Mission Avenir : maîtriser la transition thermique urbaine et communale grâce à une pompe à chaleur de grande dimension

La transition thermique commence dans les bâtiments. Avec leur grand nombre de bâtiments, les villes et communes jouent un rôle déterminant dans la voie de la neutralité carbone. Comment pouvons-nous concevoir cette transition énergétique et thermique, de la manière la plus rapide et la plus fiable possible ? Les pompes à chaleur de grandes dimensions telles que SPECTRUM Water et thermeco₂ y contribuent largement.

Rares sont les sujets qui préoccupent actuellement plus les villes, les communes et les quartiers que la transition thermique et l'indépendance indispensable à long terme vis-à-vis des énergies fossiles telles que le pétrole et le gaz. Une chose est sûre : il ne peut y avoir de transition énergétique sans transition thermique. Pourtant, la part renouvelable dans le secteur de la fourniture en chaleur n'est que d'environ 17 pour cent actuellement. À titre de comparaison, les énergies renouvelables représentent déjà plus de 40 pour cent dans le secteur de l'électricité. Il n'est donc pas étonnant que le secteur du chauffage soit souvent qualifié de « géant endormi » de la transition énergétique. Afin d'atteindre l'ambitieux objectif du gouvernement fédéral de 50 pour cent de la part renouvelable dans le secteur de la fourniture en chaleur d'ici 2030, il est nécessaire de développer massivement les énergies renouvelables dans les années à venir – non seulement dans le secteur privé, mais également justement dans les entreprises, les villes et les communes. Sous l'impulsion de la situation politique internationale, des efforts importants sont actuellement entrepris dans tous les secteurs afin d'accélérer la sortie du monde des énergies fossiles – et d'accéder à un avenir respectueux du climat et neutre en carbone.

Pourquoi nous devons réveiller le géant endormi « Transition thermique »

D'énormes potentiels de décarbonation sommeillent encore, en particulier dans le secteur du chauffage des bâtiments qui représente aujourd'hui environ 35 pour cent de la consommation finale d'énergie en Allemagne et qui n'est couvert qu'à hauteur d'environ un quart par les énergies renouvelables. Ces capacités peuvent véritablement être couvertes de façon économique par la technologie dont nous disposons aujourd'hui. Dans ce contexte, les réseaux de chaleur des villes et communes sont considérés comme un élément clé pour alimenter en énergie thermique climatiquement neutre les bâtiments existants en plus des nouvelles constructions d'ici 2045. Si l'on compare les réseaux de chaleur à une utilisation purement décentralisée de la chaleur, cela offre plusieurs avantages. Car comme les réseaux électriques, les réseaux de chaleur génèrent un équilibre entre les surplus et les besoins énergétiques locaux. Ils offrent en outre une possibilité de stockage. Les consommateurs n'ont également plus besoin d'installer ni de faire fonctionner des installations de chauffage. Par conséquent, les réseaux de chaleur doivent à l'avenir jouer un rôle important dans la décarbonation du chauffage des bâtiments – particulièrement dans les régions à forte densité de population et les agglomérations avec un important besoin thermique spécifique. Car dans ces zones les systèmes de chauffage décentralisés se heurtent souvent à des limites techniques et économiques.

Transition thermique – une tâche herculéenne pour tous

Pour réussir la transition thermique, d'après la récente étude « Pistes de transformation du chauffage urbain en rétroaction avec le système énergétique et conditions nécessaires » publiée par l'Institut Fraunhofer pour la gestion de l'énergie et les techniques des systèmes énergétiques (Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik, IEE), il est nécessaire d'augmenter la part de l'énergie finale générée par les réseaux de chaleur, en passant de onze pour cent actuellement à 37 pour cent d'ici 2030. Dans les années à venir, le gouvernement allemand aimerait donc également renforcer le développement des réseaux de chaleur dans toute l'Allemagne et les décarboner – c'est inscrit dans l'accord de coalition des partis au pouvoir et dans le « Bilan d'ouverture sur la protection du climat » du Ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du Climat. Il a été convenu ce qui suit : « Nous nous engagerons en faveur d'une conception thermique communale étendue et du développement des réseaux de chaleur. L'objectif est de parvenir à des réseaux de chaleur climatiquement neutres d'ici 2045, notamment en augmentant la part des énergies renouvelables. Afin d'accélérer ce développement, la classe politique a instauré de nouvelles aides financières avec le « Financement fédéral pour des réseaux de chaleur énergétiquement efficients » (Bundesförderung für energieeffiziente Wärmenetze - BEW). En plus d'une aide à l'investissement, le programme prévoit pour la première fois dans le projet une subvention pour les coûts d'exploitation des pompes à chaleur de grandes dimensions – une incitation forte pour les villes et les communes.

