ÉNERGIES RENOUVELABLES
Les technologies des energies renouvelables
en allemagne et dans le monde
L’industrie allemande des énergies renouvelables – un partenaire fiable
L’Allemagne, qui a connu un développement rapide dans
l’utilisation des énergies renouvelables ces dernières années,
fait aujourd’hui figure de chef de file international. À fin
2013, son secteur éolien est le troisième mondial avec
33.730 MW de puissance installée et son marché de l’énergie
solaire le premier mondial avec plus de 35.700 MW de puissance crête installée. Elle est également leader dans d’autres
domaines technologiques. En 2013, les énergies renouvelables ont permis de couvrir 12% de la consommation d’énergie finale brute du pays. La force motrice se cachant derrière
le boom des énergies renouvelables en Allemagne réside dans
la puissance de son industrie nationale.
En 2012, ce secteur employait plus de 377.800 personnes travaillant dans la recherche, la production, la planification de
systèmes et l’installation. Les entreprises allemandes ont très
tôt investi dans le développement de la technologie propre
aux énergies renouvelables et ont introduit sur le marché des
produits hautement performants. L’optimisation et le développement continus de produits sont stimulés par les fortes
attentes des consommateurs nationaux. Les normes allemandes relatives à la production et la sélection de composants systèmes appropriés ont défini des normes de qualité à
échelle internationale.
juwi
Wagner & Co Solartechnik GmbH
Augmentation de la demande mondiale
d’énergies renouvelables
Développer l’utilisation des énergies renouvelables dans le
monde est une tâche importante sur le chemin d’un avenir
durable. L’utilisation des énergies renouvelables a fortement
augmenté en 2012, avec une puissance renouvelable totale de
plus de 1470 GW dans le monde en 2012. Les énergies renouvelables permettent de répondre de manière durable aux
besoins mondiaux en énergie, sans incidence sur le climat.
Une coopération internationale est nécessaire pour relever le
défi et développer les marchés.
Phocos AG
Initiative « renewables – Made in Germany »
Transférer l’expertise en matière d’énergies renouvelables,
promouvoir le commerce extérieur et faciliter la coopération internationale au développement sont autant d’objectifs
de l’initiative « renewables – Made in Germany ». Coordonnée et financée par le Ministère fédéral allemand de l’économie et de la technologie (BMWi), l’initiative travaille en partenariat avec des organismes comme l’Agence allemande
pour l’énergie (dena, Deutsche Energie-Agentur GmbH), la
Fédération des chambres de commerce et d’industrie allemandes (DIHK), l’Office fédéral de l’économie et du contrôle
des exportations (BAFA), la Société allemande de coopération internationale (GIZ) ainsi qu’avec des associations sectorielles pertinentes et d’autres acteurs.
Les technologies des énergies renouvelables
▪▪ Jouent un rôle clé pour limiter le changement climatique
▪▪ Sont disponibles en abondance partout dans le monde
▪▪ Réduisent la dépendance aux importations d’énergie et
génèrent au contraire la création de valeurs locales
▪▪ Créent des emplois dans les industries de croissance
durable
▪▪ Sont la base d’un approvisionnement en énergie renouvelable pour les pays industrialisés et en développement
▪▪ Représentent un des marchés croissant le plus rapidement
sur la scène internationale
▪▪ Présentent de faibles risques – avec peu de déchets et de
problèmes d’émissions,
▪▪ Présentent un faible intérêt pour les potentielles cibles terroristes.
BioConstruct GmbH
Bundesverband WindEnergie e.V.
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ENERGYSYSTEMS
www.intercontrol.de
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Phocos AG
INTER CONTROL H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbauges. mbH
ÉNERGIES RENOUVELABLES
Les technologies des énergies renouvelables –
champs d’application
S.A.G. Solarstrom AG
Solar Promotion GmbH
Les énergies renouvelables …
… fournissent de l’électricité au réseau
L’énergie hydraulique, l’énergie géothermique, l’énergie
éolienne, la bioénergie et l’énergie solaire peuvent se substituer progressivement à l’approvisionnement énergétique
conventionnel. Un mix adéquat de sources d’électricité, le
stockage et une technologie intelligente de contrôle du réseau
permettent d’assurer la stabilité du réseau.
