Optimisation environnementale de la gestion des consommations électriques en temps réel

La production d’électricité a été responsable en 2013 de 42,5 % des émissions de gaz à effet de serre provenant des combustions d’énergies fossiles. Or, l’intégration d’une production moins carbonée tournée vers l’utilisation des énergies renouvelables intermittentes telles que le solaire et l’éolien demande une amélioration technique des réseaux électriques afin d’assurer stabilité, sécurité et efficacité de la distribution. Une des solutions les plus prometteuses pour assurer cette avancée repose sur l’utilisation des technologies d’information et de communication. À travers l’augmentation de la communication et du contrôle aux différents points du réseau, le consommateur devient acteur du marché d’électricité grâce à des programmes de gestion des consommations. Ces programmes se basent sur des principes de réduction et de décalage des consommations. Ils permettent d’augmenter la capacité d’adaptation du réseau en allégeant les demandes lorsque le niveau de production est élevé. Cependant la performance environnementale des programmes de gestion des consommations sur le court et le long terme reste à être démontrée. En effet, les indicateurs utilisés pour décider du décalage des consommations sont très majoritairement économiques et ne prennent pas en compte des aspects environnementaux. L’analyse de cycle de vie (ACV) est une approche systémique qui évalue les impacts potentiels d’un service sur toutes les phases de son cycle de vie. Appliquée à la consommation d’électricité, l’ACV doit relever de nombreux défis comme celui de dissocier en temps réel les impacts de la production de ceux de la consommation lesquels sont aussi liés aux importations et exportations. D’autres défis concernent l’étude en temps réel des conséquences environnementales des technologies affectées par des variations de consommations. L’objectif de ce mémoire est de développer des indicateurs environnementaux utilisant l’approche cycle de vie qui permettent l’optimisation des consommations énergétiques et l’évaluation environnementale des programmes de gestion des consommations. L’étude de cas de ce mémoire est la France entre 2012 et 2015. Les indicateurs développés reposent sur deux approches d’analyse de cycle de vie des consommations électriques. La première approche, appelée attributionnelle, étudie à chaque instant les équilibres des réseaux en considérant les importations et les exportations afin d’établir des coefficients d’impacts révélateurs de la qualité de l’énergie consommée. Les impacts de la production d’électricité des pays principaux exportateurs à la France, soit la Grande – Bretagne, l’Allemagne, la Belgique, l’Italie et l’Espagne, sont considérés avec une résolution temporelle de 30 minutes. Ainsi entre 2012 et 2014, les émissions moyennes de l’énergie consommée en France ont été 21,8 % plus émettrices de GES que les émissions moyennes de l’énergie produite en France. Ces augmentations sont respectivement de l’ordre de 3,6 %, 4,3 % et 1,7 % pour les catégories d’impacts de la santé humaine, la qualité des écosystèmes ou l’utilisation des ressources. Les solutions des stratégies de gestion des consommations utilisant les indicateurs de l’approche attributionnelle réduisent les impacts environnementaux des consommations flexibles jusqu’à 38,5 % pour la catégorie changement climatique. De plus, les indicateurs basés sur les émissions de GES et les impacts sur la santé humaine offrent les solutions avec les meilleurs compromis d’optimisation sur les autres catégories d’impacts. Finalement, les solutions visant la réduction du prix de l’électricité achetée ne sont que 11 % du temps les mêmes que celles visant la réduction de l’empreinte carbone des consommations. Ainsi, l’optimisation environnementale va à l’encontre d’une optimisation économique de l’électricité consommée. Incorporer le prix carbone, qui représente le coût d’1 kg de CO2, au prix d’achat de l’électricité permet d’améliorer l’efficacité environnementale sur la catégorie changement climatique des solutions économiques. La deuxième approche d’analyse de cycle de vie utilisée dans cette étude est appelée conséquentielle. Elle étudie les conséquences environnementales de consommations supplémentaires sur le réseau électrique. L’approche est développée dynamiquement en étudiant les technologies affectées à très court terme par des variations de consommations. Deux modèles sont développés à partir de données globales. Le premier considère que l’ensemble des technologies de production contrôlables par l’opérateur du réseau sont les conséquences des variations des consommations. Le deuxième modèle suppose que certaines technologies de production sont des imprévus et ne peuvent être considérées comme des technologies affectées. Entre 2012 et 2014, en France, en Italie et en Espagne l’hydroélectricité est la technologie qui a le plus adapté sa production aux variations des consommations. Les programmes de gestion des consommations utilisant les indicateurs de l’approche conséquentielle permettent de réduire jusqu’à 98 % des émissions de GES associées aux technologies affectées par des consommations. Cependant, les deux modèles utilisant l’approche conséquentielle offrent des solutions différentes. Ceci montre que l’utilisation de l’approche conséquentielle dynamique au niveau global souffre