Avec les pompes à chaleur de grandes dimensions, l'environnement est gagnant

Jusqu'ici, tout va bien. Mais qu'en est-il de la réalité aujourd'hui ? « Actuellement, les réseaux de chaleur sont essentiellement alimentés par des énergies fossiles. Environ 70 pour cent de l'approvisionnement est aujourd'hui toujours composé de gaz naturel et de charbon », indique Roman Steddin, chef de produit chez ENGIE Refrigeration. « En raison de cette proportion importante, le passage à des alternatives respectueuses de l'environnement est certes une tâche herculéenne pour les villes et les communes ; elle est néanmoins indispensable en raison de la situation géopolitique actuelle et au regard de la protection du climat. Les pompes à chaleur de grandes dimensions serviront de levier. » C'est également la vision de l'Institut Fraunhofer pour la gestion de l'énergie et les techniques des systèmes énergétiques : d'après l'étude, « Dans la panoplie des options technologiques, les pompes à chaleur de grandes dimensions joueront un rôle très important dans la transition thermique urbaine. » Les pompes à chaleur de grandes dimensions installées de manière centralisée peuvent aussi bien utiliser d'importantes sources de chaleur naturelles que la chaleur dégagée par l'industrie à basse température ; les pompes à chaleur décentralisées ne peuvent ni l'un ni l'autre. En outre, les sources de chaleur adaptées sont souvent éloignées ou ne peuvent pas être exploitées facilement par les consommateurs individuels. À l'inverse, les pompes à chaleur de grandes dimensions permettent d'avoir une fourniture en chaleur efficace à base d'électricité. Si elles sont exploitées de façon intelligente pour le réseau, elles gagneront en outre en importance en tant qu'éléments de flexibilité pour le secteur de l'électricité de plus en plus marqué par les énergies renouvelables fluctuantes – mot clé : couplage sectoriel. Dans l'ensemble, les pompes à chaleur de grandes dimensions peuvent donc largement contribuer à décarboner les réseaux de chaleur urbains et communaux et à atteindre les objectifs de protection climatique – en particulier si elles fonctionnent avec de l'électricité produite sans gaz à effet de serre.

Pompe à chaleur SPECTRUM Water : un investissement dans l'avenir

Avec tous ces avantages, la question qui se pose de savoir pourquoi les pompes à chaleur de grandes dimensions ne sont pas déjà plus largement répandues aujourd'hui pour la fourniture en chaleur avec des réseaux de chaleur. Roman Steddin connaît la réponse : « En raison de l'écart de prix important entre l'électricité et le gaz en Allemagne, beaucoup de villes, communes et quartiers ont longtemps choisi, pour des raisons purement économiques, une chaudière à gaz ou une chaudière à cogénération alimentée par des combustibles fossiles, et non une pompe à chaleur de grande dimension. Mais cela a changé en raison des fortes augmentations de prix et des menaces de pénuries sur le marché du gaz, de la taxe supplémentaire sur le CO₂ ainsi que la promotion règlementaire et financière croissante des générateurs de chaleur renouvelables. En outre, les décisions d'investissement sont de plus en plus souvent prises d'un point de vue écologique – et ne sont plus uniquement motivées par l'aspect financier. » D'un point de vue écologique et au regard des potentiels de réduction du CO₂, la pompe à chaleur de grande dimension possède des avantages indéniables face à une production de chaleur conventionnelle utilisant du gaz, du pétrole ou du charbon. Le fait que seuls quelques fabricants proposent des pompes à chaleur de grandes dimensions prêtes à être produites en série avec un niveau de température suffisamment élevé et une large plage de puissance permettant de les intégrer de manière efficace et économique dans des réseaux de chaleur a également longtemps été un frein à la pénétration sur le marché des pompes à chaleur de grandes dimensions dans les réseaux de chaleur. Avec la pompe à chaleur SPECTRUM Water, ENGIE Refrigeration fait partie des pionniers sur le marché international.