… permettent un approvisionnement énergétique
autonome en zone rurale
On estime que deux milliards de personnes dans le monde
n’ont pas accès à un réseau public d’électricité. Les unités
autonomes de production d’électricité à partir d’énergies
renouvelables peuvent fournir de l’électricité partout où la
construction d’un réseau est techniquement difficile ou économiquement non viable.
… permettent une production décentralisée
de chaleur
La bioénergie, l’énergie solaire thermique et la géothermie
fournissent l’énergie nécessaire à la distribution de chauffage, de froid, d’eau chaude sanitaire et de chaleur industrielle.
… réduisent les émissions dans le secteur
des transports
La bioénergie, par exemple sous forme de biogaz, peut être
utilisée comme carburant pour les véhicules fonctionnant au
gaz naturel, assurant ainsi une mobilité durable.
Compétitivité des coûts
des énergies renouvelables
La compétitivité des énergies renouvelables dans le monde
est d’ores et déjà assurée dans certains segments du marché et aux conditions de marché, et elle augmente d’année
en année. Elles représentent aujourd’hui une alternative
aux productions d’énergie conventionnelles, notamment si,
outre les prix actuels du marché pour les énergies fossiles et
nucléaires, les coûts cachés suivants pour la société sont pris
en considération:
▪▪ Coûts externes des dommages causés à l’environnement et des conflits politiques
Facteur économique de plus en plus important, les pertes
financières liées au changement climatique et à la pollution de l’air provoqués par l’utilisation de combustibles
fossiles exercent ainsi une influence croissante sur les
décisions politiques et économiques.
▪▪ Épuisement des ressources
Le taux significatif d’épuisement des ressources fossiles ne
cesse d’allonger les distances à parcourir, créant ainsi des
coûts indirects supplémentaires.
▪▪ Pollution de l’air et de l’eau
Les polluants produits par la combustion de combustibles
fossiles sont la principale cause de smog et de pluie acide.
▪▪ Impact négatif sur la santé publique
Les polluants des ressources fossiles contribuent aux problèmes de santé publique. Ainsi, aux États-Unis, différents
programmes ont été mis en place pour examiner les effets
de l’industrie du charbon sur la santé publique.
▪▪ Contribution au changement climatique
planétaire
L’utilisation de combustibles fossiles contribue au
réchauffement planétaire. Ce dernier provoque une élévation du niveau de la mer et des conditions météorologiques extrêmes qui génèrent à leur tour des coûts indirects liés aux inondations, aux tempêtes, etc.
Coût de l’énergie fossile pour la société
Prix facturé au consommateur
Coût pour la société
Pollution de l’air
Dommages causés à l’environnement
Coût lié aux conflits politiques
Coût lié à la sûreté et à la sécurité
Coût de réhabilitation
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ÉNERGIES RENOUVELABLES
Attenuer le changement climatique grace aux technologies des energies renouvelables
Le changement climatique,
principal défi du XXIe siècle
Le réchauffement planétaire causé par les émissions de gaz
à effet de serre d’origine humaine représente l’une des principales menaces pesant sur la civilisation humaine au XXIe
siècle. Il affecte et change d’ores et déjà la vie des gens partout dans le monde, et ses conséquences continueront à s’intensifier.
Les faits
▪▪ La tendance à long terme d’augmentation de la tempéra-
ture moyenne de la planète s’est accélérée depuis la fin des
années 1970.
▪▪ La décennie 2001–2010 était la plus chaude jamais enregistrée depuis le début des mesures régulières de la température au XIXe siècle, 2010 étant l’année complète la plus
chaude jamais enregistrée.
▪▪ Une évaluation préliminaire des neuf premiers mois de
2013 laisse apparaître que cette tendance se poursuit,
car 2013 devrait se classer parmi les dix années les plus
chaudes depuis le début des mesures à l’échelle planétaire.
▪▪ La concentration croissante dans l’atmosphère de gaz à
effet de serre dus aux activités humaines est très probablement la cause du réchauffement planétaire.
