Les réseaux de chaleur de 5ème génération  intègrent de l’électricité renouvelable pour accélérer la décarbonation des villes européennes !

Les réseaux de chaleur de 5ème génération  intègrent de l’électricité renouvelable pour accélérer la décarbonation des villes européennes !

Quel avenir et quel potentiel pour les réseaux de chaleur en Europe ? Pour les rendre plus performants, le projet D2Grids fait le pari de diversifier les sources d’approvisionnement en électricité renouvelable en misant sur l’innovation. Mathilde Henry, cheffe de projet transition énergétique chez GreenFlex, présente le projet européen D2Grids : une expérimentation inédite, répartie sur cinq sites pilotes en Europe du Nord-Ouest, pour développer des réseaux urbains de chaleur et de froid dits de « 5ème génération » et les synergies possibles avec de l’électricité renouvelable. 

En quoi consiste le projet de réseaux de chaleur et de froid D2Grids ? Pourquoi a-t-il été créé ?  

Le projet D2Grids est né du constat qu'en Europe, la part d'énergie renouvelable utilisée pour le chauffage et la production de froid est bien trop faible au regard de nos objectifs de baisse d’émissions de gaz à effet de serre. Le consortium regroupe une vingtaine de partenaires européens. Il a pour objectif de démocratiser et d'encourager l'accélération du déploiement de réseaux de chaleur et de froid de 5e génération, des réseaux basse température qui permettent l'échange d'énergie entre consommateurs de chaud et de froid.  
 
D2Grids est un projet qui s’étend en Europe du Nord-Ouest. C'est un projet supposé durer 4 ans et qui a commencé en 2019. Il permet de définir un standard technologique de ce qu'est la 5ème génération des réseaux de chaleur et de froid fondé sur 5 grands principes clefs : 

  • Une boucle énergétique fermée 
  • Valoriser l’énergie basse température 
  • Un approvisionnement énergétique décentralisé et piloté par la demande 
  • Une approche intégrée des flux d’énergie 
  • Priorité aux sources locales 

 
L’objectif était donc de définir un standard technologique pour la 5ème génération des réseaux de chaleur et de froid. Ensuite, il a fallu définir un modèle d’affaires pour ces réseaux, et démontrer leur faisabilité technico-économique dans différents contextes, différents pays et avec différentes solutions techniques. Cinq sites pilotes situés en France (Paris-Saclay), en Allemagne (Bochum), aux Pays-Bas (Brunssum), et au Royaume-Uni (Plymouth et Glasgow) expérimentent actuellement ces réseaux 5GDHC.  
 
Enfin, l’objectif est de faire connaître cette solution au plus grand nombre et d'encourager des nouveaux porteurs de projets à se lancer dans un réseau de chaleur de 5ème génération.  
 
Pour les aider, des indicateurs clés de performance des réseaux ont été définis par le projet D2Grids pour chacun des 5 principes : découvrez ces indicateurs !  

Pourquoi est-ce pertinent d’intégrer les énergies renouvelables à des réseaux de chaleur ?  

Avant tout, pour atteindre nos objectifs de réduction d'émissions de gaz à effet de serre, il est nécessaire de rappeler que nous avons besoin d'activer tous les leviers possibles : la sobriété énergétique, l'efficacité énergétique, et les énergies renouvelables.
 
Si l’on se concentre sur les énergies renouvelables, on voit que les réseaux de chaleur permettent de mutualiser la production d'énergie à l'échelle d'un quartier lorsqu’elles s’appuient sur des ressources renouvelables ou de récupération locale : biomasse, géothermie, chaleur issue d'un incinérateur de déchets ou encore issue de data centers.   
 
En fait, les réseaux de chaleur sont déjà en majorité fournie par des sources renouvelables ou de récupération, à hauteur de 60% en France. Mais nous pouvons aller encore plus loin et devons le faire, car le gaz représente encore 30 à 35% de l'approvisionnement de ces réseaux : il faut réfléchir à d'autres solutions pour essayer de se passer du plus en plus de cette énergie fossile, notamment au regard du contexte actuel, et tendre ainsi vers la souveraineté énergétique. 