d’un manque de considération des conséquences technologiques locales des consommations. Pour devenir performantes écologiquement, les stratégies de gestion des consommations doivent travailler avec les opérateurs des réseaux et intégrer les conséquences économiques et environnementales des stratégies sur le long terme. Ce travail met en exergue les rôles des approches conséquentielle et attributionnelle dans l’analyse de cycle de vie. Une approche couplant les conséquences à long terme de l’implémentation d’un programme utilisant des données dynamiques moyennées serait révélatrice des performances environnementales des programmes de gestion des consommations. ---------- Smart technologies such as smart metering provide new alternatives to mitigate the impacts of electricity generation. For instance, demand-side management (DSM) programs enhance the integration of intermittent renewable energy sources through changes in consumption patterns. However, changes are led by economic incentives and environmental benefits are not maximized. Life cycle assessment (LCA) is a standardized methodology that aims to assess the environmental impacts of a product or a service over its entire life cycle. The primary objective of our project is to develop environmental indicators to assess the environmental benefits of DSM programs and to provide new alternatives of changes in consumption patterns. Two distinct approaches were used in order to develop the indicators. The first one, called attributional, aimed to assess the potential impacts of real-time electricity use in France including generation, imports and exports with a life cycle approach. The second approach, called consequential, aimed to assess the environmental consequences of electricity use through changes in the technologies producing the energy. Then, based on both approaches, we evaluated the environmental performances of simple DSM strategies using environmental and economic indicators based on historic and day-ahead data. The real-time LCA of electricity generation in France, Germany, Great Britain, Italy, Belgium and Spain were conducted every 30 minutes between 2012 and 2014 in order to compute in France the real-time LCA of electricity consumption considering imports and exports. We found that the use of French generation impact factors compared to the use of French consumption impact factors underestimated on average by 21.8 %, 3.6 %, 4.3 % and 1.7 % the impacts of electricity consumption on the four environmental indicators: Climate Change, Human Health, Ecosystem Quality and Resources respectively. A use of 1 kWh was optimized every day between 2012 and 2014 based on the four environmental indicators previously developed and the price of the electricity. Each optimum scenario minimized every day the impacts or the price of the electricity use. We compared the five optimum scenarios with the help of the five indicators to five worst case scenarios. Each worst case scenario depicted the maximum of impacts or price achievable every day. The environmental indicator Climate Change had the widest range of mitigation compared to the worst case scenario, i.e. up to 38.5 %. If each environmental indicator was considered equally important, the optimizations based on the Climate Change and Human Health indicators offered the most effective solutions on all the environmental indicators. In addition, the optimization based on the price of the electricity was compared to the environmental optimization based on the Climate Change indicator. The environmental optimization cost 1.4 € per kg CO2 eq. saved for a mitigation of 12 % of greenhouse gases (GHG) emissions compared to the economic optimization. If a carbon price of 100€ per tonne of CO2 was applied, the new economic optimization would cost 0.04 € per kg CO2 eq. saved for a mitigation of 2.5 % of the GHG emissions compared to the previous economic optimization. Finally, a day-ahead optimization model was developed based on forecasts of European generation factors. Despite uncertainties related to electricity generation and consumption, we achieved a mitigation of 27 % of GHG emissions compared to the worst case scenario with the use of a realistic optimization model a day-ahead. For the consequential approach, two different models were used in order to define the dynamic technologies affected by the consumption from global data. The first one considered that all the controllable technologies, i.e. all the technologies except those from intermittent sources, were affected by the consumption and the second considered that only the controllable technologies which fluctuated in the same direction than the global consumption were affected by the consumption. Between 2012 and 2014, in France, Italy and Spain, hydroelectric plants were the main affected technologies for the two models. The DSM programs based on the indicators using the consequential approach reduced up to 98 % the GHG emissions of the technologies affected by the consumption. However, the two models had different optimal solutions. Hence, the assumptions made on the global data affected the results of the model. The consequential approach suffered from a lack of local considerations. To become environmentally efficient, DMS programs need to work with system operators of electrical network in order to assess the real local consequences of changes in use patterns