Anomalies de la température moyenne planétaire
de 1850 à 2013
Anomalie (°C) par rapport à 1961–1990
0,6
Met Office Hadley Centre and Climatic Research Unit
NOAA National Climatic Data Center
NASA Goddard Institute for Space Studies
0,4
0,2
0
- 0,2
À l’échelle planétaire, les fractions molaires moyennes de
dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4) et de protoxyde
d’azote (N2O) ont battu de nouveaux records en 2012.
Comment mesurer le réchauffement planétaire
du système climatique ?
Le changement climatique peut être prouvé par le changement
▪▪ des températures moyennes planétaires de l’air et des
océans;
▪▪ de la salinité des océans;
▪▪ de la configuration des vents;
▪▪ d’aspects de conditions météorologiques extrêmes, y compris les sécheresses, les fortes précipitations et l’intensité
des cyclones tropicaux.
Qui sera le plus affecté par le changement
climatique ?
L’impact du changement climatique concernera de manière
disproportionnée les pays en développement et les populations pauvres, qui sont les plus vulnérables et ont moins
d’opportunités de s’adapter à ses conséquences. Il est donc
essentiel que l’atténuation du changement climatique et
l’adaptation fassent partie intégrale des politiques de développement et de coopération.
L’impact économique du changement climatique
Le changement climatique aura un impact considérable
sur la croissance et le développement de tous les pays. Des
mesures volontaristes doivent être prises immédiatement
pour atténuer le coût global et les risques du changement climatique. L’effet positif de l’atténuation du changement climatique engendrera des opportunités d’affaires dans les
domaines des technologies à faible émission de carbone et
des biens et services à faible émission de carbone.
Le Protocole de Kyoto
-0,4
▪▪ Accord international adopté en 1997 à Kyoto, au Japon, le
- 0,6
- 0,8
1850
1900
1950
2000
Année
Source: WMO Provisional Statement on Status of the Climate in 2013
Gaz à effet de serre
Quels types de gaz à effet de serre y a-t-il ?
▪▪ Le dioxyde de carbone (CO2), produit par la combustion
de combustibles fossiles et par la déforestation à large
échelle.
▪▪ Le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (gaz hilarant,
N2O) proviennent des secteurs de l’agriculture et de l’élevage.
Quels sont les effets des gaz à effet de serre ?
Si les gaz à effet de serre permettent au rayonnement solaire
de traverser l’atmosphère presque intacte, ils retiennent le
rayonnement thermique à ondes longues émis par la surface de la terre. L’accumulation de ces gaz dans l’atmosphère
engendre un effet de serre et une tendance au réchauffement
de la basse atmosphère.
Où en sont aujourd’hui les gaz à effet de serre dans
l’atmosphère ?
Selon le 5e rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) de 2013, la
concentration atmosphérique de dioxyde de carbone a augmenté de 40% depuis l’époque préindustrielle, principalement en raison de l’utilisation de combustibles fossiles.
Protocole de Kyoto oblige ses signataires à réduire leurs
émissions de gaz à effet de serre.
▪▪ Le Protocol de Kyoto est entré en vigueur en 2005, après
avoir enfin été ratifié par toutes les 192 parties (191 États
et une organisation régionale d’intégration économique,
l’Union européenne).
▪▪ Les pays signataires ont convenu de réduire leurs émissions de 5% sur la période 2008–2012 (première période
d’engagement) par rapport aux niveaux de 1990.
▪▪ La deuxième période d’engagement de 2013 à 2020 a été
instaurée en décembre 2012 par l’amendement de Doha
au Protocole de Kyoto. Un calendrier ferme a été adopté
en vue d’arriver à un accord global sur le climat à l’horizon
2015.
Les technologies des énergies renouvelables,
une partie intégrale de la stratégie d’atténuation
L’utilisation de pétrole brut, de gaz naturel, de charbon et
d’uranium implique des risques encore plus grands: ils sont
disponibles en quantités limitées, leurs prix sont très instables, et ils conduisent à une dépendance politique. Les
sources d’énergies renouvelables sont neutres en CO2 et
constamment renouvelées dans le cadre de processus naturels. Les technologies des énergies renouvelables sont susceptibles de baisser considérablement les émissions de CO2
dans le secteur de l’électricité, de remplacer les carburants
pétroliers destinés au transport et de fournir une chaleur et
un froid propres.
