D’après un récent rapport de l’ADEME, un quart des ménages français sont désormais équipés d’un climatiseur. Mais la climatisation fait grimper la facture énergétique générale. Elle augmente aussi l’empreinte carbone de l’Hexagone. Dans les années à venir, l’ADEME estime que le taux d’installation de la climatisation en France devrait encore progresser. La question de son poids sur le réseau électrique va donc se poser à plus ou moins brève échéance.
25% de logements français équipés
C’est un seuil symbolique. En 2020, la France a franchi la barre des 25% de ménages équipés d’un système de climatisation. L’ADEME souligne que la progression est rapide. En 2016, on ne comptait encore que 14% de la population équipée. Les vagues de chaleur de ces dernières années ont poussé de nombreux particuliers à s’équiper. Et l’offre de climatiseurs s’est assez diversifiée pour présenter désormais des tarifs attractifs. Pour la seule année 2020, les Français ont ainsi acheté plus de 800 000 appareils de climatisation pour leurs logements.
Malgré la démocratisation de la climatisation grâce aux appareils mobiles, l’installation d’une climatisation reste un poste de dépense important. Les ménages français les plus modestes sont les moins équipés (seulement 19%). En revanche, les professions libérales et les catégories CSP/CSP+ sont 37% à posséder une climatisation.
Sans réelle surprise, ce sont les régions du sud-est et la Corse qui captent l’essentiel des installations. Les températures moyennes annuelles et l’intensité des vagues de chaleur répétées poussent les populations locales à investir dans une solution pour rafraîchir leur logement. Et cette installation de confort se fait plus généralement dans les maisons individuelles que dans les appartements.
Climatisation et facture énergétique
La climatisation est une innovation qui garantit un meilleur niveau de confort dans les logements pendant les épisodes de canicule. Mais le revers de la médaille, c’est son empreinte carbone et sa facture énergétique. L’ADEME constate : “La climatisation est aujourd’hui responsable de près de 5% des émissions d’équivalent CO2 du secteur bâtiment.” Et cette tendance devrait encore s’accentuer dans les années à venir. Les particuliers investissent plus généralement dans un climatiseur mobile. C’est à la fois la solution dont le coût est le plus accessible, et l’installation la plus simple. Malheureusement, un climatiseur mobile consomme 2,5 fois plus d’électricité qu’un climatiseur PAC réversible.
Le rapport de l’ADEME souligne qu’un mauvais choix de climatiseur peut avoir un impact considérable sur la consommation électrique annuelle d’un foyer. Les écarts de consommation entre plusieurs types de climatisation peuvent être très importants. L’ADEME veut aussi promouvoir un usage raisonné et responsable de la climatisation. Le rapport observe que “passer d’une température de consigne de 22°C à 27°C permet de diviser par 2 la consommation d’énergie”. La température de déclenchement est aussi un indicateur à suivre. “Mettre en route la climatisation à partir de 30°C en extérieur au lieu de 27°C” permet ainsi de diviser par 3 la consommation d’énergie.
Concrètement, un appareil de climatisation peut rapidement augmenter la facture énergétique. Dans une enquête réalisée en juillet 2019, le site Consoglobe estimait qu’en moyenne un climatiseur portable de classe A d’une puissance de 2,5 kW coûtait 15 centimes d’électricité par heure. Soit plus de 100 euros pour un mois de climatisation dans le logement.
Quel impact de la climatisation sur le réseau électrique ?
Si l’ADEME veut encourager la sobriété énergétique pour la climatisation, c’est qu’elle pourrait avoir un fort impact sur le réseau électrique. “Le réchauffement constant de la planète amène à penser que les systèmes de climatisation continueront à se développer pour assurer le bien-être et le confort de chacun. Il est donc impératif de maîtriser cette évolution pour en limiter l’impact au maximum.”
A terme, le nombre de foyers français équipés de climatiseur devrait encore augmenter drastiquement. Et en cas de vague de chaleur, les climatiseurs entraîneront un pic de consommation d’électricité sur le réseau. Ce phénomène était déjà connu en hiver, pendant les vagues de froid. Il tend désormais à se généraliser l’été. Aux Etats-Unis, la Californie a mis en place un système d’alerte FlexAlert. Pour éviter tout risque de black-out du réseau électrique, les habitants sont invités à réduire leur consommation d’électricité. Et la climatisation est un des leviers énergivores identifiés pour faire baisser la tension sur le réseau. En France, RTE avait ainsi constaté en juin 2019 un record de consommation en France avec un pic à 59 436 MW. Et la France devrait connaître des pics estivaux répétés dans les années à venir.
