L’importance de la cogénération dans la transition énergétique

Les temps sont durs dans le secteur de l’énergie. De nombreux facteurs, au premier rang desquels les turbulences géopolitiques, ont entraîné une hausse substantielle des prix de l’électricité et du gaz. Le calme semble être revenu sur les marchés de l’énergie, mais les prix restent historiquement hauts et le marché très nerveux. Dans l’arène politique, on ressent le besoin d’intervenir et de rassurer les gens. La facture des particuliers doit rapidement baisser et pour alléger cette pression, il faut débloquer très vite des budgets supplémentaires. Dans ce but, on envisage la taxation des surprofits du secteur énergétique ou encore la suppression des mesures d’aide. La cogénération (ou CHP pour Combined Heat and Power) est également visée. La technologie de la cogénération est souvent associée au gaz naturel qui est actuellement perçu comme une source d’énergie avec laquelle il faut prendre ses distances. Mais la cogénération, c’est tellement plus que cela...

ronnement, car elle rejette moins de gaz à effet de serre et permet ainsi de lutter contre le réchauffement de la Terre.

Il s’agit d’une technologie durable qui devient de plus en plus intéressante pour la transition énergétique, en raison de la génération efficace d’énergie et de la réduction des émissions de CO2 qu’elle permet. Un système de cogénération produit à la fois de l’électricité et de la chaleur grâce à la combustion de carburant : gaz naturel, biomasse, biométhane ou même hydrogène.

La chaleur libérée par la production d’électricité est ensuite réutilisée pour d’autres applications, notamment le chauffage de bâtiments ou l’alimentation de procédés industriels. On réduit ainsi la perte d’énergie et les sources d’énergie disponibles sont utilisées de manière plus efficiente. Les formes d’énergie fossiles, tout comme les énergies renouvelables, sont précieuses, et disponibles en quantités limitées. Il est donc crucial de les exploiter de la manière la plus efficace possible. Un exemple : il n’est pas énergétiquement rentable de brûler du biogaz dans une voiture quand on peut en retirer 4 fois plus d’énergie en générant à la fois du courant et de la chaleur.

De plus, la cogénération permet une réduction des émissions de CO2 vu qu’elle nécessite moins de carburant pour générer la même quantité d’énergie. C’est donc une technologie bonne pour l’envi-

Une centrale électrique classique utilise un vecteur énergétique seulement dans le but de produire de l’électricité. Une centrale au gaz moderne peut ainsi atteindre un rendement de 60 %. C’est en soi spectaculaire, mais cela signifie toutefois que 40 % de l’énergie est perdue sous forme de chaleur. Par ailleurs, cette électricité doit être transportée jusqu’à l’utilisateur et une partie de celle-ci est alors perdue lors de son acheminement par le réseau électrique. Un système de cogénération place localement un vecteur énergétique pour produire à la fois de l’électricité et de la chaleur. De cette manière, on peut obtenir un bien meilleur rendement total : théoriquement jusqu’à 100 % et parfois même un petit peu plus.

Par exemple : un bâtiment a besoin de 60 unités de chaleur et de 30 unités d’électricité (voir schéma ci-dessus). Si l’on souhaite couvrir les besoins en chaleur de ce bâtiment au moyen d’un système de cogénération disposant d’un rendement électrique de 30 % et d’un rendement thermique de 90 %, 100 unités de carburant sont donc nécessaires. Si l’on présuppose qu’en cas de production séparée, la production électrique atteint un rendement de 50 % et la production de chaleur (la chaudière) atteint un rendement de 90 %, 127 unités de carburant sont alors nécessaires. Cela représente 27 unités de plus que dans la configuration d’une cogénération. En comparaison avec un système de production séparé, la cogénération permet une économie d’énergie primaire relative (RPE) de 27 unités ou bien de 21 %.

Les deux dernières années, COGEN Vlaanderen a recherché, aux côtés de Fluxys, Gas.be et de l’UGent, comment utiliser l’hydrogène dans le cadre de la micro-cogénération avec pile à combustible pour fournir du courant et de la chaleur aux foyers. Selon leurs recherches, c’est une piste très prometteuse. En plus d’utiliser l’énergie de l’hydrogène au maximum de son potentiel, ce système comporte d’autres avantages. Les froides journées d’hiver augmentent fortement la tension sur le système électrique, surtout dans un contexte où l’on mise essentiellement sur les pompes à chaleur. Les pompes à chaleur ne produisent que de la chaleur et utilisent donc beaucoup de courant simultanément les jours de grand froid. En revanche, un système de micro-cogénération avec pile à combustion fournit non seulement de la chaleur, mais éga- lement de l’électricité. Ce qui veut donc dire que le réseau électrique n’est pas soumis à une tension supplémentaire et reçoit même du soutien. Ce système exploite ainsi efficacement l’hydrogène et participe à la sécurité d’approvisionnement.