BSW Solar/Langrock
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ÉNERGIES RENOUVELABLES
Les technologies des énergies renouvelables
pour la sécurité énergétique
Le défi: une demande croissante contrastant
avec des ressources en baisse
Partout dans le monde, on assiste à une explosion continue
de la demande en carburants fossiles, plus particulièrement à
cause de l’importante croissance économique dans certaines
parties du monde; dans le même temps, on voit les réserves
se réduire toujours plus tandis que les ressources subsistantes sont désormais entre les mains de quelques régions,
souvent instables politiquement. Ce qui entraîne des conflits
politiques et l’augmentation des confrontations militaires,
mais présente aussi un grand risque économique pour toutes
les sociétés et leur développement qui dépendent largement
de ces ressources toujours plus coûteuses.
La spéculation financière, les conflits militaires comme au
Moyen-Orient, et les catastrophes naturelles comme celles
liées au changement climatique accentuent toujours plus l’inconstance du prix du pétrole. S’il s’avère que les problèmes
dus au déclin à venir soient clairement identifiés comme
graves pour le pétrole, les mêmes défis s’imposeront également au gaz naturel, à l’uranium et au charbon.
Réserves traditionnelles de pétrole.
Pays possédant > 1 Gt de réserves en pétrole (2009)
de la valeur ajoutée locale – sans nécessiter des réseaux coûteux et sans dépendance de l’importation. Les systèmes
autonomes – systèmes décentralisés de production d’électricité – sont particulièrement intéressants pour les gens
qui n’ont pas accès à une distribution moderne d’électricité, ainsi que dans les économies émergentes qui connaissent
une demande énergétique croissante. Pour garantir une
fourniture d’électricité continue et abordable, les systèmes
autonomes hybrides peuvent utiliser une combinaison de
différentes sources d’énergie, telles que l’éolien, le photovoltaïque, l’hydraulique et les moteurs à combustion. Les solutions hybrides peuvent se substituer, totalement ou partiellement, aux générateurs conventionnels, qui utilisent souvent
le diesel comme combustible. Au vu des prix locaux souvent
élevés des combustibles, les solutions renouvelables hors
réseau représentent une alternative économique.
Dépendance de l’EU-28 vis-à-vis des importations
d’énergie en 2012
Dépendance
État membre de l’UE énergétique*
EU-28
54.00
Chypre
97.30
- 18.80
Danemark
Conventional oil reserves.
Countries with > 1 Gt oil reserves (2009)
Estonie
21.20
Finlande
54.40
France
51.30
Allemagne
61.60
100.00
Malte
> 1–10 Gt
> 10–20 Gt
> 20 Gt
79.40
Royaume-Uni
26.60
*Importations divisées par consommation brute. Consommation d’énergie brute en millions de tonnes d’équivalent pétrole
(Mtep). Définie comme production primaire plus les importations, moins les exportations.
Source: Europe’s Energy Portal
Ellipse stratégique
Avec env. 74 % des réserves mondiales de pétrole conventionnel
et env. 70 % des réserves mondiales de gaz naturel
Source: Institut fédéral allemand des géosciences et des ressources naturelles (BGR)
La limitation régionale des réserves subsistantes
Non seulement les carburants fossiles deviennent moins
abondants, mais les réserves sont également limitées à
quelques régions, dont un certain nombre présente de graves
problèmes politiques et de sécurité. Par exemple, fin 2009,
74% des réserves mondiales de pétrole et 70% des réserves
mondiales de gaz se situaient au Moyen-Orient et en Mer
Caspienne, qu’on appelle« l’ellipse stratégique ».
Une dépendance croissante aux importations
Puisque les réserves sont aux mains de quelques pays, toutes
les autres économies sont dans l’obligation d’importer des
carburants non renouvelables.
La dépendance énergétique varie fortement entre les États
membres de l’Union européenne: le Danemark est le seul
exportateur net d’énergie, tandis que Malte dépend entièrement d’importations d’énergie. Les fournisseurs majeurs de
pétrole brut et de gaz naturel se trouvaient en Russie (34%
des importations de pétrole et 30% des importations de gaz)
et en Norvège (12% et 27% respectivement).
Les applications hors réseau
Les technologies des énergies renouvelables permettent de
produire une énergie durable et décentralisée tout en créant
juwi
Espagne
L’intégration des énergies renouvelables
dans le réseau
La génération d’énergie renouvelable permet de réduire tant
les émissions de CO2 que notre dépendance à la production
d’énergie à partir de matières premières importées. Toutefois, la hausse des volumes d’électricité renouvelable injectée
au réseau exige des changements majeurs du système énergétique en termes de production, de transmission, de distribution, de stockage et de consommation d’énergie. En raison
des objectifs fixés par les politiques énergétiques et climatiques, ces changements seront particulièrement importants
durant les années et décennies à venir. Les nouvelles technologies et modèles économiques contribuent à équilibrer
les charges, à lisser la variabilité et à intégrer différentes ressources. Les centrales électriques virtuelles, par exemple,
peuvent permettre de répondre aux enjeux futurs du réseau.
Leur fonctionnement jouera un rôle de plus en plus important dans la production d’électricité du futur. Si la centrale
virtuelle n’a pas d’existence physique sous forme de générateur d’électricité, elle permet néanmoins de constituer et de
gérer un portefeuille de générateurs de distribution à petite
échelle pour différents types de génération d’énergie. La centrale électrique virtuelle les contrôle comme si toutes les unités formaient une seule grande unité.
Centrale électrique virtuelle
juwi
Éolien
Photovoltaïque
Commande
centralisée
FLABEG Holding GmbH EnviTec Biogas AG
Voitures électriques
...
Unité de
stockage
Production différée
de chaleur
Cogénérateur
Chaudière électrique
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ENERGYSYSTEMS
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Réseau d’électricité
Consommateurs
d’électricité
WIND POWER
ENERGIE
ÉOLIENNE
Le développement de l’éolien
Un peu partout dans le monde, les moulins à vent étaient
autrefois utilisés pour moudre du grain ou pomper de
l’eau, tout en faisant partie du paysage depuis des siècles.
Les éoliennes modernes sont des centrales électriques qui
peuvent servir à produire de l’électricité à un prix compétitif. Grâce à l’important développement de sa technologie, de
son économie et à sa contribution à l’environnement, l’énergie éolienne est la source d’énergie renouvelable connaissant la croissance la plus rapide, et étant, à moyen terme, la
plus puissante au monde. Selon des données compilées par
le Conseil mondial de l’énergie éolienne (GWEC), 318 GW de
puissance éolienne ont été installés dans le monde à fin 2013,
dont 35,5 GW en 2013, ce qui correspond à une croissance
moyenne annuelle de plus de 12,5%.
Puissance éolienne installée en Europe fin 2013
Marché européen de l'énergie éolienne en 2012 (en MW)
0
5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000
Allemagne
Espagne
Royaume Uni
France
Italie
Portugal
Danemark
Suède
Pays-Bas
Irlande
Grèce
Pologne
Autriche
Belgique
Roumanie
Bulgarie
Hongrie
République tchèque
Finlande
Estonie
Lituanie
Chypre
Luxembourg
Lettonie
Slovaquie
Slovénie
Malte
Source: EWEA Annual Report 2013
secteur éolien, qui était de 66% en 2012. Les fabricants et
fournisseurs allemands développent, produisent et exportent
des installations éoliennes complètes, des composants clés
comme les turbines, les multiplicateurs ou les commandes,
ainsi que des systèmes destinés à optimiser le fonctionnement des installations, tels que des systèmes de surveillance
de l’état des installations. En Allemagne, de nombreuses
entreprises de taille moyenne dans le secteur classique de
l’ingénierie mécanique ont étendu leurs activités à l’éolien. Des tours tubulaires en acier, des semelles en béton et
des éléments en fonte sont nécessaires pour construire des
éoliennes, tout comme des évaluations de sites, des certifications ou des essais de type. De la conception à l’exploitation,
en passant par le développement de projet et la construction
des éoliennes, l’ensemble de la chaîne de valeur de l’éolien
est représenté en Allemagne.
Principe d’exploitation
Installations électriques modernes à la pointe de la technologie, les éoliennes fonctionnent selon un principe simple.
Elles tournent lentement mais produisent néanmoins très
efficacement de l’électricité. Aujourd’hui, le rotor horizontal
à trois pales domine. Elles sont techniquement fiables, esthétiques et silencieuses.
Une éolienne se compose de pales
de rotor, d’un moyeu de rotor,
d’une nacelle (munie d’un générateur et parfois d’un multiplicateur), d’une fondation et d’un raccordement au réseau. Les pales de
rotor captent l’énergie cinétique
du vent, la transforment en puissance mécanique, puis, dans un
générateur, en électricité.
de rotor
nacelle
moyeu de rotor
tour
raccordement
au réseau
fondation
Rendement d’une éolienne
Les avantages de l’utilisation de l’énergie
éolienne
▪▪ L’énergie éolienne offre une électricité propre et respec-
tueuse du climat à des prix compétitifs.
▪▪ Les éoliennes génèrent des emplois et offrent une contribution aux zones économiquement faibles. La création
d’emploi se fait dans la fabrication des éoliennes, la planification et les services de maintenance;
▪▪ le revenu perçu par les communautés locales provient des
recettes fiscales et des locations des parcelles de terre utilisées.
▪▪ Les éoliennes couvrent une large gamme d’applications, du petit aérogénérateur au parc éolien terrestre ou
offshore.
▪▪ Les éoliennes représentent la base idéale d’un bouquet
énergétique incluant d’autres sources d’énergie renouvelable, que ce soit pour le réseau public ou un mini réseau.
Vestas Central Europe
Le rendement d’un aérogénérateur est proportionnel à l’aire
de la surface balayée par les pales et à la puissance trois de la
vitesse du vent. Ainsi, une augmentation de 10% de la vitesse
du vent augmente le rendement d’un tiers. En fonction de
son emplacement, une éolienne simple de 1,5 MW produit
entre 2,5 et 5 millions de kWh d’électricité par an. Le rendement d’une éolienne augmente en fonction de la zone de
balayage des pales de rotor et de la vitesse du vent. La vitesse
moyenne d’une éolienne sur site est un paramètre crucial
pour son rendement énergétique. Les mâts très élevés sont
exposés à des vitesses de vent plus importantes et permettent
aux pales de rotor de capturer cette énergie en quantités nettement supérieures.
Comment un vent fort affecte-t-il le rendement ?
Si le vent est trop fort, le rendement peut être réduit pour
garantir l’injection dans le réseau d’un niveau constant de
puissance. Des technologies de contrôle modernes sont utilisées pour les éoliennes reliées au réseau, afin de garantir une
transition « douce » et graduelle empêchant les fluctuations
dans le réseau.
Développement croissant des turbines éoliennes
depuis 1985
Hauteur du moyeu
Diamètre du rotor
L’énergie éolienne made in Germany
L’industrie éolienne allemande dispose d’une expérience de
plus de 20 ans dans le domaine de l’éolien moderne. La présence de fabricants leaders fait de l’Allemagne un pionnier
dans le perfectionnement de cette technologie et le développement de nouvelles capacités dans le monde. En témoigne
également la part des exportations de l’Allemagne dans le
1985
1990
1995
2000
2005
2008
2011
2012
Puissance nominale (kW)
80
250
600
1,500
3,000
6,000
7,500
7,500
Diamètre du rotor (m)
20
30
46
70
90
126
127
154
Hauteur du moyeu (m)
40
50
78
100
105
135
135
160
Source: German Wind Energy Association (BWE), dena
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www.kbbnet.de
WIND POWER
ENERGIE
ÉOLIENNE
Les technologies au service de l’utilisation
de l’énergie éolienne
La filière éolienne distingue généralement entre éolien terrestre, éolien en mer et petit éolien. Leurs principales caractéristiques sont décrites ci-dessous.