« Des nécessités formelles »

« Il faut qu’une image se transforme au contact d’autres images comme une couleur au contact d’autres couleurs. Un bleu n’est pas le même bleu à côté d’un vert, d’un jaune, d’un rouge. Pas d’art sans transformation . »(Robert Bresson, Notes sur le cinématographe, Gallimard, 1975, page 16) On imaginera une surface. Sera-t-elle large ? peut-être, ou pas, car ses dimensions sont variables, mais elle est sans épaisseur. Ce n’est pas non plus une page blanche. Cette étendue est sans couleur et mai..

« Des nécessités formelles »

« Il faut qu’une image se transforme au contact d’autres images comme une couleur au contact d’autres couleurs. Un bleu n’est pas le même bleu à côté d’un vert, d’un jaune, d’un rouge. Pas d’art sans transformation . »(Robert Bresson, Notes sur le cinématographe, Gallimard, 1975, page 16) On imaginera une surface. Sera-t-elle large ? peut-être, ou pas, car ses dimensions sont variables, mais elle est sans épaisseur. Ce n’est pas non plus une page blanche. Cette étendue est sans couleur et mai..

Diachronic vegetational analysis coupled to ecological sampling in a gis framework. example of the costière du gard, france

Des inventaires de terrain (flore, strates végétales et régénération) ont été associés a une analyse diachronique de la végétation basée sur l'analyse de 6 photographies aériennes prises entre 1946 et 1996, dans un Système d'Information Géographique composé de 497 polygones représentant une superficie d'étude de 269 ha. En seulement un demi siècle, l'abandon de l'agriculture et des activités traditionnelles associées ont induit des changements considérables dans la végétation des Costières du Gard (CDG) en France méditerranéenne. En particulier, la forêt occupe maintenant des zones qui étaient auparavant des pelouses ou des friches. En 1946 il n'y avait pas de forêts, et les vignes et les pelouses occupaient chacune 41 % de la zone d'étude. En 1996 la forêt représentait 33 % de la zone d'étude tandis que les vignes et les pelouses ou les friches représentaient respectivement 26% et 17%. Le recouvrement de la strate arborée est proportionnel à la date d'abandon des parcelles agricoles. Aujourd'hui, trois espèces d'arbres sont dominantes dans le paysage : Pinus pinea, Quercus ilex et Q. pubescens. Ces trois espèces utilisent des stratégies d'occupation de l'espace différentes. La plus abondante des trois, P. pinea, montre une stratégie d'espèce pionnière héliophile. Le recouvrement plus important de Q. pubescens comparé à celui de Q. ilex s'accentue avec le temps et est également en relation avec la proximité des talwegs

Greenhouse Gas Emission Mitigation Pathways for Light-duty Vehicle Fleets under Ambitious Climate Targets