Une pompe à chaleur de grande dimension synonyme d'efficacité

Depuis le printemps 2022, la pompe à chaleur eau-eau SPECTRUM Water est disponible en douze modèles de base d'une puissance thermique nominale allant de 350 à 3 100 kilowatts et pour des températures de sortie du fluide caloporteur pouvant atteindre +65 degrés Celsius. L'équipe d'ENGIE Refrigeration a développé le modèle en réponse aux objectifs climatiques internationaux et à la demande croissante du marché pour des pompes à chaleur de grandes dimensions standardisées et à haut rendement. Grâce à l'efficacité énergétique de pointe, la plage de puissance étendue et aux températures élevées du fluide caloporteur, la pompe à chaleur de grande dimension convient parfaitement pour une utilisation dans des réseaux de chaleur – qu'elle soit intégrée de manière monovalente dans de petits réseaux de quartier basse température ou multivalente en tant que part du mix énergétique avec d'autres générateurs de chaleur renouvelables ou unités de cogénération (dites unités de cogénération innovantes).

La conception sans huile de la machine avec des turbocompresseurs à paliers magnétiques rend l'installation unique sur le marché des pompes à chaleur de grandes dimensions, actuellement encore très marqué par la technologie de compresseurs lubrifiés. Outre une efficacité énergétique très élevée et constante tout au long de la durée de vie de l'installation, l'absence de lubrifiants dans le circuit d'agent réfrigérant entraîne une plus grande sécurité de fonctionnement ainsi que des interventions de maintenance moins longues et moins coûteuses – un gain de temps et d'argent à long terme. Les utilisateurs ont le choix entre le fluide frigorigène R-1234ze à faible PRG et les fluides frigorigènes dits sûrs R-515B et R-513a. Grâce à ses dimensions compactes et son faible niveau sonore, SPECTRUM Water est prédestinée à une utilisation dans des zones à forte densité de population où les surfaces d'implantation sont limitées et soumises à de fortes restrictions acoustiques et, le cas échéant, architectoniques. L'interface Smart Grid disponible en option permet d'exploiter le réseau intelligemment. La pompe à chaleur de grande dimension permet en outre d'intégrer des sources de chaleur renouvelables, comme par exemple la chaleur des conduites d'eaux usées ou la géothermie. Comme dans la métropole de Bordeaux : Dans un nouveau d'une surface de 40 000 mètres carrés, une pompe à chaleur SPECTRUM Water d'une puissance thermique d'un mégawatt assurera une fourniture efficace en chaleur – et jouera un rôle essentiel dans le concept de durabilité du quartier.

Concevoir la transition thermique avec ENGIE Refrigeration

La thermeco₂ est la pompe à chaleur à haute température idéale pour quiconque a besoin de températures élevées jusqu'à 90 degrés Celsius dans le réseau de chaleur et souhaite un agent réfrigérant naturel. Disponible dans des niveaux de performance entre 90 et 1 000 kilowatts, le modèle se caractérise par de très bons résultats en matière d'efficacité, même dans des conditions d'utilisation extrêmes. La pompe à chaleur à haute température thermeco₂ assure une plus grande protection du climat dans le cadre de concepts de récupération thermique innovants, comme par exemple pour le compte du fournisseur d'énergie, de chaleur et d'eau de Brunswick BS Energy dans le quartier urbain « Heinrich der Löwe » comptant 600 logements ainsi que pour le compte de la sous-préfecture Ludwigsbourg pour le centre informatique. Roman Steddin constate une très forte demande pour des projets similaires auxquels les quartiers, communes et structures municipales doivent s'attaquer de toute urgence en vue de la transition thermique – et il se réjouit personnellement à la perspective d'accompagner de nouveaux clients dans cette voie : « La neutralité carbone est la mission du groupe ENGIE depuis des années. Chez ENGIE Refrigeration, nous jouons un rôle de pionnier pour les technologies neutres en carbone sur le marché international du froid et de la chaleur. Je suis entièrement convaincu par notre gamme de produits, en premier lieu par la pompe à chaleur SPECTRUM Water et la pompe à chaleur à haute température thermeco₂ » souligne l'expert thermique. « Choisir SPECTRUM ou thermeco₂, c'est choisir la protection du climat. Nos pompes à chaleur de grandes dimensions permettent de maîtriser la transition thermique et de préparer les communes et les villes pour demain. » Mission Avenir réussie !