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Qu’est-ce que le Heat to Power to Heat ?

10 Mai. 19

Les quantités de chaleur fatale mobilisable sur certains sites industriels concentrés dépasse largement les possibilités d’utilisation en aval. Au-delà d’une certaine distance, un réseau de chaleur alimentant logements et sites industriels perd son sens quand le critère de densité énergétique minimum (1,5 MWh/km linéaire) n’est plus respecté. La chaleur fatale doit-elle donc se perdre… fatalement…, sans autre solution d’utilisation ? Cette question a servi de guide à l’étude commandée par Pôlénergie à FEREST ING. pour le compte de la CUD pour envisager toutes les innovations potentielles permettant de valoriser davantage de chaleur fatale industrielle.

Sept sites industriels dunkerquois (AMAL Dunkerque, AMAL Mardyck, BEFESA, COMILOG, GTS DILLINGER, LIBERTY ALUMINIUM Dunkerque, VERSALIS) ont bien voulu communiquer les volumes de leurs gisements de chaleur fatale. Ces volumes représentent un total de 5,4 TWh par an, soit 10% des gisements totaux de chaleur fatale en France, soit également l’équivalent de 493 000 logements. L’agglomération de Dunkerque ne dispose pas d’une demande de chaleur suffisante pour absorber ces gisements.

Différentes solutions de de valorisation sont dès lors explorées par l’étude FEREST ING ; nous les relaterons dans une prochaine newsletter et nous nous concentrons ici sur la description de la solution la plus innovante, que l’on pourrait appeler le « réseau de chaleur virtuel ». L’idée est de chercher des débouchés à la chaleur fatale au-delà de ce qu’un réseau classique peut développer. A un coût situé entre 600 et 1000 K€ le km linéaire, un réseau de chaleur ne peut indéfiniment longer les autoroutes, traverser les campagnes pour atteindre de nouveaux sites urbains à alimenter. Mais ce que les tuyaux ne peuvent faire, l’électricité pourrait-elle l’accomplir ? A quelles conditions ? Imaginons une captation de chaleur haute température (>180°C) qui alimente une turbine de type ORC (Cycle de Rankin) : elle produirait, certes avec un faible rendement, une électricité injectable au réseau de distribution électrique. Imaginons à un autre point du réseau électrique un consommateur qui regénèrerait la chaleur par le biais de pompes à chaleur. Ce consommateur compenserait d’une certaine façon le faible rendement de l’ORC en « pompant » la chaleur de l’air ou d’une source voisine basse température. On a bien les bases de ce que nous pourrions appeler le « Heat to Power to Heat » : aux pertes de réseau près, il s’agit de transporter la chaleur par le vecteur électrique en transformant initialement cette chaleur en électricité et en la reconstituant en chaleur et/ou en froid au point d’arrivée par le biais d’une PAC (voir schéma ci-dessous).

L’étude de coût menée par FEREST ING. montre que l’électricité produite revient à un coût approximatif de 50€ HT le MWh ; elle pourrait arriver sur le site consommateur à un coût compétitif avoisinant les 65€ HT le MWh. Comment monter un tel dispositif ? Sauf à créer des certificats spécifiques, comment reconnaître cette électricité issue de chaleur fatale ?

Notons tout d’abord qu’une telle électricité ne peut être considérée comme verte, puisqu’elle provient d’une source initiale carbonée. Remarquons ensuite que l’électricité produite peut, en raison de son prix, intéresser n’importe quel utilisateur et s’arrêter à un simple «heat to power». Si maintenant l’on tient compte de la perte de rendement à la source et de sa régénération au point d’arrivée, il faut bien admettre que le « heat to power » doit devenir un « heat to power to heat » pour présenter un bilan énergétique vertueux. Ce concept peut donc intéresser des opérateurs énergétiques disposant de la source de chaleur fatale et de son débouché. Il nécessite clairement une alliance entre les industriels concernés et les opérateurs énergétiques à même de convertir sur des sites clients l’électricité en chaleur et/ou en froid.

De nombreux usages sont possibles selon ce concept : la géothermie représentera en France en 2023 près de 5,8 TWh annuels en chaleur (500 ktep): cela équivaut à un besoin en électricité de près de 1,9 TWh, qui pourrait justement être couvert par le « Heat to Power to Heat ». Un autre débouché serait l’industrie (agro-alimentaire, chimie, pharmacie notamment) dont les besoins en chaud et en froid pourraient être assurés par une production d’énergie assurée par l’électricité provenant du « Heat to Power to Heat ». D’autres sites industriels majeurs pourraient être intéressés à produire leur propre électricité pour la restituer en chaleur sur un site voisin ou distant. On pourrait enfin imaginer un développeur foncier ou un bailleur social intéressé d’acheter une telle électricité pour alimenter un parc de maisons individuelles équipées de pompes à chaleur. Le seul potentiel dunkerquois en termes de « Heat to Power to Heat » s’élève selon FEREST ING. à près de 1 TWh.

Pôlénergie a complété l’étude FEREST ING par une étude juridique réalisée par le cabinet lillois Octant avocats, qui pose les conditions de réalisation d’un tel schéma selon la réglementation électrique en vigueur (étude disponible sur demande, moyennant contribution, nous contacter). En vertu de l’article L 331-1 du code de l’énergie, l’émetteur d’électricité issue de chaleur fatale doit être un producteur dit « intégré » d’électricité, c’est-à-dire assurer la fonction de producteur et de fournisseur, pour avoir le droit d’injecter sa production sur le réseau public et la vendre à des consommateurs finaux. Ce producteur intégré doit ensuite veiller à l’équilibrage du réseau, et donc d’une part, disposer de la capacité d’écoulement, ce qui plaide en faveur d’un dispositif faisant intervenir les opérateurs énergétiques et d’autre part, assumer l’obligation réglementaire d’équilibrage, en passant par les solutions historiques ou celles plus récentes découlant des politiques européennes d’ouverture des marchés de l’énergie.

La notion de réseau de chaleur n’est définie par la loi française que dans un but fiscal et ne précise en rien la notion de tuyau d’eau chaude ou de vapeur reliant un émetteur à un consommateur. Ne pourrait-on donc pas imaginer que le « Heat to Power to Heat » soit également un réseau de chaleur dont le vecteur n’est plus de l’eau chaude mais un vecteur électrique qui bénéficierait alors des mêmes aides financières qu’un réseau classique ? Le réseau de chaleur 4.0 se dessine !…

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