Rédigé par : La Rédaction
COMMENTAIRES
Afin de réduire à presque rien la consommation d’énergie avec un système plus durable dans le temps que les seules pompes à chaleur :
L’intérêt du couplage capteurs solaires PVT (PV + thermique) à une pompe à chaleur à compression de vapeur pour le chauffage, l’eau chaude et la climatisation des bâtiments ou maisons NZEB (net- zéro) et à énergie positive
La combinaison de ces deux technologies dans un système intégré “pompe à chaleur photovoltaïque-thermique à assistance solaire” permet d’atteindre une fraction très élevée à totale des besoins thermiques des bâtiments couverts par des sources d’énergie renouvelables et d’améliorer les performances à la fois du capteur photovoltaïque-thermique et de la pompe à chaleur.
Le premier est refroidi augmentant son efficacité de conversion énergétique, tout en fournissant de l’énergie thermique à basse température au second, qui bénéficie d’une température d’évaporation plus élevée.
Un groupe de scientifiques du Politecnico di Milano en Italie a analysé les méthodologies d’intégration existantes
Deux configurations principales de système ont été envisagées :
– un système à détente directe (DX) à source unique, dans lequel le système PVT fonctionne comme l’évaporateur de la PAC,
– et un système à détente indirecte (IDX) à double source, dans lequel un échangeur de chaleur (HX) est interposé entre l’unité PVT et la PAC, également appelé pompe à chaleur à assistance solaire (SAHP).
Dans la première configuration, le système ne fournit pas de refroidissement et produit de l’eau chaude pour le chauffage des locaux et l’eau chaude sanitaire (ECS). Un élément crucial pour son fonctionnement optimisé est le contrôle de la fréquence du compresseur en temps réel, qui ajuste la fréquence de fonctionnement du compresseur en fonction du rayonnement en temps réel.
La solution DX-PVT-SAHP à source unique se caractérise par une construction plus facile et une complexité et un coût moindres, grâce à l’absence d’échangeur de chaleur intermédiaire entre la PAC et l’unité PVT. Cependant, cette caractéristique rend les configurations à détente directe plus vulnérables à la variabilité du rayonnement solaire, en raison de l’influence sur les performances globales causée par le décalage avec la vitesse du compresseur.
Malgré cette plus grande dépendance au rayonnement solaire, cette solution est censée fournir la récupération de chaleur la plus élevée.
Dans la deuxième configuration, qui vise à couvrir l’ensemble des besoins thermiques du bâtiment, une deuxième source de chaleur est fournie par un deuxième évaporateur fonctionnant en parallèle avec le système PVT.
La présence d’une source de chaleur supplémentaire, généralement de l’air, améliore les performances du système dans des conditions de fonctionnement défavorables, lorsque la récupération de l’énergie solaire n’est pas suffisante pour faire fonctionner la machine. La configuration IDX-SAHP permet une disposition plus flexible des sous-composants du système, et donc l’emploi du stockage thermique pour l’énergie solaire ou la gestion de la charge.
Le principal avantage de ce système est représenté par un gain de chaleur plus stable du côté solaire et une moindre dépendance aux conditions météorologiques.
Les systèmes IDX-PVT-SAHP à double source sont la solution la plus réalisable dans les contextes climatiques où les besoins de refroidissement sont pertinents, étant capables de couvrir tous les besoins thermiques du bâtiment.
Ces systèmes sont également plus adaptés pour être couplés à des systèmes PAC géothermiques, qui sont très populaires dans les régions à dominante thermique, où les systèmes HP à air sont moins diffusés.
On peut ajouter qu’avec l’introduction de modules à changement de phase dans le ballon de stockage (par l’ouverture du haut et que l’on peut retirer pas celle du bas destinée au nettoyage du calcaire éventuel lorsque le système est très ancien) on augmente le délai de stockage d’environ 4 jours à environ 17 jours et on améliore donc encore le bilan et la couverture solaire gratuite
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666123321000507#!
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Parmi les nombreuses approches, l’une n’est pas pas assez exploitée en France et Geosophy parmi d’autres la simplifie pour la majorité des bâtiments
La géo-énergie pour le chauffage et/ou la climatisation des bâtiments est une énergie renouvelable disponible localement, tout le temps, sans intermittence et exploitable avec une faible empreinte au sol. Cela consiste à aller puiser dans le sol, sous terre, la fraîcheur en été ou la chaleur en hiver. On utilise ainsi la propriété du sous-sol de conserver une température constante d’environ 12-15°C toute l’année, en dessous d’une profondeur de 5 m et jusqu’à quelques dizaines de mètres.
