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Chauffe-eau pour pompes à chaleur en tant que batteries à énergie pure

Les chauffe-eau à pompe à chaleur (HPWH) sont une technologie révolutionnaire qui peut éliminer la pollution climatique et atmosphérique en chauffant l’eau des bâtiments. Et si cela ne suffit pas, les HPWH ont un avantage supplémentaire moins connu: ils peuvent doubler en tant que batteries à énergie propre.

Chauffe-eau pour pompes à chaleur en tant que batteries à énergie pure

Chauffe-eau pour pompes à chaleur en tant que batteries à énergie pure

Pierre Delforge NRDC

Les chauffe-eau à pompe à chaleur (HPWH) sont une technologie révolutionnaire qui peut éliminer la pollution climatique et atmosphérique en chauffant l’eau des bâtiments. Et si cela ne suffit pas, les HPWH ont un avantage supplémentaire moins connu: ils peuvent doubler en tant que batteries à énergie propre stockant essentiellement les émissions solaires sans émissions à utiliser à un moment où le soleil ne brille pas.

C’est la conclusion de la California Communal Services Commission, qui a constaté l’été dernier que les chauffe-eau à pompe à chaleur peuvent fournir un stockage local efficace de l’énergie pour équilibrer le réseau. La Californie a des objectifs ambitieux de mettre en place une installation de stockage d’énergie pour exploiter une énergie solaire abondante mais variable, et les chauffe-eau électriques avec une pompe à chaleur peuvent aider.

Actuellement, les bâtiments résidentiels et commerciaux de Californie consomment plus de gaz que – et produisent sept fois plus de pollution atmosphérique que les centrales électriques de l’État. L’élimination de l’utilisation du gaz dans les bâtiments est cruciale pour atteindre les objectifs de qualité de l’air et du climat. Le passage des poêles et chaudières à gaz à une technologie efficace de pompe à chaleur électrique – qui est déjà le moyen le moins cher vers des bâtiments zéro émission – n’est plus attrayant que si les avantages de la HPWH par rapport au stockage d’énergie sont pris en compte.

Comment un chauffe-eau pour pompe à chaleur peut-il être une batterie?

Les chauffe-eau à pompe à chaleur (HPWH) utilisent l’électricité pour chauffer l’eau, fonctionnant comme un réfrigérateur qui fonctionne à l’envers. Ils collectent, concentrent et transfèrent la chaleur de l’air qui les entoure dans l’eau du réservoir, au lieu de déplacer la chaleur du réfrigérateur. Les HPWH sont actuellement la technologie de chauffage électrique de l’eau la plus efficace, trois à cinq fois plus efficace que les chauffe-eau au gaz.

Les HPWH peuvent offrir un autre avantage essentiel: ils peuvent agir comme des «batteries» de chaleur pour stocker l’énergie renouvelable (par exemple, lorsque l’énergie solaire est abondante au milieu de la journée) et pour éviter d’utiliser l’électricité le soir, lorsqu’ils sont plus susceptibles de générer les centrales électriques les plus sales. Avec une bonne isolation du réservoir, il est possible que l’eau du réservoir reste suffisamment chaude pendant au moins 12 heures et même plus longtemps avec des tuyaux et des raccords bien isolés.

Faire correspondre l’offre et la demande

Traditionnellement, l’électricité est produite au besoin pour répondre à la demande des clients. Pour s’assurer qu’il y a toujours de l’électricité lorsque le client appuie sur l’interrupteur d’éclairage, les services publics doivent garder les centrales électriques prêtes sur le réseau pour atteindre la quantité maximale d’énergie qui pourrait être nécessaire. Ce maximum est appelé «demande de pointe», qui en Californie se produit généralement en début de soirée lorsque les gens rentrent chez eux, allument la climatisation, commencent à préparer le dîner et à regarder la télévision.

Bien que la demande d’électricité la plus élevée de la Californie se produise le soir, l’approvisionnement en énergie propre disponible de l’État culmine à midi, lorsque le soleil brille le plus. Cette inadéquation signifie que nous ne pouvons pas toujours consommer l’énergie renouvelable que nous produisons, et nous devons toujours compter sur des centrales électriques à combustibles fossiles coûteuses et polluantes pour répondre à la demande de pointe, car elles ne disposent pas d’une capacité de stockage suffisante ou nécessitent la flexibilité nécessaire pour détourner l’électricité solaire zéro émission vers utilisation ultérieure.

La plupart des jours en Californie, le coût de production d’une autre unité d’électricité (connu sous le nom de coûts «marginaux») augmente considérablement pendant les heures de pointe, qui se produisent entre 16 heures. et 21 h, selon le lieu. Il est nécessaire de construire des lignes de transport et de distribution, et des capacités de réserve doivent être disponibles pour répondre à la demande la plus élevée, ce qui fait que tout coûte pour couvrir la plus grande quantité d’électricité. En revanche, le coût marginal de production tombe à zéro, voire négatif en milieu de journée lorsque l’offre dépasse la demande, entraînant une réduction de la production solaire.

