTING

Optional Information

Notes
76 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses