SolCAD

Potentiel du solaire thermique dans les chauffages à distance

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Etude du potentiel de la chaleur solaire pour les réseaux de chauffage à distance en Suisse

  1. Résumé

Le but du projet SolCAD est d’analyser les opportunités et les limitations du développement du solaire thermique pour les chauffages à distance en Suisse. Pour produire l'évaluation la plus complète possible, quatre approches complémentaires sont utilisées :

  1. Une approche archétypale et cartographique à grande échelle
  2. Une approche par étude de cas
  3. Une analyse socio-économique des conditions-cadres
  4. Une approche basée sur le partage d’expérience

Le projet SolCAD a débuté en novembre 2019 et durera en tout 24 mois. Il implique quatre partenaires académiques et de terrain : le Centre en Recherche Energétique et Municipalité (CREM), le Laboratoire d’Energétique Solaire et de Physique du Bâtiment (LESBAT) de la HEIG-VD, la société KAEMCO ainsi que le bureau d’ingénieur PLANAIR.

  1. Buts à atteindre et résultats attendus

Augmenter la part d’énergie renouvelable dans l'approvisionnement énergétique des bâtiments est indispensable pour réaliser la stratégie énergétique 2050. L’intégration efficace du solaire thermique, couplé avec du stockage, semble donc devoir faire partie des technologies innovantes à intégrer dans les bâtiments. Toutefois, la surface installée par année de panneaux solaires thermiques a diminué de plus de 40% en Suisse entre 2010 et 2017. Pour contrer cette tendance, il paraît nécessaire de modifier notre approche envers le solaire thermique et d’explorer des nouvelles opportunités encore peu connues en Suisse. Dans ce cadre, un axe particulièrement intéressant est l’intégration du solaire thermique dans l'approvisionnement des chauffages à distance (CAD). En effet, le pourcentage de bâtiments chauffés à l’aide d’un CAD augmente fortement en Suisse (+85% entre 2000 et 2015). Par ailleurs, 30% de la chaleur produite par les CAD provient toujours d’énergie fossile. De plus, certaines sources d’énergies renouvelables utilisées dans les CAD, telles que la biomasse, dont plus de la moitié des ressources durables sont déjà utilisées en Suisse, ont un potentiel limité. Le solaire thermique, couplé à un stockage de chaleur, pourrait donc participer à l’augmentation de la part d’énergie renouvelable dans les CAD, et par extension, dans l'approvisionnement en chaleur de la Suisse. Ceci permettra d’utiliser l’énergie solaire d’une manière efficace et d’augmenter la proportion de cette énergie dans la production de chaleur, conformément à la stratégie énergétique 2050.

Cette idée, loin d’être une construction théorique, est une réalité dans plusieurs pays européens. Fin 2017, 296 installations solaire thermique de grandes tailles (>500m2) étaient en opération en Europe. L’intégration du solaire thermique dans les CAD est largement utilisée dans les pays scandinaves, notamment au Danemark. Grâce aux économies d’échelle dans la fabrication et l’installation des panneaux solaires thermiques et du stockage de chaleur, ainsi que des coûts d’opération et maintenance faibles, le coût de revient actualisé en Europe de la chaleur solaire se trouve entre 41€/MWh avec un stockage journalier et 55 €/MWh avec un stockage saisonnier tel que rapporté dans la tâche SHC AIE 52.

Les conditions-cadres, notamment au niveau politique ou au niveau de l’occupation du sol, sont bien sûr différentes en Suisse. Toutefois, des études préliminaires, notamment dans le canton de Saint-Gall, ont montré une faisabilité importante tant au niveau technique qu’économique et social. Le solaire thermique et le stockage saisonnier ont de plus déjà été intégrés dans plusieurs installations existantes dans le pays (Saas Fee, Aire Suurstoffi, village REKA Blatten-Belalp, etc.). Ces études et ces installations pilotes ne couvrent toutefois qu’une petite partie du potentiel de l’intégration du solaire thermique pour les CAD en Suisse. Une vision d’ensemble est actuellement manquante.

En conséquence, les objectifs du projet SolCAD sont :

  1. D’étendre l'évaluation du potentiel solaire thermique couplé au stockage dans les chauffages à distance (CAD) à l’entier de la Suisse en tenant compte des contraintes technologiques et socio-économiques locales.
  2. De valider et d’optimiser les performances énergétiques et économiques des CAD solaires en Suisse en incluant différentes combinaisons de technologies, notamment du solaire thermique couplée avec d’autres sources d’énergie renouvelables, du couplage chaleur-force et du stockage.
  3. Analyser les facteurs de réussite et les facteurs limitants pour l’intégration du solaire thermique dans les CAD en utilisant une approche par archétype de CAD.
  4. De développer et d’explorer différent business model pour stimuler l’intégration de la chaleur solaire dans les CàD en Suisse

Le projet couvrira les différentes générations de CAD, depuis les premières générations de CAD à haute température (max. 150°C) jusqu’aux réseaux d’anergie. Durant l’évaluation du potentiel du solaire thermique, le potentiel énergétique, la dynamique du système, le rendement économique ainsi que les limitations et bénéfices liés à l’exploitation et au cadre législatif seront pris en compte.

Pour produire une évaluation de potentiel la plus large possible, quatre approches seront combinées dans ce projet :

  • Une approche archétypale où le potentiel des CAD existants et futurs est évalué sur la base d’une analyse cartographique par typologie de CAD.
  • Une approche par étude de cas où trois systèmes particuliers sont simulés en détail pour améliorer notre compréhension d’un système CAD/solaire thermique/stockage couplé avec d’autres énergies renouvelables. Le but sera d’être à même de valider les concepts, d’en optimiser les performances dynamiques et de comparer différentes combinaisons de technologie de chauffage, de stockage et de panneaux thermiques.
  • Une analyse des conditions-cadres, c’est-à-dire l’identification des opportunités, ainsi que les barrières, économiques, sociales et législatives liées au développement du solaire thermique et du stockage dans les CAD
  • Une approche basée sur le partage d’expérience conduit par un groupe d’accompagnement.

La force de ce projet est que ces différentes approches complémentaires permettent une évaluation solide du potentiel du solaire thermique dans les CAD. Plus précisément, ce projet va produire les livrables suivants :

  • Un pourcentage de l’énergie finale qu’il est possible de couvrir avec un système combiné CAD/solaire thermique/stockage pour différents coûts par kWh d’énergie produite, ainsi qu’une cartographie des zones avec un potentiel important pour ces technologies.
  • Un arbre de décision qui liste les principaux critères indiquant un intérêt pour l’introduction du solaire thermique dans les CAD. Cet arbre sera basé sur les résultats de la tâche SHC AIE 52, notamment sur l’outil Excel développé en collaboration avec le CREM.
  • Une liste des avantages et des goulets d’étranglement du solaire thermique dans les CAD ainsi qu’une liste de recommandation pour optimiser l’utilisation du solaire thermique dans les CAD en Suisse.

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