PG&E 2024. Coûts marginaux (journée moyenne tout au long de l’année), NRDC 2018

Cette discordance empêchera la Californie de rechercher un réseau entièrement décarboné s’il n’est pas résolu. Ici, les charges électriques flexibles comme HPWH peuvent aider.

Déplacement de charges pour économiser de l’argent

Des gestionnaires de réseau indépendants orchestrent la production d’électricité à l’aide de signaux de prix et de commandes d’expédition, qui indiquent aux centrales électriques quand augmenter ou diminuer la production. Ces mêmes signaux peuvent être envoyés aux appareils électriques pour aider à la gestion automatique de la demande. HPWH flexible on demand peut également répondre aux temps d’utilisation des services publics ou aux signaux du réseau pour optimiser ses performances, minimisant automatiquement les factures sans intervention du client.

Comment cela marche-t-il? Les chauffe-eau à pompe à chaleur agissent comme des piles thermiques et accumulent de l’eau chauffée par l’abondance d’électricité propre produite pendant la journée pour une utilisation en soirée. De la manière dont la batterie du téléphone «se charge» le cas échéant et peut être utilisée toute la journée lors de vos déplacements, les HPWH peuvent chauffer l’eau plusieurs heures à l’avance tout en fournissant des douches chaudes tout au long de la soirée.

Cela peut effectivement aider à déplacer la demande d’électricité des heures de pointe vers des heures où l’électricité renouvelable est bon marché et sans émissions. Les HPWH connectés à Internet ou «intelligents» permettent de réaliser des économies sans compromettre la disponibilité de l’eau chaude. Un HPWH de taille appropriée peut stocker suffisamment d’eau chaude pour répondre aux besoins du ménage sans être rempli pendant les périodes de pointe. Et lorsque plusieurs de ces chaudières sont utilisées ensemble dans tout l’État, elles peuvent assurer des économies de coûts et des émissions réduites dans tout le système, ce qui profite à tous.

Une étude de modélisation de 2018 a montré que la HPWH peut déplacer toute la charge électrique du soir vers le milieu de la pointe solaire, avec 70% de la consommation d’électricité de la chaudière alors que l’énergie solaire est abondante et bon marché, et presque pas utilisée pendant la pointe du soir lorsque l’électricité est la plus sale et la plus chère.

Utilisation d’un chauffe-eau électrique avec pompe à chaleur avec (ligne rose) et sans (ligne noire) transfert de charge

Besoins politiques

Les chauffe-eau à pompe à chaleur qui redirigent la charge énergétique peuvent être un élément important de notre transition vers une énergie propre, mais nous avons besoin de politiques qui permettent leur adoption sur le marché et garantissent qu’elles sont utilisées pour maximiser les avantages du réseau, notamment:

  1. Encourager les constructeurs à installer des chaudières à pompe à chaleur lors de la construction de nouvelles maisons, en fournissant un crédit de conformité en vertu de la loi californienne sur la construction et des incitations directes pour réduire les coûts d’installation. Le NRDC a mené une collaboration entre les fabricants, les services publics et les fournisseurs de services pour développer une spécification des HPWH qui transfèrent la charge, et nous attendons de la California Energy Commission qu’elle les mette en œuvre dans le code du bâtiment de l’État.
  2. Permettre la transformation du marché HPWH en offrant des réductions dans toute la Californie Programme d’incitation à l’auto-génération (SGIP), à l’instar des panneaux photovoltaïques où les incitations ont été essentielles pour réduire les coûts de l’énergie solaire au point que le marché prospère désormais sans incitations.
  3. Reflétant le coût marginal de l’électricité taux d’utilisation de la conception avec un ratio significatif de coûts d’électricité maximum et maximum, pour permettre à des charges flexibles comme HPWH de fonctionner à des tarifs bas pendant les heures creuses, encourageant ainsi un transfert de charge suffisant pour stimuler la demande du marché.

Les chauffe-eau à pompe à chaleur sont capables de stocker de l’énergie propre et de réduire la charge sur le réseau pendant les pics de demande d’électricité. Mais nous avons besoin de politiques appropriées pour garantir qu’ils peuvent remplir ces fonctions.

A propos de Pierre Delforge

Scientifique senior, programme de décarbonisation, programme climat et énergie propre

* Cet article a été rédigé en collaboration avec Olivia Ashmoore de la Goldman School of Public Policy de l’UC Berkeley.

Le contenu et les opinions de cet article sont protégés par le droit d’auteur et ne représentent pas nécessairement les opinions d’AltEnergyMag


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