De plus, il existe une complémentarité entre le photovoltaïque et la micro-cogénération avec pile à combustible lorsqu’ils sont rattachés à une pompe à chaleur et que l’énergie excédentaire peut être réinjectée dans le réseau local. Lorsque l’installation photovoltaïque fournit suffisamment d’électricité - comme pendant les mois d’été - elle peut alimenter la pompe à chaleur et un système de micro-cogénération décentralisé avec pile à combustion peut prendre le relais quand le soleil vient à manquer.

En guise d’exemple, les profils de production d’énergie de l’année 2018 sont représentés dans la figure 41 lors de l’implémentation d’un système de micro-cogénération avec pile à combustion (0,71 kWe) et en complément : - de panneaux photovoltaïques 3 kWp - d’une pompe à chaleur avec une puissance électrique de 0,71 kWe et un COP moyen de 3,246.

Au total, on constate une réduction des heures de fonctionnement de la pile à combustion d’environ 2 700 h/an pour 2018, une production électrique de 1 935 kWh/an et une consommation totale de gaz (pour production de chaleur) de 5 750 kWh/an.

Cette étude montre que la cogénération pourrait connaître une application plus large que celles des dispositifs déjà utilisés dans l’industrie ou dans le secteur tertiaire (comme les hôpitaux ou les piscines). La technologie de la cogénération a désormais de plus en plus souvent sa place dans des dispositifs de chauffage réduits, car le surcoût de la pompe à chaleur, de plus en plus utilisée en guise d’alternative, par rapport à la chaudière classique au gaz n’existe plus. Actuellement, les unités de cogénération décentralisées belges fournissent 2500 MWe (en comparaison : le réacteur nucléaire de Doel 4 a une puissance de 1000 MWe). Il ne s’agit donc pas d’une niche, mais d’une technologie bien au point et bien établie, qui peut tout à fait servir d’alternative aux centrales électriques classiques et aux dispositifs de chauffage tels que les chaudières ou

Retrouvez l’étude ici :

Politique énergétique durable

Le Trias Energetica est un modèle bien connu, utilisé pour établir une stratégie énergétique durable. Ce modèle est composé de trois étapes visant à utiliser l’énergie de façon plus efficace et plus durable : réduction de la consommation énergétique, utilisation de sources d’énergie durables et optimisation énergétique des combustibles (fossiles). C’est une méthodologie avec laquelle la cogénération prend toute sa valeur.

La première étape du Trias Energetica consiste en une réduction de la consommation énergétique. C’est par exemple rendu possible grâce à l’isolation des bâtiments, la transition vers un éclairage et un équipement économes en électricité et la suppression d’éclairage et de chauffage superflus. En économisant l’énergie, on réduit la demande en énergie et certains frais. L’énergie la plus verte est celle que l’on ne consomme pas. Lors de la deuxième étape, on regarde s’il est possible d’avoir recours à des énergies renouvelables (comme l’énergie solaire ou éolienne et la biomasse). De cette manière, on décarbone la production d’énergie et on réduit la consommation de combustibles fossiles. Et enfin, la dernière étape met l’accent sur l’utilisation de procédés de transformation à haut rendement énergétique comme la cogénération. Avec un haut rendement énergétique lors de la conversion d’énergie primaire en énergie finale, les sources d’énergie sont utilisées de manière plus efficiente et les émissions de CO2 et autres substances néfastes sont réduites. roule à l’électricité et si on chauffe uniquement les bâtiments avec des pompes à chaleur, des problèmes peuvent survenir par grand froid. Toutes ces pompes à chaleur fonctionnent alors en continu et à plein régime, ce qui cause bien souvent la mise en marche immédiate d’une résistance chauffante en guise de soutien. Nombre de pompes à chaleur ne sont en effet pas dimensionnées pour les froids extrêmes et possèdent des résistances intégrées qui servent de soutien lors de circonstances exceptionnelles. Cela veut dire que la demande en électricité atteint un pic colossal en cas de conditions météorologiques extrêmes. Il convient d’adapter le système électrique.

Il est essentiel de ne pas perdre la cogénération de vue. Dans la transition énergétique, on mise d’une part énormément sur l’électrification, car l’électricité est un vecteur énergétique très efficient pour de nombreuses applications. D’autre part, cette électrification augmente bien entendu fortement la tension sur le système électrique. Si on

Du côté de la production, les centrales nécessaires doivent pouvoir être mises en marche, et le réseau doit également être en capacité de supporter le pic. Concrètement, il s’agit d’investissements massifs certainement pas rentables pour de l’équipement à peine utilisé. En revanche, si l’on prend en compte la cogénération dans cette optimisation, l’équation semble déjà beaucoup plus réaliste. Dans ces circonstances extrêmes, ce même système de cogénération fournit non seulement une partie des besoins de chaleur, mais aussi du courant électrique nécessaire pour les pompes à chaleur et il permet également d’éviter la sollicitation excessive du réseau électrique.

La cogénération consiste en une utilisation efficace des vecteurs énergétiques Chaque jour, COGEN Vlaanderen y travaille avec sérieux et passion.

 Kris Voorspools (directeur de COGEN Vlaanderen)

ÉTAPE 3