Methodological Approach to Account for Disaster Risks in Life Cycle Assessment : Application to the Energy Production Sector
Approche Méthodologique pour Prendre en Compte les Risques de Catastrophes dans l'Analyse de Cycle de Vie : Application au Secteur de la Production d'Énergie
Résumé
The development of critical infrastructure for energy production must meet the growing energy demand while minimizing impacts on human and environmental health. Life Cycle Assessment (LCA) is a decision-support tool to estimate the potential environmental impacts of these infrastructures. LCA is usually applied to model systems according to their average operation conditions, and deviations are not considered. To enable more comprehensive LCA applications in decision-making, such deviations should be considered. Among the sources of possible deviations and damage to energy production systems are evolving disaster risks. This PhD thesis addresses this research challenge. The objective is to enable the consideration of the consequences of evolving disaster risks on the operational and environmental performance of critical infrastructures in the mid- to long-term. The specific objective is the design of a methodological framework to develop a disaster risk-guided inventory module, called the Disaster Risk-gUided scenarIo Definition (DRUID) Method – Life Cycle Inventory (LCI) Module. The DRUID method consists of four steps: 1) Problem definition, 2) Scenario building, 3) Infrastructure resilience study, and 4) Scenario transfer. The development of the DRUID method is guided by a comparative LCA case study based on the photovoltaic (PV) energy sector in France, where a PV plant is potentially affected by strong wind hazards.The results obtained showcase the capabilities of the DRUID method to guide the definition of complex scenarios, study the potential damages to the infrastructure due to likely hazards, and translate said damages to potential environmental impacts through LCA. The illustrative case study considers that components of the PV plant can be selectively repaired, or the whole plant can be completely replaced to increase its production capacity. Comparing LCA results between a baseline scenario applying a conventional LCA approach and scenarios defined with the DRUID method showed that environmental impacts could increase significantly, especially if replacement schemes are favored more than component repairs. The DRUID method may be generalized for the environmental assessment of other energy systems, as well as to assess other performance types related to critical infrastructures.
Le développement d'infrastructures critiques pour la production d'énergie doit répondre à la demande croissante d'énergie tout en minimisant les impacts sur la santé humaine et environnementale. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil d'aide à la décision qui permet d'estimer les impacts environnementaux potentiels de ces infrastructures. L'ACV est généralement appliquée pour modéliser les systèmes en fonction de leurs conditions de fonctionnement moyennes, et les déviations ne sont pas prises en compte. Pour permettre des applications plus complètes de l'ACV, ces déviations devraient être prises en compte. Parmi les sources de déviations et de dommages possibles pour les systèmes de production d'énergie figurent les risques de catastrophes en évolution. Cette thèse de doctorat aborde ce défi de recherche. L'objectif est de permettre la prise en compte des conséquences de l'évolution des risques de catastrophes sur les performances opérationnelles et environnementales des infrastructures critiques à moyen et long terme. L'objectif spécifique est la conception d'un cadre méthodologique pour développer un module d'inventaire guidé par les risques de catastrophes, appelé « Disaster Risk-gUided scenarIo Definition (DRUID) Method – Life Cycle Inventory (LCI) Module » en anglais. La méthode DRUID comprend quatre étapes : 1) définition du problème, 2) élaboration des scénarios, 3) étude de la résilience des infrastructures et 4) transfert des scénarios. Le développement de la méthode DRUID est guidé par une étude de cas d'ACV comparative basée sur le secteur de l'énergie photovoltaïque (PV) en France, où une centrale PV est potentiellement affectée par des vents violents. Les résultats obtenus démontrent les capacités de la méthode DRUID à guider la définition de scénarios complexes, à étudier les dommages potentiels causés à l'infrastructure par des aléas probables et à traduire ces dommages en impacts environnementaux potentiels par l'ACV. L'étude de cas illustrative considère que les composants de la centrale photovoltaïque peuvent être réparés de manière sélective ou que la centrale entière peut être complètement remplacée pour augmenter sa capacité de production. La comparaison des résultats de l'ACV entre un scénario de base appliquant une approche ACV conventionnelle et des scénarios définis avec la méthode DRUID a montré que les impacts environnementaux pouvaient augmenter de manière significative, en particulier si les stratégies de remplacement sont privilégiées par rapport aux réparations de composants. La méthode DRUID peut être généralisée pour l'évaluation environnementale d'autres systèmes énergétiques, ainsi que pour l'évaluation d'autres types de performances liées aux infrastructures critiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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