Kurzbeschreibung
(Französisch)
|
Ce travail tient compte des fluctuations temporelles 1) de la production électrique nationale, 2) des importations d’électricité, 3) des pertes réseaux et de conversions, 4) de la production d’électricité décentralisée et 5) de la demande d’électricité au sein du bâtiment.
|
Schlussbericht
(Deutsch)
|
Das Projekt EcoDynBat (Dynamic Life Cycle Assessment of Buildings) untersuchte den Einfluss der zeitlichen Auflösung auf die Genauigkeit der Berechnungen der Umweltbelastung des Schweizerischen Netzstromes und damit des Stromverbrauches in Gebäuden mittels dynamischer Ökobilanz (Dynamic Life Cycle Assessment, DLCA). Das Projekt wurde von HEIG-VD, EMPA und SUPSI durchgeführt. Um die Projektziele zu erreichen, wurde ein Berechnungsverfahren der notwendigen Daten definiert sowie ein methodischer Rahmen für die Ökobilanz-Resultate des Stromes festgelegt. Diese Rahmenbedingungen werden im vorliegenden Bericht dargestellt und können bei zukünftigen Studien zu diesem Thema eingesetzt werden. In einem ersten Schritt wurden die notwendigen Daten für die ökologischen Berechnungen gesammelt. Die gesammelten Daten repräsentieren stündliche Informationen von der Stromproduktion, Importen und Exporten sowie vom Stromverbrauch in der Schweiz und ihren europäischen Nachbarländern. Nach einer Validation der Informationen wurde diese in einem "EcoDynBat"-Datensatz aggregiert, welcher die Herkunft des in der Schweiz konsumierten Stroms zu jedem Zeitpunkt basierend auf einem physikalischen Flussansatz angibt. Durch die Anwendung der Methode der Ökobilanz wurde für diese Daten das Umweltprofil des Schweizer Strommixes in einer stündlichen, täglichen, monatlichen sowie jährlichen Betrachtungsweise berechnet. Die Auswirkungen wurden für vier Kategorien berechnet: Klimawandel, erneuerbare und nicht erneuerbare Primärenergie sowie die ökologische Knappheit (Methode der Umweltbelastungspunkte, UBP), wobei insbesondere beim Treibhauseffekt signifikante jährliche und halbjährliche Schwankungen sichtbar wurden (Jahreswert 2018 = 138g CO2-Äq/kWh, mit stündlichem Min/Max-Bereich von 35 bis 385g CO2-Äq/kWh).
In einem nächsten Schritt wurden diese Umweltprofile zur Untersuchung des Einflusses der zeitlichen Auflösung auf die Genauigkeit der Berechnung der Umweltbelastung durch den Strombedarf bei Gebäuden verwendet. Dazu wurden mehrere Fallstudien gemacht, und in jeder wurden unterschiedliche Konfigurationen für die technischen Anlagen (wie Wärmepumpe, Photovoltaikanlage, Mikroblockheizkraftwerk, usw.) berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Granularität der zeitlichen Auflösung Einfluss haben kann für saisonale Energiebedarfsprofile (wie z.B. Raumheizung). Im Gegensatz dazu wird die Genauigkeit der Auswirkungen des relativ konstanten Strombedarfes nur geringfügig beeinflusst durch die gewählte zeitliche Auflösung. Verschiedene Sensitivitätsanalysen bestätigten, dass die Wahl einer stündlichen Auflösung für den saisonalen Strombedarf kritisch ist, wenn dieser den Bedarf an konstantem Strombedarf deutlich übersteigt. Abschliessend wurde der Einfluss der zeitlichen Auflösung im Hinblick auf die Umweltvorteile einer kombinierten Verwendung von Photovoltaik und stationäre Batterien bewertet. Die Ergebnisse für den Treibhauseffekt zeigten, dass bei einer stündlichen Auflösung die Umweltvorteile für das untersuchte Gebäude mit dem aktuellen Strom mix der Anlage abnehmen. Alles in allem offeriert das EcoDynBat Projekt einen generellen Überblick über die Thematik der dynamischen Ökobilanz am Beispiel des Strombedarfes von Gebäuden, ausgehend von der Datenerfassung dieses Strombedarfes, dem methodischen Rahmen für die Ökobilanz-Berechnungen, den Auswirkungen des Schweizer Stromnetzes, sowie den Auswirkungen durch den Strombedarf auf der Gebäude-Ebene.
