[Dossier énergies renouvelables] #19 - Les solutions hybrides thermiques- électriques : la bonne combinaison en termes d’énergie pour les bâtiments ?
Aurélien HENON
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Le stockage est un élément clé pour offrir de la flexibilité et soutenir l'intégration des énergies renouvelables dans les systèmes énergétiques, mais aussi contribuer efficacement à la décarbonation des bâtiments. Le stockage devient particulièrement intéressant lorsqu’il est couplé à une production d’énergie renouvelable intermittente, telle que l’énergie solaire.
Parmi toutes les alternatives technologiques actuelles en matière d’énergie pour le bâtiment, quelle est la plus vertueuse, en considérant simultanément le service rendu (confort été et hiver), le coût et l’impact environnemental ? C’est la question à laquelle s’efforcent de répondre les solutions hybrides.
Pour développer des solutions économiques et à faible impact environnemental pour les bâtiments résidentiels, tout en garantissant des conditions de confort, il est nécessaire d’associer plusieurs principes de production et d’utilisation de l’énergie : enveloppe bien isolée, solutions de rafraîchissement passives et énergies renouvelables intégrées au bâtiment.
La notion de solution hybride part du constat qu’un principe technologique unique ne permet pas de répondre simultanément à tous les enjeux de confort (hiver et été), de basse consommation, d’énergies renouvelables et d’usages flexibles visés.
L’énergie solaire représente une formidable opportunité, tout en présentant des contraintes d’utilisation : gisement variable au cours de la journée et au cours de l’année, et prévisible à court terme seulement. Le pilotage intelligent entre production, stockage et utilisation de l’énergie est aujourd’hui une option incontournable pour augmenter le taux de couverture des bâtiments par l’énergie solaire.
De nombreuses alternatives ont été développées ces dernières années et permettent de valoriser d’une façon ou d’une autre l’énergie du soleil : stockage électrique, stockage thermique à chaleur sensible, stockage thermique à chaleur latente (changement de phase), pompe à chaleur thermodynamique, pompe à chaleur à absorption, et bien sûr les panneaux solaires photovoltaïques (PV), les panneaux solaires thermiques, et panneaux à la fois thermiques et photovoltaïques (PV/T).
Des solutions hybrides pour le bâtiment
L’enjeu des solutions hybrides, constituées de plusieurs principes et composants énergétiques, est de proposer des solutions optimales, capables à la fois de valoriser l’énergie solaire sous forme électrique et/ou thermique tout en étant capable de satisfaire les besoins de chauffage, d’eau chaude sanitaire, de rafraîchissement, voire d’électricité spécifique. La solution optimale, pour être largement déployée, devra être à la fois compacte et économiquement compétitive.
Le choix du concept technologique n’est pas la seule question à laquelle doit répondre une solution hybride. L’échelle d’application (bâtiment, quartier) et l’environnement des bâtiments sont également à considérer (urbain, rural, opportunités énergétiques existantes telles que les réseaux de chaleur).
En outre, le besoin que doit satisfaire la solution hybride peut différer largement selon la typologie de bâtiments considérée (résidentiel, bureaux, commercial, etc.) et selon le climat (méditerranéen, continental).
HYBUILD, un stockage hybride innovant, alliant électrique et thermique
Le projet européen HYBUILD a pour objectif de développer un système de stockage hybride innovant et compact, économique pour les bâtiments résidentiels à basse consommation d'énergie tout en garantissant des conditions de confort.
HYBUILD met en œuvre un stockage d'énergie électrique photovoltaïque, des capteurs solaires thermiques à concentration (Fresnel) connectés à une pompe à chaleur innovante à courant continu et un stockeur à matériaux à changement de phase (MCP). Il s’articule autour de deux alternatives technologiques chacune visant une application dans un climat différent : le concept « méditerranéen » permet d’apporter une réponse efficace en confort d’été ; le concept « continental » vise en priorité le besoin de chauffage (et eau chaude sanitaire - ECS). Le concept méditerranéen inclut l’implémentation de capteurs solaires thermiques à concentration (Fresnel) connectés à une pompe à chaleur innovante alimentée directement en courant continu. Cette solution intègre un stockage à la fois à sorption et à chaleur latente, ainsi qu’un stockage de l’énergie électrique. Le concept continental quant à lui, intègre des panneaux photovoltaïques connectés à une pompe à chaleur innovante à courant continu. Cette solution utilise du stockage à chaleur latente, sensible et du stockage électrique.
Jusqu’à 40% d’énergie économisée
20 et 40% de réduction d'énergie sont attendus selon la configuration et le contexte. Un effort particulier est également mené sur la capacité de pilotage de ces technologies avec une intégration aux systèmes de gestion énergétique des bâtiments (BEMS).
Le projet est mené conjointement avec 21 partenaires de 9 pays différents. NOBATEK/INEF4 coordonne l'implémentation de la solution HYBUILD sur 3 sites de démonstration en Espagne, Autriche et à Chypre.
Le projet HYBUILD doit durer 4 ans et demi. Les résultats sont attendus en 2022.
Article signé : Aurélien Hénon, Responsable d’équipe « Outils et systèmes pour la Performance Energétique », Nobatek/INEF4
En savoir plus : http://www.hybuild.eu/
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