Life cycle inventory models on wind power production in the Swiss and European context

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502782

Key words (German)

Windenergie, LCI

Key words (English)

Wind energy, LCI

Key words (French)

énergie éolienne, LCI

Short description (German)

Aktualisierte Bestandsaufnahmen ermöglichen genaue Bewertungen
Die neuen Datensätze spiegeln die aktuellen Windkrafttechnologien wider und ersetzen veraltete Modelle in der Schweizer LCI-Datenbank, wodurch die Repräsentativität für aktuelle und zukünftige Anlagen gewährleistet ist. Die Studie modelliert Windstrommixe unter Verwendung realer Einsatzdaten und ermöglicht so Bewertungen für Politik und Industrie.

Kapazitätsfaktor und Schiffsaktivität beeinflussen die Umweltleistung
Eine höhere Stromproduktion pro installiertem MW (d. h. Kapazitätsfaktor) reduziert die Auswirkungen pro kWh erheblich. Der Schiffsbetrieb für Installation und Wartung erhöht den ökologischen Fußabdruck von Offshore-Windenergie erheblich.

Windenergie hat vergleichsweise geringe Auswirkungen auf das Klima
Mit Lebenszyklus-Treibhausgasemissionen von 10,4 g CO2-Äquivalent bis 22,7 g CO2-Äquivalent/kWh gehört Windenergie weiterhin zu den Stromerzeugungstechnologien mit den geringsten Auswirkungen auf den Klimawandel. Wenn sie die Stromerzeugung aus fossilen Energien ersetzt, kann der weitere Ausbau der Windenergie in der Schweiz und in Europa dazu beitragen, die Umweltbelastung durch Netzstrom zu verringern.

Short description (English)

Updated inventories enable accurate assessments
The new datasets reflect current wind power technologies and replace outdated models in the Swiss LCI database ensuring representativeness for current and future installations. The study models wind electricity mixes using real deployment data, enabling assessments for policy and industry.

Capacity factor and vessel activity drive environmental performance
Higher electricity output per installed MW (i.e., capacity factor) significantly reduces impacts per kWh. Vessel operations for installation and maintenance significantly increase the environmental footprint of offshore wind.

Wind energy has a comparably low climate impact
With life cycle GHG emissions from 10.4 g of CO2-eq. to 22.7 g of CO2-eq./kWh, wind energy remains among the power generation technologies with the lowest impact on climate change. If replacing power generation from fossil energy, further expansion of wind energy in Switzerland and Europe can contribute
to reducing the environmental intensity of grid electricity.

Short description (French)

Des inventaires actualisés permettent des évaluations précises
Les nouveaux ensembles de données reflètent les technologies éoliennes actuelles et remplacent les modèles obsolètes dans la base de données suisse LCI, garantissant ainsi la représentativité des installations actuelles et futures. L'étude modélise les mix énergétiques éoliens à l'aide de données d'utilisation réelles, permettant ainsi des évaluations pour la politique et l'industrie.

Le facteur de capacité et l'activité maritime influencent la performance environnementale
Une production d'électricité plus élevée par MW installé (c'est-à-dire le facteur de capacité) réduit considérablement l'impact par kWh. L'exploitation maritime pour l'installation et la maintenance augmente considérablement l'empreinte écologique de l'énergie éolienne offshore.

L'énergie éolienne a un impact relativement faible sur le climat
Avec des émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie comprises entre 10,4 g d'équivalent CO2 et 22,7 g d'équivalent CO2/kWh, l'énergie éolienne reste l'une des technologies de production.

Final report (German)

