ÉLECTRICITÉ DANS LES VILLES DE DEMAIN

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1 MOINS D ÉD ÉNERGIE ET PLUS D ÉD ÉLECTRICITÉ DANS LES VILLES DE DEMAIN Rencontres Suisses de l Electricité Beaulieu, 17 mars 2011 Massimiliano Capezzali, PhD Adjoint du Directeur Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

2 ENERGIES EN MILIEU URBAIN : UN PROBLEME A PLUSIEURS FACETTES

3 Energies en milieu urbain - 1 Environ 70% de la consommation d énergie primaire en Suisse a lieu au sein des agglomérations, notamment au niveau des transports et des bâtiments La population des zones urbaines non seulement en Suisse - est en constante augmentation. Les administrations communales sont les structures les plus proches de la population et ont donc un rôle majeur à jouer.

4 Energies en milieu urbain - 2 Une réponse possible : les éco-quartiers ou quartiers durables Un exemple : Projet Métamorphose à Lausanne Questions ouvertes : Comment traiter le problème du 90% de bâtiments existants? Comment éviter un certain «élitisme social» dû aux surcoûts de construction? Comment réaliser le bilan et le suivi des performances? OFS: Recensement 2000, Février 2007

5 Energies en milieu urbain - 3 En plus des nouvelles constructions, il faut également : Mettre en place une dynamique forte de rénovation et d assainissement énergétique des bâtiments existants. Réfléchir à d autres formes d approvisionnement énergétique, notamment en substitution au mazout. Objectif : réduire la consommation énergétique globale et les émissions polluantes. Conséquences : Plus de consommation électrique et pénétration accrue du gaz naturel Recours accru aux énergies renouvelables

6 QUELQUES PERSPECTIVES POUR LES ENERGIES EN MILIEU URBAIN

7 Perspectives : trois grands défis Trois grands défis pour une utilisation plus rationnelle de l énergie dans les zones urbaines : 1.Rénovation de bâtiments existants à large échelle 2.Diminution de l impact de la mobilité 3.Substitution du mazout comme agent de chauffage, aussi large que possible Les perspectives technologiques et/ou de planification territoriale dépassent souvent le cadre des collectivités publiques. Ces 3 défis présentent des horizons temporels différents, tant du point de vue des décisions politiques que de leur mise en œuvre technologique.

8 Perspectives : bâtiments et mobilité Quelques perspectives technologiques, s ajoutant ou accompagnant à celles d ordre urbanistique et politique : Rénovation de bâtiments existants Nouvelles techniques de rénovation (e.g. projet ccem-retrofit) Gestion intelligente des immeubles Rénovation des bâtiments appartenant au patrimoine historique Energie grise des matériaux de rénovation Nouvelles modalités de financement des rénovations Mobilité Electrification des véhicules, notamment privés Utilisation de biocarburants certifiés Amélioration énergétique des transports en commun existants Améliorations au niveau des véhicules à moteur thermique

9 Perspectives : chaud, froid, électricité - 1 Important potentiel de substitution du mazout, en tant qu agent énergétique pour le chauffage et l eau chaude sanitaire (ECS). Ce potentiel peut se traduire en réalité notamment au travers d une densification et d une extension des réseaux existants de chaleur à distance (CAD) et de gaz naturel.

10 Perspectives : chaud, froid, électricité - 2 Autres solutions pour le chauffage et la production d ECS : Utilisation accrue de la biomasse (bois, déchets, etc.) Installation de pompes à chaleur (PAC), tant électriques qu alimentées au gaz naturel Pénétration plus large de solutions basées sur le solaire thermique, notamment pour la production d ECS Utilisation de technologies géothermiques avancées (pieux énergétiques, etc.) Utilisation accrue des rejets thermiques d installations industrielles et des stations d épuration des eaux usées (STEP) Solutions de stockage de chaleur (eau, sol, etc.)

11 Perspectives : chaud, froid, électricité - 3 Solutions durables pour la génération et la distribution de froid ou de rafraîchissement, de plus en plus demandé. Un exemple emblématique : le projet Genève-Lac-Nations En parallèle : on peut générer de l électricité au niveau des zones urbaines: unités de cogénération (notamment dans les UIOM), petite hydraulique, PV (notamment toits plats), géothermie.

12 MOINS D ENERGIE, MAIS PLUS D ELECTRICITE, POURQUOI?

13 Consommation nationale d électricité La consommation d électricité en Suisse est en augmentation

14 Appareils domestiques - 1 D une part, les appareils domestiques/individuels cuisine, divertissement, communications, informatique, etc. en tant que tels consomment de moins en moins d électricité

15 Appareils domestiques - 2 Toutefois, la consommation totale augmente, à cause du nombre d appareils installés et de la croissance de la population résidente Evolution de la consommation (en PJ), selon rapport OFEN Eclairage Réfrigeration et congélation Lavage et séchage Divertissement et I&C Climatisation, ventilation et domotique Autres Somme appareils électriques

16 Pompes à chaleur électriques - 1 Les pompes à chaleur électriques connaissent une pénétration importante sur le marché suisse. Nombre d unités installées 78 % du marché des nouvelles constructions (22 % en rénov.) Nombreuses possibilités : sol-eau, eau-eau, air-air, etc. Possibilité d utiliser le potentiel de chaleur des eaux usées (bon rendement et utilisation en ruban possible) -> SuisseEnergie pour les infrastructures