S’il y a une nappe d’eau sous le bâtiment, on produit cette eau avec un puits puis on la réinjecte avec un autre. Cette solution est possible en zone dense, on peut même forer de l’intérieur du bâtiment.
S’il n’y a pas d’eau, on construit des « sondes » dans lesquelles on fait circuler un fluide en boucle fermée.
Pour le rafraîchissement des bâtiments, il est possible quand les installations dans le bâtiment le permettent, ceux-ci disposant de plafonds ou planchers rayonnants, d’obtenir grâce au sous-sol vingt fois plus d’énergie que l’installation n’en nécessite (free cooling), quand on fait directement circuler un fluide à la température du sous-sol, sans utilisation de pompe à chaleur
https://geosophy.io/geo-energie
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Pour les bâtiments très consommateurs en chaleur et froid (hôpitaux etc) mais on fait équivalent avec des capteurs plans sous vide et autres tubulaires
http://www.helioclim.fr/technologies/
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Nelskamp est l’un des rares à faire des tuiles hybrides PVT (PV et thermique) qui s’intègrent beaucoup mieux que les panneaux classiques PVT et c’est facile de les coupler à une pompe à chaleur
https://www.nelskamp.de/fr/energiedaecher-3.html
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Le stockage d’électricité à bas prix
La start-up australienne Allegro Energy invente un électrolyte de batterie non toxique et révolutionnaire 100 fois moins cher.
Elle cherche désormais à commercialiser son électrolyte de batterie en microémulsion qui, bien qu’essentiellement composé d’eau en masse, a surmonté les limites de tension qui entravent généralement les solutions à base d’eau.
Dans les batteries, les électrolytes sont généralement à base d’eau ou utilisent un solvant organique. Ces deux formes présentent leurs propres problèmes. Les solutions à base de solvant organique, par exemple, ont tendance à avoir une bonne stabilité électrochimique, mais sont coûteuses et potentiellement toxiques. Avec les électrolytes aqueux ou à base d’eau, le problème est que la solution ne reste stable que jusqu’à 1,23 volt, moment où l’eau se sépare en ses molécules d’hydrogène et d’oxygène.
Aussi, pourquoi ne pas fabriquer un électrolyte contenant à la fois des composants d’eau et de solvant sous la forme d’une microémulsion.
Il s’agit de la combinaison de molécules d’eau avec un liquide hydrophobe, associée à un tensioactif qui permet aux deux solvants normalement répulsifs de se lier. Cette combinaison se produit à un niveau si “micro” qu’elle ne peut être séparée. C’est thermodynamiquement stable donc utilisable dans une batterie et peut ainsi surmonter la barrière de 1,2 volt de l’eau.
Selon la modélisation de la startup, 70 % du prix des supercondensateurs, qui est la première forme de stockage d’énergie sur laquelle Allegro prévoit de se concentrer, se résume au coût de son électrolyte. “Un litre ou un kilogramme de l’électrolyte actuel coûte environ 10 dollars, le nôtre coûte 10 cents”, a déclaré le professeur Nann à l’origine du projet. C’est donc 100 fois moins cher.
Les électrolytes actuellement utilisés dans les supercondensateurs sont également sensibles à l’air, ils nécessitent donc une atmosphère protectrice lors de la fabrication. Ce n’est pas nécessaire ici et c’est un énorme avantage pour la fabrication car c’est aussi beaucoup moins cher.
On économise également environ 70 % de dioxyde de carbone simplement en n’ayant pas cette atmosphère protectrice.
L’électrolyte d’Allegro Energy aide également les batteries à surmonter le paradoxe tenace qui consiste à être à la fois une source d’énergie renouvelable, mais aussi extrêmement toxique et difficile à recycler. Généralement, l’électrolyte est l’un des éléments les plus dangereux et les plus corrosifs des piles, mais la combinaison d’électrolyte en microémulsion d’Allegro ne contient rien de problématique, ce qui la rend compatible avec les visions à long terme des économies circulaires.
Lorsque vous stockez de l’énergie à l’échelle d’un réseau, vous voulez quelque chose d’important et de bon marché et le flux redox est parfait pour cela. Mais la puissance que vous en tirez et les temps de réponse sont vraiment mauvais, il faut environ une minute avant que le système puisse répondre à la demande.
Ces temps de réponse lents empêchent la batterie de réagir aux surtensions et aux creux de tension rapides, ce qui pose un problème à la fois pour la stabilité du réseau et pour le commerce sur le marché des services auxiliaires de contrôle de la fréquence (FCAS), qui s’est avéré extrêmement lucratif pour les grandes batteries australiennes.
Si vous combinez les batteries à flux redox avec un supercondensateur, vous obtenez des temps de réponse extrêmement rapides qui vous permettent de répondre en temps réel à n’importe quelle demande.