Zugehörige Dokumente
|
Schlussbericht
(Englisch)
|
The EcoDynBat project (Dynamic Life Cycle Assessment of buildings) studied the influence of the time step on the accuracy of the environmental impact calculations of the Swiss grid electricity and consequently the consumed electricity in buildings, through a Dynamic Life Cycle Assessment (DLCA). This project was carried out by HEIG-VD, EMPA and SUPSI. In order to achieve the project’s objective, a calculation procedure for the necessary data was defined and a methodological framework for the LCA of the electricity impacts was determined. These frameworks are clearly explained in this report and can be used in future studies on this topic. In the beginning, the necessary data for the environmental calculation were collected. The collected data provide hourly information on the energy production, imports/exports and energy consumption of Switzerland and its neighboring European countries. This information was then characterized, validated and aggregated in an "EcoDynBat" dataset that indicate the origins of the electricity consumed in Switzerland, according to a physical flow approach, at each time step. Then, using these data and the LCA framework, the environmental profile of the Swiss grid electricity was calculated, under an hourly, daily, monthly and annual time step. Its impacts were calculated for four impact categories, i.e. climate change, renewable and non-renewable primary energy and ecological scarcity, while significant inter and intra-annually fluctuations were found in particular for the climate change indicators (annual value for 2018 = 138 g CO2 eq/kWh, hourly min/max range from 35 to 385 g CO2 eq/kWh). Thereupon, these environmental profiles were used for the investigation of the time step influence on the accuracy of environmental calculations of the electricity demand of buildings. Several case studies were used and for each one of them, different configurations of the technical installations (heat pump, photovoltaic installation, micro-cogeneration, etc.) were considered. The results showed that the time step resolution can be influential in the case of seasonal energy demand profiles (e.g. space heating). On the contrary, the accuracy of the impacts of relatively constant electricity demand profiles is only slightly affected by the choice of the time step. Different sensitivity analyses, concerning the time step resolution confirmed that the choice of the hourly time step is critical in the case of seasonal electricity demands and in case that this demand significantly exceeds the demand of constant electricity need. Finally, the influence of the time step resolution was evaluated, concerning the environmental benefits of the combined use of a photovoltaic and a stationary battery. The results showed that for the studied building and the current electricity mix, the environmental benefits of this installation diminish when, taking into account the hourly time step for the case of the climate change indicator. Therefore, the EcoDynBat project offers a global view of the problematic of the dynamic LCA, regarding the electricity demand of buildings, i.e. starting from the data collection of the electricity demand, the LCA methodological framework, the impacts of the Swiss grid electricity and the impacts of the electricity at the building level.
Zugehörige Dokumente
|
Schlussbericht
(Französisch)
|
Le projet EcoDynBat (Ecobilan Dynamique de l’électricité) a eu pour objectif d’étudier l’influence du pas de temps sur la précision des calculs d’impacts environnementaux de l’électricité consommée par les bâtiments en Suisse. Ce projet a été réalisé par la HEIG-VD, l’EMPA et la SUPSI. Pour réaliser l’objectif du projet, un cadre méthodologique et une structure de calcul a été définie. Celles-ci sont clairement explicitées dans le présent rapport et pourront être réutiliser pour de futures étude sur le sujet. Ensuite, les données nécessaires au calcul ont été collectées. Les données collectées comportent les informations horaires sur la production, les imports/exports et la consommation énergétique des pays Européens. Ces informations ont ensuite été caractérisées et validées puis agrégées dans un jeu de données « EcoDynBat » fournissant à chaque pas de temps l’origine de l’électricité consommée en Suisse selon une approche de flux physiques. Par la suite, la méthode de calcul EcoDynBat a été appliquée à ce jeu de données et a permis d’obtenir le profil environnemental (indicateurs sur le changement climatique, l’énergie primaire renouvelable et non-renouvelable ainsi que le score écologique – ecological scarcity) horaire, journalier, mensuel et annuel de l’électricité consommée en Suisse. Ce profil a été étudiée en détail et a montré de large fluctuations aussi bien interannuelles qu’intra-annuelles. Ces profils environnementaux ont ensuite été employés pour étudier l’influence du pas de temps sur la précision des calculs environnementaux de la demande électrique de bâtiments. Plusieurs cas d’étude ont été réalisés et, pour chacun d’entre eux, différentes configurations des installations techniques (utilisation d’une pompe à chaleur, installation photovoltaïque, micro-cogénération etc.) ont été considérées. Les résultats montrent que la précision temporelle peut être influente dans le cas d’une demande énergétique saisonnière (p.ex chauffage des bâtiments). Alternativement, la précision du calcul les impacts des demandes électrique en ruban sur l’année n’est que très peu affectée par le choix du pas de temps. Finalement, des analyses de sensibilité ont été réalisées. Celles-ci ont confirmées que le choix du pas de temps horaire pouvait devenir nécessaire dans le cas de demande électrique saisonnière et lorsque celle-ci surpasse largement la demande en ruban. Des travaux ont aussi été mené pour étudier l’influence de la prise en compte d’une résolution temporelle horaire dans le calcul des bénéfices environnementaux liés à l’utilisation d’un système technique {photovoltaïque + batterie stationnaire}. Les résultats ont montré que la prise en compte du pas de temps horaire réduit le bénéfice environnemental (indicateur sur le changement climatique) de ce type d’installation technique pour le cas d’étude considéré et pour le mix électrique actuel (pour l’indicateur en énergie primaire non-renouvelable, il apparait que ce type d’installation technique réduit l’impact). Il démontre néanmoins qu’avec les évolutions attendues du mix électrique Suisse, il est nécessaire d’étudier maintenant les bénéfices environnementaux de ces systèmes plus en détails. Le projet EcoDynBat a donc permis de couvrir largement la question de l’ACV dynamique de la demande énergétique des bâtiments, du concept méthodologique jusqu’aux résultats en passant par la collecte et le traitement des données.
Zugehörige Dokumente
|