Mitigating greenhouse gas (GHG) emissions from light-duty passenger vehicles (LDVs) will be necessary to maintain global warming below 2 °C, and ideally below 1.5 °C. In this dissertation, methods to estimate the life cycle GHG emission implications of LDV-focused mitigation strategies and to outline mitigation pathways under ambitious climate targets are developed at national and urban scales. First, a fleet-based life cycle model, the FLAME (Fleet Life cycle Assessment and Material-flow Estimation) is developed to examine the life cycle GHG emission implications of mitigation strategies, such as lightweighting the U.S. LDV fleet or deploying mid-level ethanol blends (15-30% ethanol by volume) in Canada's LDV fleet. The model combines the high technological resolution of life cycle assessment (LCA) with the temporal and dynamic perspectives of LDV fleet models. Recommendations are provided on the most effective timing of the mitigation strategies, and on their contributions to national GHG emission reduction pledges. Then, the FLAME model is augmented with a backcasting procedure to outline GHG emission mitigation pathways for LDV fleets to maintain global warming below 2 °C, and the electrification of the U.S. LDV fleet is used as a case study. The backcasting procedure relies on an innovative approach based on Integrated Assessment Models (IAMs) to quantify national and sectoral GHG emission budgets. Finally, the CURTAIL model (Climate change constrained URban passenger TrAnsport Integrated Life cycle assessment) is developed and applied in Singapore to integrate all passenger land transport modes at an urban level and to seek associated combinations of mitigation strategies that are consistent with maintaining global warming below 2 °C or 1.5 °C. The methods developed in this dissertation bridge gaps between the refined perspectives of LCA and the global perspectives of IAMs to support the development of national and urban policies for LDVs to respect ambitious climate targets. The findings suggest that there is no technological silver-bullet, there is an urgency to act, and all mitigation efforts should be pursued.Ph.D

Rempart mobile / Jean-Pierre Milovanoff

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La Fête interrompue

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Diachronic vegetational analysis coupled to ecological sampling in a GIS framework. Example of the Costière du Gard, France

Fields inventories (flora, vegetation strata and regeneration) were related to a diachronic analysis of vegetation cover based on 6 aerial studies between 1946 and 1996 of a 269 ha study area represented by 497 digitalized polygons by means of a Geographical Information System (GIS). In only half a century, the abandonment of agricultural and related traditional activities have led to considerable changes in the vegetation of the Costière du Gard (CDG), in Mediterranean France. Specifically, forest now occupies zones that were previously grass- lands or fallow lands. In 1946, there was no forest, and vineyards and grasslands occupied 41% each of the study area. In 1996, forest represented 33% of the study area whereas vineyards and grasslands/ fallow lands accounted for 26% and 17%, respectively. The amount of the tall woody stratum cover is proportional to what would be expected given the dates of abandonment of the agricultural parcels. Today, three tree species are dominant in the landscape : Pinus pinea, Quercus ilex and Q. pubescens. These three species use different space occupation strategies. The most abundant of the three, P. pinea, exhibits a pioneering, lightdemanding strategy. Conversely, Q. ilex and Q. pubescens are shade-tolerant species. The greater proportional cover of Q. pubescens compared to Q. ilex is increasingly evident over time and in relation to proximity to thalwegs.Des inventaires de terrain (flore, strates végétales et régénération) ont été associés a une analyse diachronique de la végétation basée sur l’analyse de 6 photographies aériennes prises entre 1946 et 1996, dans un Système d’Information Géographique composé de 497 polygones représentant une superficie d’étude de 269 ha. En seulement un demi siècle, l’abandon de l’agriculture et des activités traditionnelles associées ont induit des changements considérables dans la végétation des Costières du Gard (CDG) en France méditerranéenne. En particulier, la forêt occupe maintenant des zones qui étaient auparavant des pelouses ou des friches. En 1946 il n’y avait pas de forêts, et les vignes et les pelouses occupaient chacune 41 % de la zone d’étude. En 1996 la forêt représentait 33 % de la zone d’étude tandis que les vignes et les pelouses ou les friches représentaient respectivement 26% et 17%. Le recouvrement de la strate arborée est proportionnel à la date d’abandon des parcelles agricoles. Aujourd’hui, trois espèces d’arbres sont dominantes dans le paysage : Pinus pinea, Quercus ilex et Q. pubescens. Ces trois espèces utilisent des stratégies d’occupation de l’espace différentes. La plus abondante des trois, P. pinea, montre une stratégie d’espèce pionnière héliophile. Le recouvrement plus important de Q. pubescens comparé à celui de Q. ilex s’accentue avec le temps et est également en relation avec la proximité des talwegs.Martin Arnaud, Milovanoff Fabrice, Frame Dawn, Vernet Jean-Louis, Caballé Guy. Diachronic vegetational analysis coupled to ecological sampling in a GIS framework. Example of the Costière du Gard, France. In: Revue d'Écologie (La Terre et La Vie), tome 59, n°4, 2004. pp. 517-528