17 Pompes à chaleur électriques - 2 Les plus importants consommateurs d électricité en 2006 : Consommation de toute la Suisse 100% Moteurs dans l industrie 19% Eclairage 13% Appareils électroménagers 11% Chauffages électriques à résistances 6% Trains, trams, transports par câbles 5% Chauffe-eau électriques à résistances 4% Brûleurs de chauffages à gaz et à mazout 2% A titre de comparaison: pompes à chaleur (état fin 2006) 1,5% 400'000 pompes à chaleur (objectif fin 2020) 4% Le remplacement de tous les chauffages électriques à résistances et de tous les chauffe-eau électriques permettrait de libérer suffisamment de courant pour faire fonctionner un million de pompes à chaleur. Source : OFEN

18 Pompes à chaleur électriques - 3 Maintenant sur le marché : pompes à chaleur électriques à haute température et performances (i.e. aussi adaptées pour fournir l ECS, sans chauffage d appoint). Exemple d une PAC électrique 55 kw Température départ eau : jusqu à 75 C Particulièrement adaptée pour rénovation de chauffages centralisés, car elle ne nécessite pas le remplacement de systèmes de radiateurs COP jusqu à Un nouvel acteur complémentaire sur le marché : les pompes à chaleur à gaz naturel.

19 Aération contrôlée Lorsqu un bâtiment n est pas étanche, le renouvellement d air se fait naturellement et les déperditions d énergie sont importantes (équivalent d env. 500 l. de mazout pour 1 maison individuelle). Les constructions d habitation dotées des différents labels Minergie (standard, P, P-Eco ou rénovation) doivent toujours disposer d une aération contrôlée ou douce (à double flux), car le renouvellement d air n est plus suffisant. La seule consommation pour chauffage d une maison passive est, donc, idéalement, uniquement celle de l aération contrôlée. Moins d énergie = plus d électricité!

20 Autres éléments basés sur l électricité Une grande majorité des mesures mises en oeuvre pour changer de système d approvisionnement énergétique ou pour en augmenter l efficacité ont comme conséquence directe ou indirecte, des éléments supplémentaires, alimentés par de l électricité. Exemples : Systèmes de contrôle et de règlage des températures internes (même sur base de chauffage fossile) + brûleurs Pompes pour alimenter des systèmes de pompes à chaleur centralisés (par exemple, à partir d un lac) Pompes pour alimenter des réseaux de free cooling Pompes pour réseaux de chauffage à distance Les pompes actuellement installées sur les réseaux CAD sont probablement surdimensionnées. Toutefois, des nouvelles unités seront nécessaires notamment en cas d extension d un réseau (moins en cas de densification seulement) Systèmes de contrôle de fenêtres (surchauffe)

21 PLUS DE PRODUCTION D ELECTRICITE EN MILIEU URBAIN?

22 La production décentralisée i.e. au niveau d un quartier ou d une ville - de chaleur et d électricité semble être une bonne solution pour diminuer les consommations d énergie primaire et les émissions de CO 2. Unités de co-génération - 1 Notamment : potentialités offertes par des unités de production décentralisées telles que les couplages chaleur-force (cogénération de chaleur et d électricité) alimentés par du gaz ou, éventuellement, par du biogaz ou du bois. Voir : G. Cherix, Bulletin VSE/AES, 11/2010, pp

23 Etude sur un quartier de La Chauxde-Fonds (projet MEU) Remplacement de chaudières d appoint à gaz et à bois par des unités de co-génération sur le réseau CAD Unités de co-génération - 2 Les résultats dépendent du mix électrique local et de sa charge carbone + approvisionnement CAD Voir : G. Cherix, Bulletin VSE/AES, 11/2010, pp Combinaison intéressante : PAC + co-génération gaz naturel Attention : PAC surtout utilisées en hiver, alors que CH importe une partie importante de l électricité

24 Productions renouvelables d électricité en milieu urbain - 1 Aujourd hui déjà, les usines d incinération des déchets (UIOM) constituent la plus importante source d électricité renouvelable en Suisse, après l énergie hydraulique. Total: Sans CCF : GWh Avec CCF : 220 GWh Alternative à la production chaleur (saisonnalité) Source : OFEN Potentiel encore important, notamment en termes d optimisation Mini- et micro-hydraulique sur eau potable et eaux usées Particulièrement adapté aux milieux urbains (haute densité) A l horizon 2020, le potentiel est estimé par l OFEN à 135 GWh/an

25 Productions renouvelables d électricité en milieu urbain - 2 Production électrique en milieu urbain par la géothermie Pas seulement géothermie très profonde (EGS) Géothermie moyennement profonde pour obtenir : Vapeur à pression suffisante pour production électrique (rare) Eau chaude utilisée soit pour augmenter le rendement d un CAD existant (température retour) ou pour alimenter un CAD basse température. Eau chaude dont la température doit être réhaussée par des sources renouvelables (solaire à concentration, bois, biogaz) pour produire de la vapeur en vue d une production électrique. Solaire photovoltaïque : Toits plats dans les zones industrielles ou commerciales sont particulièrement adaptés. Attention à la concurrence avec le solaire thermique ou le solaire industriel (production de chaleur et/ou de froid).

26 CONCLUSIONS

27 Conclusions Les villes sont des acteurs incontournables pour mettre en oeuvre des technologies visant à une utilisation plus rationnelle de l énergie. Nouveaux quartiers et nouvelles constructions Rénovation de bâtiments et de zones urbaines Nouvelles formes d approvisionnement énergétique Un nombre important des technologies permettant une utilisation plus sobre de l énergie font appel à l électricité. Par conséquent, une augmentation de la consommation électrique est prévisible, en tout cas à court terme. Les villes peuvent également et le font déjà dans une certaine mesure co-produire, sur leur territoire, une partie de l électricité (et du gaz naturel) qu elles consomment.

28 MOINS D ÉD ÉNERGIE ET PLUS D ÉD ÉLECTRICITÉ DANS LES VILLES DE DEMAIN Merci pour votre attention! Massimiliano Capezzali, PhD Adjoint du Directeur Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)