Stocker les excedents d'energie avec le Power-2-heat
Quelles sont les possibilites de stockage?
Le déséquilibre entre l'offre d'énergie renouvelable (par exemple par le biais de panneaux solaires) et la demande d'électricité est bien connu. Maintenant qu'avec l'introduction du compteur numérique, le compteur inverseur est lui aussi l’objet de critiques, la recherche de possibilités de stockage efficaces se fait pressante. En plus des piles, les solutions Power-2-Heat (P2H ou PtH) permettent également de stocker l'énergie électrique et de l'utiliser ultérieurement. Certaines de ces applications sont déjà sur le marché aujourd'hui.
Le principe de Power-2-Heat
Le terme ‘Power-2-Heat’ (P2H) est un terme fourre-tout. Il comprend toutes les techniques permettant de convertir l'électricité en chaleur et en vapeur. Bien qu'une telle conversion implique une perte d'énergie, elle peut être un moyen intéressant de stocker les excédents d'énergie aussi efficacement que possible. Une deuxième motivation pour envisager des solutions P2H est la sécurité d'approvisionnement ou l'indépendance par rapport au réseau énergétique.
Il est toujours important de parvenir à la plus grande valorisation possible afin de garantir la rentabilité de ces solutions. Pour l'instant, elles sont encore très chères. L'avènement du compteur numérique, entre autres, peut bien sûr les rendre beaucoup plus intéressantes.
Où le P2H peut-il être intéressant?
Les solutions P2H sont un outil idéal pour la mise en réserve d'énergie. Les panneaux solaires avec un compteur numérique sont l'exemple le plus actuel de l'application du P2H. L'énergie produite qui ne peut être consommée immédiatement est alors stockée sous forme de chaleur afin de ne pas être perdue. Des projets industriels P2H, dans lesquels les énergies renouvelables (soleil, vent, eau) sont récoltées à grande échelle afin d'alimenter les réseaux de chaleur, p.ex., ont déjà pris forme.
Le Power-2-Heat ne fera son apparition que lorsqu'il sera plus rentable ou lorsque l'urgence de la fiabilite operationnelle prevaudra
Les applications résidentielles commencent à apparaître. P.ex., les commandes intelligentes des pompes à chaleur peuvent augmenter de manière autonome la température de stockage du réservoir tampon ou la température de confort dans la maison en cas d'excès d'électricité. Dans ce cas, l'enveloppe du bâtiment sert de stockage thermique. Bien que la technologie soit certainement déjà là, les applications concrètes n'en sont qu'à leurs débuts. Les solutions de production de chaleur et d'électricité, en revanche, sont beaucoup plus avancées. Les incinérateurs de déchets en sont l'exemple le plus connu. Ils convertissent la chaleur générée lors de la combustion en énergie verte. En principe, on pourrait donc aussi évoluer techniquement vers des systèmes qui convertissent l'énergie en chaleur et la restituent en énergie. Attention: c'est peut-être techniquement possible, mais même lors de cette deuxième transformation, de l'énergie sera à nouveau perdue.
Quels sont les défis qui restent à relever ?
Le P2H est d'une actualité brûlante et de nombreuses recherches sont en cours, mais cela ne se traduit pas encore dans la pratique. Tout cela est dû au coût. L'électricité qui sera utilisée aura une valeur économique plus élevée que la chaleur qui restera après la transformation. Toutefois, le stockage lui-même entraîne aussi des coûts. La chaleur Power-2 ne fera donc une percée que lorsqu'elle sera plus rentable ou lorsque l'urgence de la fiabilité opérationnelle sera prioritaire. En outre, le défi consiste à permettre à tous les appareils de communiquer entre eux, quels que soient leur type et leur marque. Des normes et des protocoles n'ont pas encore été élaborés pour établir une communication uniforme. Cela sera crucial pour contrôler intelligemment les appareils qui peuvent recevoir de l'énergie dans la maison (machine à laver, lave-vaisselle, etc.).
les possibilites de stockage
La chaudière électrique
L'option de stockage la plus simple pour les systèmes P2H est une chaudière électrique. Le chauffe-eau électrique, un réservoir de stockage à résistance électrique, utilisera le surplus d'énergie pour fournir de l'eau chaude sanitaire ou pour chauffer le bâtiment.
Lors du dernier salon ISH, les fabricants ont déjà montré divers appareils qui se branchent lorsque l'électricité risque de se retrouver sur le réseau. Ces appareils ont un bon rendement: 95% de l'énergie restera dans l'eau. Toutefois, il doit y avoir suffisamment d'espace pour accueillir un volume assez important. C'est également le moyen le moins cher de convertir l'énergie en chaleur, bien que le coût de consommation soit plus élevé.