Dieser Bericht enthält eine umfassende Aktualisierung der Lebenszyklusinventare (LCI) für die Stromerzeugung aus Windkraft im Schweizer und europäischen Kontext. Im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) und des Bundesamtes für Energie (BFE) wurde diese Studie von der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) durchgeführt. Die aktualisierten LCIs umfassen Onshore- und Offshore-Windparks mit modernen Turbinenkapazitäten von 2.3 MW bis 15 MW. Insgesamt wurden 39 Datensätze erstellt, darunter Infrastrukturdatensätze und Stromproduktionsdatensätze auf Windparkebene sowie aggregierte Strommixe für die Schweiz und Europa. Diese Inventare entsprechen dem Datenbankprotokoll des BAFU und basieren auf dem Referenzjahr 2024. Das modellierte Inventar deckt alle Lebenszyklusphasen über Herstellung, Transport, Installation, Betrieb und Wartung (O&M), Rückbau und Abfallbehandlung ab. Für jede Turbinengrösse wurden separate LCI für bewegliche Teile (Rotor, Nabe, Gondel), Turm und Fundament sowie elektrische Komponenten wie Umspannwerke und Kabel erstellt. Die Modelle berücksichtigen realistische Transportwege, Schiffsaktivitäten, Austauschraten über 25 Jahre und SF6-Leckage. Der Schweizer Windkraftmix wurde anhand von 2.3-MW- und 3.4-MW-Onshore-Turbinen mit dem nationalen Kapazitätsfaktor aus der Schweizer Windenergie-Statistik modelliert. Für den europäischen Kontext umfasst der Strommix sowohl Onshore- als auch Offshore-Anlagen. Die Onshore-Turbinen haben eine Leistung von 2.3 MW, 3.4 MW, 4.5 MW und 6.2 MW, während die Offshore-Turbinen eine Leistung von 5 MW, 10 MW und 15 MW haben. Mit dieser Auswahl werden tatsächliche Marktanteile sowie zukünftige Trends abgedeckt (z. B. die wachsende Bedeutung von 10–15-MW offshore Turbinen). Die Umweltauswirkungen wurden auf der Grundlage des Treibhauspotenzials (GWP, IPCC 2021), des kumulativen Energiebedarfs (CED) und der Gesamtumweltbelastung gemäss der Methode der ökologischen Knappheit bewertet. Die Treibhausgasemissionen liegen zwischen 10.4 und 22.7 g CO2-eq./kWh. Offshore-Windenergie führt aufgrund der Schiffsaktivitäten zu höheren Resultaten, trotzt höheren Kapazitätsfaktoren (~34% für offshore gegenüber ~23% für onshore in Europa und ~19 % in der Schweiz). Der Schweizer Windmix ergibt 18.1 g CO2-eq./kWh und liegt damit über dem europäischen Durchschnitt von 14.9 g CO2-eq./kWh, was auf niedrigere Kapazitätsfaktoren und kleinere Turbinen zurückzuführen ist. Die gesamten Umweltauswirkungen und die CED für den Schweizer Mix sind ebenfalls 13–16% höher als für den europäischen Mix. Diese Studie verbessert die Qualität und Repräsentativität der Windkraftdaten für Ökobilanzstudien und unterstützt so genauere Berechnungen von Umweltauswirkungen und politische Entscheidungen im Zusammenhang mit Klimazielen und Strategien zur Energiewende. Ausserdem gewährleistet sie die Angleichung der Schweizer BAFU-Datenbank an den aktuellen Stand der Windtechnologie.

Final report (English)

This report provides a comprehensive update of the Life Cycle Inventories (LCIs) for electricity generation from wind power, focussing on the Swiss and European context. Commissioned by the Swiss Federal Office for the Environment (FOEN) and the Swiss Federal Office of Energy (SFOE) and conducted by the Zurich University of Applied Sciences (ZHAW), this study addresses the growing demand up-to-date environmental data in national LCI databases. The updated LCIs cover onshore and offshore wind farms with modern turbine capacities from 2.3 MW to 15 MW. A total of 39 datasets were created, including infrastructure datasets and electricity production datasets at the wind farm level, as well as aggregated wind electricity mixes for Switzerland and Europe. These inventories are compliant with the FOEN database protocol and are based on the reference year 2024. The modelled system covers all life cycle stages: manufacturing, transport, installation, operation and maintenance (O&M), decommissioning and end-of-life (EoL) treatment. For each turbine size, separate LCIs were created for moving parts (blades, hub, nacelle), tower, foundation, and electrical components (substations, cables). The models account for realistic transport routes, vessel activities, replacement rates over 25 years, and SF6 leakage emissions. The Swiss wind electricity mix was modelled using 2.3 MW and 3.4 MW onshore turbines with the national capacity factor from Swiss wind energy statistics. For the European context, the wind electricity mix includes both onshore and offshore installations. Onshore turbine sizes include 2.3 MW, 3.4 MW, 4.5 MW, and 6.2 MW, while offshore turbines include 5 MW, 10 MW, and 15 MW units. The selected configurations reflect actual market shares and future trends (e.g. growing role of 10–15 MW turbines offshore). Environmental impacts were assessed based on the global warming potential (GWP, IPCC 2021), cumulative energy demand (CED), and the total environmental impact according to the Ecological Scarcity Method. GHG emissions range from 10.4 to 22.7 g CO2-eq./kWh. Offshore wind generally has higher impacts due to vessel activities than onshore wind, despite higher capacity factors (~34% for offshore vs. ~23% for onshore in Europe and ~19% in Switzerland). The Swiss wind mix yields 18.1 g CO2-eq./kWh, higher than the European average of 14.9 g CO2-eq., due to lower capacity factors and smaller turbines. The total environmental impact and CED for the Swiss mix are also 13–16% higher than for the European mix. This study enhances the quality and representativeness of wind power data for LCA studies, supporting more accurate environmental impact assessments and policy decisions in the context of climate goals and energy transition strategies. It also ensures alignment of the Swiss FOEN database with current wind technology.

