Le potentiel technique des pompes à chaleur industrielles et de grande taille

Les pompes à chaleur sont considérées comme grandes si elles dépassent les capacités de 100kW. Elles peuvent facilement atteindre la gamme de un à plusieurs mégawatts, les plus grandes unités fournissant 35MW dans une seule machine.

Latechnologie des pompes à chaleur actuellement disponible peut fournir de la chaleur jusqu'à 100°C avec un écart entre la température de la source et celle du puits d'environ 50 K par étage. L'utilisation de pompes à chaleur pour des applications supérieures à 100°C reste un défi. Bien que les principes sous-jacents soient connus et que des prototypes pour ces niveaux de température existent, ils ne sont pas encore disponibles dans des produits standard. Le niveau actuel des projets de recherche et de développement ainsi que l'intérêt accru de nouveaux acteurs pour s'engager dans le segment des grandes pompes à chaleur laissent place à l'optimisme. Des produits nouveaux et améliorés sont attendus sur le marché.

En l'absence de solutions existantes pour les applications de pompes à chaleur pour des niveaux de température supérieurs à 150°C, ce segment n'a pas été inclus dans l'évaluation actuelle du potentiel.

Dans cette optique, les données disponibles d'Eurostat ont été évaluées afin de déterminer le potentiel d'application des pompes à chaleur dans l'industrie.

Les données de 2012 pour l'UE-28 révèlent que l'industrie utilise 3200 TWh d'énergie finale et a une demande de chaleur d'environ 2000 TWh. La figure 2 montre la répartition de cette demande de chaleur.

Figure 2 : Distinction de la demande de chaleur dans l'industrie par secteur et par plage de température. [1]

Cette évaluation révèle un potentiel pratiquement réalisable pour les pompes à chaleur dans la plage de température jusqu'à 100°C de 68 TWh, principalement dans les industries chimique, papetière, alimentaire/tabac et du bois (voir les barres ombrées en bleu dans la figure 2). En ajoutant les secteurs de l'eau chaude et du chauffage des locaux, on obtient 74 TWh supplémentaires (voir les barres ombrées en orange dans la fig. 2). Avec le progrès technique, un potentiel supplémentaire de 32 TWh dans la plage de température de 100 à 150°C peut être rendu accessible (voir la barre bleue la plus foncée dans la fig.2). Au total, 174 TWh, soit 8,7 % de la demande totale de chaleur dans l'industrie, peuvent être fournis par des pompes à chaleur. Les plages de température plus élevées indiquées en gris dans le graphique ci-dessus restent inaccessibles pour la technologie des pompes à chaleur.

Le résultat de cette évaluation montre le potentiel réaliste des applications de pompes à chaleur. Le potentiel technique est beaucoup plus important, mais ne peut souvent pas être utilisé pleinement pour des raisons pratiques. Une analyse plus fine, basée sur un modèle, réalisée par Wolf et Blesl, conclut que le potentiel technique de l'utilisation des pompes à chaleur dans l'industrie des 28 États membres de l'UE est de 1717 PJ (477 TWh), dont seulement 270 (75 TWh) ou 15 % sont accessibles si l'on applique des considérations économiques et pratiques. [1]

Ainsi, l'approche basée sur le modèle conduit à un potentiel technique plus important, mais à un potentiel économique beaucoup plus faible.

Les principaux facteurs qui influencent la perspective économique du fonctionnement des pompes à chaleur sont

• Coût des combustibles fossiles
• Coût de l'électricité
• Taux d'intérêt
• Efficacité du système de pompe à chaleur
• Disponibilité simultanée de l'offre et de la demande de chaleur, demande simultanée de chauffage et de refroidissement
• Différences de coûts d'investissement.

Les économies de coûts d'exploitation liées à l'utilisation de la pompe à chaleur sont possibles, si le coût relatif des combustibles fossiles et de l'électricité est inférieur au rendement du système de pompe à chaleur. Avec un prix de l'énergie plutôt faussé, cela est de plus en plus difficile, car de nombreux gouvernements récupèrent le coût de l'écologisation du système électrique via le coût de l'électricité lui-même. En même temps, le prix des combustibles fossiles ne reflète pas l'impact négatif de leur utilisation sur l'environnement. Ainsi, le coût relatif de la fourniture de chaleur penche en faveur des combustibles fossiles.

Figure 3 : Potentiel de la pompe à chaleur industrielle dans l'UE-28 [2]

Comme il existe une relation directe entre la réduction de la demande d'énergie et les émissions de CO2, l'extension du potentiel économique de réduction de la demande permettra également de réduire les émissions de CO2 du secteur industriel. L'étude conclut à un potentiel total de réduction des émissions de CO2 de 86,2 Mt, dont 21,5 Mt (25 %) sont économiquement viables.

Obstacles, défis et opportunités

Les principaux obstacles limitant l'utilisation de la pompe à chaleur dans l'industrie sont les suivants :

• Des exigences extrêmes en matière de retour sur investissement, souvent pas plus de 2 ans, sont acceptées. La situation est encore compliquée par le prix relativement bas de l'énergie fossile.
• L'aversion au risque, en particulier par rapport aux pompes à chaleur qui ne sont pas fiables, mais qui sont perçues comme une nouvelle technologie non éprouvée.
• La disponibilité limitée ou inexistante d'exemples de meilleures pratiques susceptibles de susciter la confiance dans les nouvelles solutions.
• Obstacles structurels dans l'industrie, tels que les coûts de transaction élevés pour la conversion des procédés, car de nombreux anciens procédés sont basés sur la vapeur, ou la nécessité d'intégrer les compétences et les responsabilités pour réaliser une perspective systémique afin d'optimiser énergétiquement les procédés industriels et les applications commerciales

Lepotentiel d'économie d'énergie et de réduction des émissions de CO2 des pompes à chaleur dans les applications industrielles est encore largement inutilisé. La création de conditions cadres politiques plus favorables permettra d'inverser cette tendance. Il s'agit notamment de

• Ajouter un signal de prix à l'utilisation des combustibles fossiles
• Réduire la charge fiscale et les prélèvements sur une électricité de plus en plus propre
• Offrir des taux d'intérêt bas et des garanties de prêts aux investissements dans l'efficacité énergétique utilisant des technologies à faible émission de carbone telles que les pompes à chaleur
• Accroître la recherche et le développement de solutions standardisées de pompes à chaleur pour les secteurs industriels identifiés
• Fournir davantage d'exemples de meilleures pratiques.

Un effort conjoint est nécessaire de la part des décideurs politiques et de l'industrie pour développer le potentiel technique et économique des applications des pompes à chaleur dans l'industrie. Il faut à la fois tirer sur la même corde (et dans la même direction) pour libérer pleinement le potentiel.

Note sur le site de l'Association européenne des pompes à chaleur (EHPA) aisbl : L'article fait partie de la brochure sur les "pompes à chaleur à grande échelle en Europe", résultat du travail accompli dans le groupe de travail sur les pompes à chaleur industrielles et commerciales de l'EHPA. Si vous avez des questions sur l'utilisation des pompes à chaleur dans les domaines d'application présentés ou autres, veuillez contacter le président, Eric Delforge, via le secrétariat de l'association à l'adresse info@ehpa.org.

Lien internet : http://www.ehpa.org/

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Sources : [1] Wolf, S. ; Blesl, M. : Quantification basée sur un modèle de la contribution des pompes à chaleur industrielles à la stratégie européenne d'atténuation du changement climatique. En : 2016 : Actes de la conférence sur l'efficacité industrielle de l'ECEEE 2016. Berlin, 12-14.09.2016. Stockholm, 2016