Chaleur résiduelle : récupération d'une ressource renouvelable précieuse

La nouvelle plateforme de récupération de chaleur, EMB3Rspeut aider les industries à trouver les meilleurs moyens de réutiliser l'énergie thermique perdue qui serait normalement rejetée dans l'environnement. Voici comment elle associe les sources et les puits de chaleur afin de réduire les émissions de carbone.

L'année dernière, CORDIS, le service communautaire d'information sur la recherche et le développement de la Commission européenne, a indiqué que l'énergie représentait jusqu'à 20 % des coûts totaux de production pour de nombreuses industries en Europe. À l'heure où les entreprises du monde entier s'efforcent de payer les prix élevés de l'énergie et où la lutte contre le changement climatique figure sur tous les agendas politiques, il n'a jamais été aussi important de trouver une source d'énergie bon marché, propre et fiable.

La chaleur résiduelle est une option qui est désormais prise très au sérieux, avec une myriade de projets financés par l'Union européenne en cours pour trouver la meilleure façon d'exploiter cette ressource sans carbone. La plateforme d'appariement de la chaleur et du froid, EMB3Rs, en est un bon exemple.

En 2019, des chercheurs de toute l'Europe ont uni leurs forces pour mettre au point EMB3Rs, une plateforme ouverte de mise en correspondance de la chaleur et du froid excédentaires qui détermine les coûts et les avantages de la réutilisation de l'énergie thermique industrielle perdue, qui serait autrement rejetée dans l'environnement. Des essais récents ont clairement montré comment l'excès de chaleur/froid provenant des industries, y compris la biomasse et la production d'acier, peut être capturé et réutilisé en tant qu'énergie sans carbone dans les processus et les services, tels que l'emballage des fromages et les supermarchés.

De plus, les expériences confirment que la chaleur et le froid récupérés peuvent être utilisés efficacement dans les réseaux de chauffage urbain. Parmi les études de cas réels, citons le réseau de chaleur et de froid de Climaespaço au Portugal et un système de chauffage urbain à Landskrona, en Suède.

Une plateforme Open Source pour stimuler la récupération de chaleur/froid au niveau industriel

Alors que le projet touche à sa fin, Shravan Kannan, chercheur à l'Institut royal de technologie de Suède (KTH), est enthousiaste quant à l'avenir de la plateforme. Dans le cadre de son doctorat, M. Kannan a développé le module TEO (Technic Economic Optimization) de la plateforme, qui identifie la manière la plus rentable d'utiliser différentes technologies au niveau des sources et des puits de chaleur et de froid. Comme les autres modules de la plateforme, il s'agit d'un outil "prêt à l'emploi" qui peut être utilisé seul ou avec d'autres plateformes.

"L'un des principaux enseignements que j'en tire est qu'il faut s'assurer que les outils que nous développons sont vraiment utiles pour nos utilisateurs industriels - ils doivent être open source et avoir une courbe d'apprentissage facile", explique-t-il. "Je pense que nous y sommes parvenus et, une fois que nous aurons complètement terminé cette plateforme, nous pourrons tirer les leçons de l'expérience et les appliquer à d'autres plateformes. EMB3Rs constitue également une excellente base et peut être modifiée très facilement - les gens pourront ajouter des éléments à cette plateforme à l'avenir.

Kannan est convaincu que l'utilisation d'EMB3Rs pour tout type d'analyse de récupération de chaleur ou d'étude de faisabilité - tant au niveau industriel que municipal - sera utile pour les fournisseurs de chaleur et de froid excédentaires, ainsi que pour les utilisateurs. "EMB3Rs permet de prendre des décisions à différents niveaux : les utilisateurs peuvent voir, par exemple, quels pourraient être les bénéfices de différents projets, puis déterminer où se situent les synergies et les compromis", explique-t-il.

Tous les regards se tournent vers EMB3Rs

Patrick Hoffmann, du département des marchés de l'énergie de l'Institut pour les systèmes futurs d'énergie et de flux de matières - Institut für Zukunftsenergie- und Stoffstromsysteme (IZES) - à Sarrebruck, en Allemagne, a suivi de près le développement des EMB3Rs et est impatient de voir ce qui se passera par la suite. Comme il le dit : "La chaleur excédentaire ou perdue est exempte de carbone... et je pense qu'au cours des deux prochaines années, nous allons assister à une forte demande de plates-formes telles que les EMB3R, qui peuvent réunir les sources de chaleur perdue et les puits de chaleur".

