Potentiels du stockage de chaleur et du power-to-heat en France

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1 Potentiels du stockage de chaleur et du power-to-heat en France Patrick Canal Délégué général du Club Stockage d énergies ATEE Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

2 Contexte et objectifs de l étude Contexte : La chaleur représente la moitié des consommations d énergie en France La PPE vise à réduire la consommation d énergie et accroitre la part d EnR&R, avec 30% de réduction de la consommation d énergie fossile primaire (par rapport à 2012) Stockage thermique et P2H sont des leviers potentiels pour décarboniser le mix thermique français Objectifs : Quantifier la valeur des filières stockage de chaleur et P2H pour des applications jugées pertinentes vs trois valorisations possibles : Valorisation de surplus (EnR&R ou non) de chaleur et d électricité Arbitrage électrique sur le réseau Économies d investissement Déterminer les modalités et potentiels de déploiement de ces filières Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

3 Cas d application étudiés Sélection des cas d étude par le comité de pilotage composé de l ATEE, de l ADEME et des 10 industriels cofinanceurs Critères de sélection: Cas susceptibles d avoir un intérêt économique Cas peu ou pas analysés à ce jour Cas d étude susceptibles d avoir un intérêt économique et pas ou peu été analysés à ce jour Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

4 Périmètres de l étude Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

5 Cas d étude sur réseaux de chaleur urbains Les réseaux de chaleur urbains représente un vecteur de croissance pour la chaleur à basse température et d atteinte de la Un secteur a priori favorable aux technologies de stockage et powerto-heat Un profil de demande thermosensible avec fortes variations saisonnières Trois cas d étude sélectionnés Renforcement de réseau Dimensionnement de chaudières biomasse Intégration de technologies de power-to-heat : Couplage chaleur/ électricité Objectif de part d EnR&R dans la production fixé à 60% (PPE à 50%) Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

6 Cas d étude sur réseaux de chaleur urbains Technologies de stockage de chaleur envisagées: Durée minimum d une décharge complète 1 saison Technologies de stockage BT applicables aux cas d étude sur réseaux de chaleur urbains Géothermie Chaleur sensible Chaleur latente Thermochimie 10 heures Sels fondus Zéolithes froid Eau chaude atmosphérique Eau chaude pressurisée Zéolithes MT 5 heures Zéolithes BT Huiles MCP organiques Alumino-phosphates Solides 1 heure Réactions chimiques 0 C 50 C 100 C 150 C 200 C 350 C 500 C 800 C 1000 C Température de déstockage Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

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8 Renforcement de réseau de chaleur La valeur du stockage dépend des paramètres clés suivants : Le profil de demande de chaleur Le taux d accroissement de demande (<10%) Le coût du stockage (lié aux niveaux de températures de chaleur) Le coût des travaux d extension du réseau Les technologies à haute densité (MCP) pourraient être intéressantes en cas de forte contrainte d implantation. Avec l hypothèse que 5 % de l augmentation de la demande sur les réseaux existants (55 TWh th dont la moitié par densification/renforcements) sera assurée par du stockage, l énergie annuelle délivrée par du stockage pourrait représenter environ 1,375 TWh th /an à horizon Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

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11 Power-to-heat et réseau de chaleur Le potentiel de développement des PAC sur réseau de chaleur est important: près de 1 GW th à horizon 2030 (hors géothermie) La valeur des PAC et leur déploiement est fortement lié à l évolution des niveaux de température sur les réseaux Le stockage couplé aux PAC permet d augmenter leur performances mais n apporte pas de valeur d arbitrage sur les faibles variations de prix de l électricité Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

12 Stockage thermique en milieu industriel Consommation de chaleur au sein d un complexe industriel (ex: écoparc) Procédés industriels faisant usage de chaleur à haute température (vapeur d eau) Un profil de demande non-thermosensible avec faibles variations saisonnières Deux cas d étude sélectionnés Cogénération au gaz (couplage chaleur / électricité) Récupération de chaleur fatale Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

