The role of natural gas and its infrastructure in the energy transition in Switzerland

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State: Public
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Serval ID
serval:BIB_5A981353C01B
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
The role of natural gas and its infrastructure in the energy transition in Switzerland
Author(s)
Simon Emilie
Director(s)
Swaton Sophie
Codirector(s)
Genoud Stéphane
Institution details
Université de Lausanne, Faculté des géosciences et de l'environnement
Publication state
Accepted
Issued date
2022
Language
english
Abstract
Augmentation de la température moyenne de l'air, réchauffement des océans, déclin régulier de la cryosphère, élévation accélérée du niveau de la mer et concentration croissante des gaz à effet de serre dans l'atmosphère : le changement climatique et l'influence de l'homme sur ce phénomène sont désormais sans équivoque. Notre système énergétique actuel, basé sur les énergies fossiles, est le principal responsable des émissions anthropiques mondiales. Il est donc crucial de commencer à construire un nouveau système énergétique sûr, capable de répondre à la demande d'énergie tout en tenant compte de la nécessité absolue de limiter le réchauffement climatique à un niveau acceptable. Cela implique une transition d'un système énergétique qui dépend fortement des combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel vers un système énergétique qui repose principalement sur les énergies renouvelables. L'objectif est clair, mais le chemin pour y parvenir n'est pas encore tracé. Comment orchestrer le déclin des combustibles fossiles ? Ayant la plus faible intensité de carbone de combustion des trois principales énergies fossiles, le gaz naturel est parfois présenté comme le combustible fossile de transition. Il est souvent décrit comme un compagnon des énergies renouvelables intermittentes, car il peut être une source bienvenue de flexibilité pour le système électrique. En outre, son infrastructure pourrait favoriser l'émergence de gaz renouvelables tels que le biométhane, le méthane de synthèse et l'hydrogène. Cette énergie doit-elle donc jouer un rôle particulier dans la transition énergétique ? En Suisse, le gaz naturel joue un rôle important dans son système énergétique. En effet, il représente 15% de la consommation finale d'énergie et son réseau s'étend sur 20'000 km. Alors que le pays s'est engagé à transformer son système énergétique afin d'atteindre la neutralité climatique d'ici 2050, quel sera le rôle du gaz naturel demain ? Est-il possible de mettre ses infrastructures au service de la transition énergétique ? L'objectif de cette thèse cumulative composée de trois articles différents est donc d'explorer quel rôle que le gaz naturel et ses infrastructures peuvent jouer dans la transition énergétique bas carbone en Suisse. Le premier article a adopté une approche qualitative et holistique afin d'explorer tous les aspects de cette question. Les deux plus grands défis liés à la transition énergétique en Suisse ont été identifiés. La mesure dans laquelle le gaz naturel et son infrastructure pourraient les résoudre a été mise en lumière. Le deuxième article a adopté une approche quantitative pour analyser l'implication du déploiement de l'un des rôles identifiés dans le premier article : L’utilisation de couplages chaleur-force alimentés au gaz naturel afin de produire de la chaleur et de l’électricité en hiver. Les résultats ont montré que le développement de cette solution peut réduire l'empreinte de gaz à effet de serre de l'électricité consommée en Suisse. Le troisième article a adopté une approche quantitative pour améliorer le modèle développé dans le deuxième article et pour analyser l'impact de l’arrêt de la centrale nucléaire de Mühleberg. L'article a également utilisé une approche qualitative pour identifier les barrières qui empêchent la pénétration des couplages chaleur-force en Suisse. Les résultats ont montré que ceux-ci sont confrontés à de nombreux obstacles. Tant qu'il n'y aura pas de définition claire d'une stratégie concernant cette technologie au niveau fédéral et cantonal, une réelle pénétration du marché semble compromise. Globalement, cette thèse contribue à une meilleure compréhension du rôle du gaz naturel et de ses infrastructures dans le contexte de la transition énergétique en Suisse.
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Rising average air temperature, warming of the oceans, steady decline of the cryosphere, accelerated sea-level rise and increasing concentration of greenhouse gases in the atmosphere: climate change and the influence of humans on this phenomenon are now unequivocal. Our current fossil-based energy system is the largest contributor to global anthropogenic emissions. It is therefore crucial to start building a new secure energy system capable of meeting energy demand while taking into account the absolute necessity of limiting global warming to acceptable levels. It implies a transition from an energy system that relies heavily on fossil fuels such as coal, oil and natural gas to an energy system that relies mainly on renewable energy. The objective is clear, but the path to get there has not yet been mapped out. How should the decline of fossil fuels be orchestrated? Having the lowest combustion carbon intensity of the three major fossil fuels, natural gas is sometimes presented as the transitional fossil fuel. It is often described as a companion to intermittent renewable energy as it can be a welcome source of flexibility for the power system. Moreover, its infrastructure might support the emergence of renewable gas such as biomethane, synthetic methane and hydrogen. Should this energy therefore play a special role in the energy transition? In Switzerland, natural gas plays an important role in its current energy system. Indeed, it accounts for 15% of final energy consumption and its network extends over 20,000 km. As the country is committed to transforming its energy system in order to achieve climate neutrality by 2050, what will be the role of natural gas tomorrow? Is it possible to put its infrastructures at the service of the energy transition? The aim of this cumulative thesis composed of three different papers is therefore to explore the role that natural gas and its infrastructure can play in the low-carbon energy transition in Switzerland. The first paper adopted a qualitative and holistic approach in order to explore all the aspect of this question. The two biggest challenges related to the Swiss energy transition were identified: Electricity supply in winter as well as the slow decarbonization of the buildings sector. The extent to which natural gas and its infrastructure could address them has been brought to light. The second paper adopted a quantitative approach to analyse the implication of the deployment of one of the roles identified in the first paper: Combined Heat and Power plants fuelled with natural gas as a power generation solution in winter. The results showed that the development of this solution can lower the GHG footprint of the electricity consumed in Switzerland. The third paper adopted quantitative approach to improve the model developed in the second paper and to analyse the impact of the decommissioning of the Mühleberg nuclear power plant. The paper also used a qualitative approach to identify the barriers hindering penetration of combined heat and power plant in Switzerland. The results showed they are facing many obstacles. As long as there is no clear definition of a strategy regarding this technology at federal and cantonal level, a real market penetration seems compromised. Overall, this thesis contributes to a better understanding of the role of natural gas and its infrastructure within the Swiss energy transition context.
Keywords
gaz naturel, Suisse, transition énergétique, gaz renouvelables, couplage chaleur-force, réchauffement climatique, natural gas, Switzerland, energy transition, renewable gases, combined heat and power, global warming
Create date
01/12/2022 12:12
Last modification date
07/12/2022 7:10
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