M. Hoffmann a lui-même passé de nombreuses années à travailler sur la chaleur perdue, en participant à plusieurs projets financés par le ministère fédéral allemand de l'économie et de l'action climatique (BMWK). Il s'agit notamment du projet KoWa - Heat Transition in Municipal Energy Supply - qui étudie la manière de mettre en œuvre ou d'étendre les réseaux de chauffage municipaux en Allemagne, dans le cadre de la transition thermique à l'échelle nationale.

Depuis 2015, M. Hoffmann organise également le congrès annuel sur la chaleur résiduelle, au nom de la BMWK. Comme il le souligne, l'intérêt pour la récupération de la chaleur résiduelle a considérablement augmenté ces dernières années, en grande partie en raison des réglementations ambitieuses en matière de climat. Selon le chercheur, la production renouvelable représente environ 41 % de l'électricité allemande, mais la part renouvelable de l'approvisionnement en chaleur du pays n'est que de 17 %. Compte tenu de l'intention du gouvernement fédéral allemand, dictée par la loi sur le changement climatique, de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 65 % par rapport aux niveaux de 1990 d'ici à 2030 et d'atteindre la neutralité climatique d'ici à 2045, il convient de remédier rapidement à cette disparité.

"Dans un avenir proche, les municipalités allemandes devront planifier leur consommation de chaleur à l'échelle nationale - certains États fédéraux ont déjà mis en place des plans de chauffage obligatoires", explique M. Hoffmann. "La chaleur résiduelle est neutre en termes de dioxyde de carbone, tout comme l'énergie renouvelable. Nous constatons donc une forte volonté d'avoir des réseaux de chaleur qui utilisent beaucoup d'énergie renouvelable, mais aussi de la chaleur résiduelle. L'Allemagne dispose de nombreux programmes de financement, si bien que de nombreux acteurs de l'industrie essaient maintenant de trouver des sources de chaleur résiduelle.

C'est dans cette optique que M. Hoffmann a récemment examiné de plus près la plate-forme EMB3Rs. Il a trouvé la conception générale de la plateforme "très attrayante" et a découvert que l'ajout de données relatives à de nouveaux puits et sources était très simple - la facilité d'utilisation est essentielle au succès de toute plateforme.

"Une fois les données choisies et introduites dans EMB3Rs, la plateforme offre un large éventail d'options dans chaque module", souligne-t-il. "Par exemple, dans le module de marché, vous pouvez définir la période de temps d'une simulation... et les marchés décentralisés sont également pris en compte - tout cela est formidable".

M. Hoffman a également été intrigué par le module TEO développé par M. Kannan. Il a particulièrement apprécié le fait que cet outil prenne en compte les contraintes du marché liées à la réglementation, à la disponibilité de la chaleur et aux profils de charge, ainsi que les caractéristiques technico-économiques des technologies et des plans d'investissement.

Espoirs pour l'avenir

En ce qui concerne l'utilisation future des plateformes telles que les EMB3R, M. Kannan et M. Hoffman soulignent tous deux l'importance d'utiliser des données précises pour obtenir des résultats exacts. Comme le dit Hoffman, "c'est toujours une question de données" : "C'est toujours une question de données".

C'est pourquoi Kannan souligne que lui et ses collègues envisagent de développer un module d'analyse de la confiance qui pourrait aider les utilisateurs à évaluer l'exactitude des données saisies. Une autre option intéressante consiste à concevoir un module d'"analyse de pincement" qui analyse le flux de chaleur à travers un processus industriel, afin de minimiser la consommation d'énergie.

M. Hoffmann s'interroge toutefois sur l'impact de la disponibilité de données réelles sur l'utilisation de la plateforme. "À mon avis, c'est la disponibilité de données réelles ou, à défaut, de données empiriques réalistes qui déterminera l'intensité de l'utilisation des EMB3R", explique-t-il. "Quoi qu'il en soit, à première vue, la plateforme semble très prometteuse. D'un point de vue fonctionnel, tout semble parfait et tout semble avoir été pensé".

"Je suis maintenant curieux de voir comment la plateforme fonctionnera en fin de compte et comment elle sera acceptée par les entreprises et les municipalités", ajoute-t-il. La plateforme sera mise à la disposition du grand public pour qu'il puisse la tester peu après la fin de son développement, d'ici février 2023.

Un test de la plateforme pour les parties prenantes intéressées a eu lieu le 29 mars 2023. Plus d'informations ici.