Comment fait-on pour relier ces énergies renouvelables aux réseaux de chaleur ?    

Comme nous l’avons dit, l’usage des énergies renouvelables par les réseaux de chaleur était déjà bien démocratisé. Mais la différence avec la 5e génération, c'est qu’elle transporte de l'eau chaude à basse température. Cette température va ensuite être rehaussée ou abaissée au dernier moment grâce à une pompe à chaleur, au niveau requis pour le consommateur final. 
 
Ce système permet d’employer des énergies renouvelables et de récupération basse température qui sont pour le moment sous-utilisées, mais qui ont un fort potentiel : la géothermie peu profonde, la thalassothermie ou encore la récupération de chaleur fatale issue d'industries ou de data centers, qui peuvent permettre de fournir de la chaleur pour chauffer des logements individuels par exemple. On peut ainsi garder des ressources à pouvoir calorifique plus important pour les usages qui le nécessitent, l’industrie notamment.  

Pouvez-vous nous parler de l’extension du planning du projet D2Grids ? 

L'un des principes de la 5GDHC est d'avoir une approche intégrée de tous les flux énergétiques du quartier dans lequel est basé le réseau de chaleur. Les pompes à chaleur des réseaux de chaleur permettent d’ajuster la température au dernier moment au niveau requis fonctionnent à l'électricité. Donc si tout le monde tire de la chaleur du réseau de chaleur au même moment, par exemple le soir en hiver, cela va accentuer le pic de consommation sur le réseau électrique. Et qui dit pic de consommation sur le réseau électrique, dit souvent besoin d'avoir recours à des énergies fossiles.  
 
Pour y remédier, les réseaux de chaleur 5e génération vont justement éviter d'aggraver ce pic de consommation en ayant recours à de l'effacement de consommation des bâtiments ou à du stockage thermique par exemple. 
 
L’extension du projet D2Grids va encore plus loin : essayer de produire le plus possible soi-même la consommation électrique qui est nécessaire pour le fonctionnement des pompes à chaleur. Pour cela, l’énergie solaire a été choisie. C’était la solution la plus facile à mettre en œuvre, car les réseaux de chaleur sont souvent en zone dense, avec des toitures qui peuvent venir produire cette énergie solaire. L’objectif est vraiment d'encourager les maîtres d'ouvrage de réseau de chaleur, notamment les collectivités, à interconnecter les pratiques d’excellence sur la production, distribution, stockage et gestion d’énergie renouvelable électrique locale de D2Grids que nous promouvons depuis quelques années.
 
Le défi est de montrer les solutions techniques qui existent et étudier les modèles de gouvernance envisageables. Nous avons adapté le modèle financier des réseaux 5e génération à cette autoproduction électrique, ce qui permet de mettre en exergue l'intérêt pour le maître d'ouvrage de ne plus avoir à acheter son électricité, ou du moins, moins qu’avant.  
 
Cette extension de la durée du projet D2Grids permet au projet de se terminer une année plus tard, c’est-à-dire fin 2023. Le projet s’étend donc sur 5 ans au total. 

Il y a cinq sites différents qui sont pilotes du projet D2Grids, et l'extension est mise en œuvre que sur trois d’entre eux. Comment va-t-elle se dérouler ?  

Ce sont les sites pilotes de Paris-Saclay, de Brunssum, aux Pays-Bas, et de Glasgow au Royaume-Uni, qui ont prévu pour l’heure de démontrer la pertinence de cette extension pour les réseaux de chaleur de 5e génération. C'était surtout une question d’opportunité et de calendrier par rapport aux subventions européennes : les autres sites [Bochum en Allemagne et Plymouth au Royaume-Uni, ndlr] ont aussi en tête d'étudier le potentiel solaire par la suite.  
 