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• Final report_english [PDF] 3'653 kB

Final report (French)

Ce rapport contient une mise à jour complète des inventaires du cycle de vie pour la production d'électricité à partir d'énergie éolienne dans le contexte suisse et européen. Cette étude a été réalisée par la ZHAW Université des sciences appliquées de Zurich sur mandat de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) et de l'Office fédéral de l'énergie (OFEN). Les Inventaires de Cycle de Vie (ICV) actualisés couvrent les parcs éoliens terrestres et en mer avec des capacités de turbines modernes allant de 2.3 MW à 15 MW. Au total, 39 jeux de données ont été créés, dont des jeux de données d'infrastructure et des jeux de données de production d'électricité au niveau des parcs éoliens, ainsi que des mix électriques éoliens agrégés pour la Suisse et l'Europe. Ces inventaires sont conformes au protocole de base de données de l'OFEV et se basent sur l'année de référence 2024. L'inventaire modélisé couvre toutes les phases du cycle de vie couvrant la fabrication, le transport, l'installation, l'exploitation et la maintenance (O&M), le démantèlement et le traitement des déchets. Pour chaque taille de turbine, des ICV distincts ont été établis pour les parties mobiles (rotor, moyeu, nacelle), la tour, les fondations ainsi que les composants électriques tels que les sous-stations et les câbles. Les modèles tiennent compte de trajets de transport réalistes, de l'activité des navires, des taux de remplacement sur 25 ans et des fuites SF6. Le mix éolien suisse a été modélisé à l'aide de turbines terrestres de 2.3 MW et 3.4 MW avec le facteur de capacité national issu des statistiques suisses sur l'énergie éolienne. Pour le contexte européen, le mix électrique éolien comprend à la fois des installations terrestres et en mer. Les turbines terrestres ont une puissance de 2.3 MW, 3.4 MW, 4.5 MW et 6.2 MW, tandis que les turbines offshore ont une puissance de 5 MW, 10 MW et 15 MW. Cette sélection permet de couvrir les parts de marché réelles ainsi que les tendances futures (par exemple, l'importance croissante des turbines offshore de 10-15 MW). L'impact environnemental a été évalué sur la base du potentiel de réchauffement global (GWP, IPCC 2021), de la demande d'énergie cumulée (CED) et de l'impact environnemental total selon la méthode de la rareté écologique. Les émissions de gaz à effet de serre se situent entre 10.4 et 22.7 g CO2-eq./kWh. L'énergie éolienne offshore donne des résultats plus élevés que l’énergie éolienne terrestre en raison de l'activité des navires, et malgré des facteurs de capacité plus élevés (~34% pour l'offshore contre ~23% pour l'onshore en Europe et ~19% en Suisse). L’impact du mix éolien suisse vaut 18.1 g CO2-eq./kWh, ce qui est supérieur à la moyenne européenne qui vaut de 14.9 g CO2-eq/kWh, en raison de facteurs de capacité plus faibles et de turbines plus petites. L'impact environnemental total et la CED pour le mix suisse sont également 13 à 16% plus élevés que pour le mix européen. Cette étude améliore la qualité et la représentativité des données sur l'énergie éolienne pour les études d'écobilan et soutient ainsi des calculs plus précis des impacts environnementaux et des décisions politiques en rapport avec les objectifs climatiques et les stratégies de transition énergétique. En outre, elle garantit l'adaptation de la base de données suisse de l'OFEV à l'état actuel de la technologie éolienne.