La chaudière à pompe à chaleur
Les coûts d'installation seront beaucoup plus élevés pour une chaudière à pompe à chaleur, mais la consommation sera moindre: là où une chaudière traditionnelle a besoin de 1 kWh d'électricité pour créer 1 kWh de chaleur, une chaudière à pompe à chaleur peut monter jusqu'à 3 kWh. Le fonctionnement d'une telle chaudière est comparable à celui d'une pompe à chaleur air-eau. Une chaudière à pompe à chaleur utilise généralement l'énergie de l'air pour chauffer l'eau sanitaire, mais elle peut également être connectée à des panneaux solaires. L'énergie de ces panneaux solaires fait fonctionner un compresseur. L'air est envoyé à travers un évaporateur au moyen d'un ventilateur. Le réfrigérant dans l'évaporateur absorbe la chaleur de l'air et s'évapore. La température et la pression du gaz réfrigérant dans le compresseur sont alors augmentées.
Après le compresseur, le gaz de refroidissement chaud entre en contact avec l'eau sanitaire froide via un échangeur de chaleur. Il libère sa chaleur dans l'eau sanitaire, ce qui provoque sa condensation. La pression et la température sont abaissées par une vanne d'expansion. Le processus peut recommencer.
Grâce à l’isolation, l'eau ne refroidit pas vite et ne nécessite qu'un minimum d'énergie pour maintenir l'eau à la bonne température.
Les matériaux de déphasage thermique
L'inconvénient des solutions évoquées ci-dessus est surtout qu'elles nécessitent un volume d'eau relativement important – bien qu'il s'agisse bien entendu d'un moyen de stockage bon marché.
Une alternative qui n'est pas entravée par le volume est celle des matériaux de déphasage thermique. Les appareils utilisant des matériaux à déphasage servent en fait de batterie de chauffage compacte. Le sel inorganique, par exemple, lorsqu'il est chauffé à 70 °C, deviendra complètement liquide. Dès qu'il y a une demande d'eau chaude du robinet, le sel se refroidit à nouveau. L'énergie thermique libérée est transmise à des échangeurs de chaleur qui sont remplis d'eau et produisent de l'eau chaude sanitaire. Ils fonctionnent ainsi comme une station de charge thermique qui convertit directement l'électricité en chaleur et la stocke pour l'approvisionnement en chaleur. Il existe déjà sur le marché des modèles de ce type qui fonctionnent bien.
Les matériaux de déphasage thermique peuvent souvent être ‘chargés et déchargés’ infiniment. Grâce à leur forte absorption et à leur rendement élevé, ainsi qu'à leurs faibles pertes de chaleur, ils sont rapides et efficaces. Ces dispositifs s'adaptent à la taille de n'importe quel foyer. La solution peut être soit résidentielle, soit industrielle. Plus la température du système de distribution sera basse, plus on peut tirer profit du même volume.
Les piles thermiques
Les piles thermiques sont de plus en plus utilisées, surtout dans l'industrie. Dans leur version élargie, ils s'agit alors d'un réseau de chaleur. Cela sert principalement à éviter la perte des excédents et à absorber les pics de la demande. L'avantage des piles thermiques, c'est qu'elles peuvent stocker la chaleur pendant une période plus longue.
Les premières variantes utilisaient le ruthénium, un matériau rare et donc coûteux, ce qui en rendait l'application commerciale difficile. Pour cette raison, les chercheurs ont commencé à chercher une alternative. L'un d'entre eux est une combinaison de nanotubes et d'azobenzène, qui peut atteindre la même densité énergétique qu'une batterie lithium-ion. Ils peuvent ensuite être utilisés pour chauffer des bâtiments ou pour produire de la vapeur dans l'industrie.
La technologie la plus prometteuse est peut-etre celle de l'hydrogene, d'autant plus que le stockage de l'hydrogene peut traverser les differentes saisons
Les chaudières à hydrogène
La technologie la plus prometteuse est peut-être celle de l'hydrogène, d'autant plus que son stockage permet de franchir les différentes saisons. Pour l'instant, cela n'est pas possible avec les technologies évoquées ci-dessus.
Un deuxième avantage de l'hydrogène est qu'il peut – sous réserve d'un certain nombre de modifications mineures – être transporté via le réseau de gaz. Les fabricants commencent aussi, à contrecœur, à mettre sur le marché des chaudières à hydrogène. Les appareils fonctionnent selon le principe de l'électrolyse. L'énergie provenant de sources renouvelables est utilisée pour convertir l'eau en hydrogène par électrolyse. Il peut ensuite être stocké sous différentes formes. Avec un brûleur catalytique, l'hydrogène et l'oxygène de l'air ambiant peuvent former spontanément une molécule d'eau et en même temps dégager de la chaleur. Une série d'échangeurs de chaleur peut alors être utilisée pour fournir de l'eau chaude sanitaire ou des systèmes de chauffage.
Pour une efficacité maximale du brûleur et un confort maximal pour l'utilisateur, des installations de rayonnement à basse température sont initialement envisagées. Avec l'hydrogène en particulier, il y a plus de possibilités de recommencer à produire de l'électricité au moment voulu, par exemple en utilisant des piles à combustible. D'ailleurs, les chaudières à condensation les plus modernes peuvent déjà fonctionner avec un mélange de gaz contenant 20% d'hydrogène. Cela se traduit par une économie immédiate de 8% sur les émissions de CO₂.
Met dank aan: ACV, Bosch, Flamco Group, Remeha, Van Marcke en Viessmann