Glasgow et Paris priorisent l’installation de panneaux photovoltaïques, tandis que Brunssum étudie deux solutions différentes :  

  • Le photovoltaïque 
  • Des panneaux solaires hybrides, qui produiraient à la fois de l'eau et de l'électricité. 

Par ailleurs, certains de ces sites pilotes pourront être amenés à installer des solutions de stockage d'électricité si cela est jugé pertinent, mais en France par exemple, cela reste pour l’heure une solution trop coûteuse, même si les tarifs de l’électricité peuvent vite évoluer.  
 
Ce qui est intéressant aussi, ce sont les différences majeures en termes de gouvernance.  

  • Pour Brunssum et Glasgow, cela sera plutôt le gestionnaire du réseau de chaleur qui va investir dans l'installation ou le maître d'ouvrage du réseau de chaleur. 
  • A Paris-Saclay, c'est un bailleur social, Seqens, qui avait prévu d'installer du photovoltaïque sur la toiture de ses bâtiments et qui a choisi de le valoriser en en faisant bénéficier le gestionnaire du réseau de chaleur. Sur cet exemple-là, on constate que le consommateur devient véritablement « consomm-acteur » et s’intègre à la stratégie énergétique du territoire plutôt que d'être simplement passif. 

 Mieux comprendre cette gouvernance  !
 

Le projet de réseaux de chaleur et de froid urbains D2Grids se termine dans un an, en quoi peut-il être inspirant pour d’autres acteurs de la ville durable ? 

Le projet D2Grids permet de montrer que les réseaux de 5e génération sont adaptés à plusieurs contextes. Parmi les 5 démonstrateurs, nous avons des profils de consommateurs divers : des quartiers résidentiels, un écoquartier dans un campus universitaire, une ancienne zone industrielle… Le tout en ayant recours à différentes sources d'énergie. Tout cela montre que nous pourrions installer des réseaux de 5e génération sur de nombreuses typologies de quartiers.   
 
En revanche, il faut garder en tête l’objectif de limiter la consommation des pompes à chaleur dans le fonctionnement de ces réseaux. Il faut donc réduire le plus possible les besoins en haute température, et ainsi, ne pas réfléchir uniquement en termes d'énergie renouvelable, mais aussi en termes de performance énergétique des bâtiments. Cette 5eme génération est donc réplicable, mais elle est d'autant plus pertinente pour des quartiers ou les bâtiments sont thermiquement performants.  
 
C’est pourquoi nous aimerions étudier dans un prochain projet comment rénover les réseaux de chaleur existants et les transformer en 5e génération : rénover les bâtiments pour les rendre adaptés à ce type de technologie, changer les infrastructures ou encore la tuyauterie pour permettre d'amener cette eau chaude à plus basse température qu’auparavant. C’est une opportunité pour la suite que nous n’avons pas encore creusée et qui serait vraiment pertinente.  

D’autres pistes d’amélioration que vous voyez pour l’avenir des réseaux de chaleur ?  

Le but du projet D2Grids est aussi d'encourager les collectivités à adopter une vue complète et holistique de la consommation énergétique à l'échelle d'un territoire. Il faut anticiper les impacts du couplage des flux de chaleur/de froid et d'électricité par exemple, et chercher à maximiser l'utilisation de ressources vraiment locales en arrêtant de travailler de manière silotée (ou décorrélée) sur la réduction des besoins (sobriété et efficacité) d'un côté et ENR de l'autre.
 
Enfin, nous essayons de trouver des nouvelles formes de coopération et d'implication des usagers du territoire. Ce qui nous attend, c'est donc un défi organisationnel et contractuel et de gouvernance. Il faudra mettre autour de la table les consommateurs afin qu'ils deviennent également producteurs d'énergie pour le réseau de chaleur. 


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paul.capgras[a]construction21.fr

 

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