Aussi bon marché, facile à produire et non toxique que soit la solution électrolytique d’Allegro, la start-up se heurte déjà à un obstacle : l’absence totale de capacité de fabrication de batteries en Australie.
Il y a deux solutions. La première, la moins souhaitable, consiste à délocaliser la production à l’étranger.
L’autre stratégie est de commencer petit et de se développer organiquement et poursuivre la croissance à mesure que les revenus augmentent.
Actuellement, Allegro est également à la recherche de partenaires commerciaux et de collaborateurs, ce qui pourrait également permettre de sortir de l’impasse en matière de production.
Allegro Energy est l’un des huit finalistes de l’initiative Climate Launchpad de cette année, gérée par Climate-KIC Australia, une organisation sœur de Climate-KIC Europe, financée par l’Union européenne.
https://allegro.energy/
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Les batteries Na-ion évoluent également
Le groupe chinois Contemporary Amperex Technology Co. (CATL), premier fabricant chinois de batteries automobiles (valorisé à près de 200 milliards de dollars) va lancer dès 2023 une chaîne de production des batteries sodium-ion pouvant être chargées à 80 % en 15 minutes à température ambiante.
Elles ont également un taux de rétention de capacité de plus de 90 % à – 20°C.
La version initiale a une densité énergétique de 160 Wh/kg mais CATL vise 200 Wh/kg avec une version de prochaine génération actuellement en cours de développement.
Cela va notamment permettre d’assouplir les contraintes d’approvisionnement en matières premières pour les batteries, en plus de faire baisser les prix et d’introduire un élément très courant, sans risques et entièrement recyclable le sel. De même que diversifier la consommation de matières premières, notamment de lithium. Des fournisseurs de batteries tels que CATL, Tesla et LG Chem ont en effet signé de manière proactive des accords d’approvisionnement avec des sociétés minières en Australie et au Chili, poussant les cours des produits chimiques au lithium à un nouveau sommet au cours des six derniers mois.
La cathode utilise un matériau blanc de Prusse modifié par réarrangement des électrons (Fennac), ce qui résout un problème antérieur d’affaiblissement rapide de la capacité après le cyclage du matériau. L’anode est fabriquée à partir d’un matériau en carbone dur, qui est poreux, permettant un stockage plus important et un mouvement rapide des ions sodium.
Ces cellules sodium-ion peuvent être utilisées avec des cellules lithium-ion dans le même pack de batteries. La possibilité de mélanger les chimies de batterie selon les besoins pourrait aider les constructeurs automobiles (et les fabricants de batteries) à s’adapter aux pénuries d’approvisionnement.
Cette nouvelle chimie offre également aux constructeurs automobiles une alternative aux cellules au phosphate de fer lithié (LFP) pour libérer les cellules à base de nickel les plus denses en énergie. Tesla a commencé à utiliser des cellules LFP dans certaines voitures électriques du marché chinois, afin de préserver les cellules à base de nickel pour des applications à plus forte densité énergétique.
Le sodium est également un ingrédient clé dans certaines chimies à l’état solide, comme les cellules à électrolyte de verre défendues par le pionnier du lithium-ion John Goodenough.
La chimie sodium-ion est également prête pour “l’heure de pointe”, ce qui n’est pas le cas des batteries fer-air à bas prix qui pourraient faire partie de l’avenir des réseaux domestiques.
CATL, qui est en concurrence avec le japonais Panasonic et le sud-coréen LG Chem, compte plus de 5 000 chercheurs.
Dans un premier temps il lancera des packs de batteries pour véhicules électriques qui combineront des batteries au sodium et au lithium-ion pour compenser la faible densité énergétique. À cette fin, le fabricant a également développé un système de gestion de batterie.
Selon certains analystes, l’introduction de packs de batteries combinant des cellules sodium et lithium-ion pourrait indiquer la volonté d’obtenir un compromis de performance pour cibler les véhicules électriques à bas prix, et potentiellement perturber le marché de masse.
Il développe également d’autres technologies qui intègrent des cellules de batterie directement sur le châssis d’un véhicule électrique pour étendre son autonomie.
Les constructeurs automobiles qui se fournissent auprès de CATL incluent notamment Tesla, Volkswagen, Hyundai et Geely.
https://www.catl.com/en/news/665.html
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Mais cela améliore considérablement le confort de vie pour un usage réfrigérant une dizaine de jours par an, et remplace avantageusement les convecteurs de chauffage 40 jours au moins par an, ce qui fait que la consommation annuelle est moindre qu’avant ces PACs pour un bien meilleur confort.