13 Stockage thermique en milieu industriel Technologies de stockage envisagées: Durée minimum d une décharge complète 1 saison Géothermie Technologies de stockage HT Chaleursensible Chaleurlatente Thermochimie applicables aux cas d étude industriels 10 heures S e l s f o n d u s Z é o l i t h e s f r o i d Eauchaude atmosphérique Eau chaude pressurisée ZéolithesMT ZéolithesBT 5 h e u r e s Huiles MCPorganiques Solides Alumino-phosphates 1 heure Réactionschimiques 0 C 50 C 100 C 150 C 200 C 350 C 500 C 800 C 1000 C Température de déstockage Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

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15 Stockage et cogénération au gaz La valeur du stockage en terme d arbitrage économique est limitée CAPEX élevés des technologies de stockage MT/HT D un point de vue opérationnel, le stockage présente néanmoins de multiples avantages observés durant l étude: Augmentation des ventes d électricité Augmentation de la durée de fonctionnement de la cogénération à un régime proche de sa puissance nominale Réduction du nombre de démarrages liés à des baisses de charge Le contexte réglementaire peut également influer sur la valorisation du stockage Notamment via l application d un complément de rémunération maintenant les signaux de prix de marché de l électricité et dans le cadre de l autoconsommation d électricité par le client industriel Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

16 Stockage et récupération de chaleur fatale Cas 1 : Optimiser un dispositif de récupération de chaleur préexistant Le stockage permet de réduire les consommations de gaz du site industriel (TRI de 5 à 8 ans dans les conditions de l étude) Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

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18 Stockage et récupération de chaleur fatale Le segment est porteur pour les technologies de stockage à haute température Le gisement de chaleur fatale industrielle en France est conséquent, 7 TWh th /an >350 C; 51 TWhth/an <100 C L évaluation précise du potentiel requiert une étude au cas par cas Des mécanismes de soutien faciliteraient la mise en place de projets Financement à taux réduit ou fonds de garantie pour palier les incertitudes liées au contexte industriel Tarif de rachat ou premium et taxe carbone élevée (100 /tco2) pour garantir la compétitivité de la chaleur fatale face au gaz naturel Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

19 Synthèse sur le stockage en milieu industriel Le stockage permet d optimiser les performances des systèmes énergétiques industriels En augmentant leur efficacité énergétique En facilitant leur pilotage et leur intégration aux réseaux Des réductions de coût et des mécanismes de soutien permettraient de développer les projets à plus large échelle La réduction des CAPEX énergie est le premier levier pour augmenter la compétitivité des technologies HT sur les applications étudiées Complément de rémunération, tarif de rachat, taxe carbone élevée, financement à taux réduit ou fonds de garantie Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

20 Eau chaude sanitaire domestique Les 12 millions de chauffe-eaux installés en France représentent une source de flexibilité importante pour le système électrique A condition d en assurer un pilotage intelligent (cf. première étude PEPS) Les cumulus (effet Joule) sont progressivement remplacés par des chauffe-eaux thermodynamiques (CET) Meilleur rendement énergétique global Temps de chauffe plus long Dans quelle mesure le déploiement progressif des CET pourrait affecter la flexibilité du système électrique? Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février

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22 Principales conclusions de l étude Le stockage et les PAC sont des outils de décarbonisation du mix thermique en France En accompagnant le développement des EnR&R sur les réseaux de chaleur urbain En facilitant la valorisation de la chaleur fatale industrielle, y compris pour des usages à haute température En réduisant les consommations d électricité pour l ECS domestique Les deux filières ont un potentiel conséquent et générateur d emplois, bien qu il reste à évaluer plus en détail selon les cas Développement des réseaux de chaleur, potentiel géothermique Profils de chaleur fatale industrielle et débouchés Stockage thermique : Journée STOCK - 28 Février