Le potentiel pour le « repowering » est grand, en particulier
en Allemagne, où 40% des aérogénérateurs ont douze ans ou
plus.
L’éolien terrestre
Le repowering, c’est quoi ?
Ces dernières années, on note une tendance aux éoliennes
équipées de pales plus larges pour augmenter les rendements
énergétiques des installations, y compris par vent faible. Les
petites éoliennes sont donc remplacées par des aérogénérateurs plus grands et plus modernes.
Les éoliennes terrestres sont souvent situées sur le littoral ou
au large, ainsi qu’en montagne et en plaine. Pour assurer des
rendements élevés dans des zones situées à l’intérieur des
terres, des aérogénérateurs équipés de mâts larges et permettant de balayer des surfaces importantes ont été développés.
Deux technologies ont été mises au point pour transformer
l’énergie éolienne en électricité:
▪▪ Le type d’entraînement classique, avec une vitesse de rotation variable, des multiplicateurs et un générateur rapide;
▪▪ Le système à entraînement direct, sans engrenage.
Avantages supplémentaires du repowering
Le repowering crée un marché pour les éoliennes d’occasion,
ce qui peut être utile, notamment pour des solutions individuelles telles que les systèmes autonomes.
Avantages
▪▪ La production décentralisée d’électricité a lieu plus près
des centres de consommation, ce qui implique des exigences moindres en termes de développement du réseau et
d’exploitation.
▪▪ Les frais d’investissement sont plus faibles que pour les
éoliennes offshore, qui doivent être positionnées, câblées,
installées, exploitées et entretenues en mer.
Les systèmes autonomes
Champs d’application
sionner en électricité des fermes, de petits villages ou des
foyers domestiques. Il n’existe à ce jour pas encore de définition précise de ce que recouvre le petit éolien. Voici un
bref aperçu des définitions les plus courantes:
▪▪ Selon la norme CEI 61400-2:2006, les petits aérogénérateurs sont ceux dont la surface de rotor est inférieure ou
égale à 200 m², ce qui correspond à une puissance de sortie nominale d’environ 50 kW pour une tension jusqu’à
1000 volts AC ou 1500 volts DC.
▪▪ Le Syndicat allemand de l’énergie éolienne (BWE) distingue entre trois types de petites éoliennes: les micro-éoliennes (jusqu’à 5 kW de puissance nominale), les mini-éoliennes (de 5 à 30 kW) et les éoliennes moyennes (de 30 à
100 kW).
▪▪ Le mât ne dépasse en général pas les 20 mètres, et la puissance moyenne d’une petite éolienne se situe entre 5 et
10 kW.
Les éoliennes couplées au réseau
L’installation des éoliennes se fait en groupes, appelés fermes
ou parcs éoliens, mais aussi en configuration isolée. En général, les unités isolées approvisionnent directement le réseau
existant. Pour les parcs éoliens, le couplage au réseau est souvent coûteux (lignes jusqu’au réseau de transition, unités de
contrôle et stations de transformation
Repowering (renouvellement des installations)
Le repowering est un moyen important d’élargir les capacités, par exemple dans les marchés hautement compétitifs.
L’optimisation d’un
site par la suppression d’aérogénérateurs
▪▪ divise au moins
200 kW turbines
par deux le nombre
d’éoliennes;
▪▪ multiplie par deux
ou trois la puissance de sortie;
▪▪ multiplie par trois
500 kW turbines
Vestas Central Europe
2.000 kW turbine
ou quatre le rendement énergétique.
Les systèmes autonomes sont mis en place dans des zones
trop éloignées du réseau public ou sur des sites pour lesquels
un raccordement au réseau serait trop onéreux. Dans ce cas,
l’objectif est d’installer une éolienne adaptée aux conditions
et besoins locaux.
Le petit éolien
▪▪ De petites éoliennes sont déjà utilisées pour approvi-
Avantages
Les petites éoliennes deviennent une alternative de plus en
plus intéressante pour la génération indépendante et autonome d’électricité. Leur potentiel est considéré comme particulièrement important dans les pays en développement et
nouvellement industrialisés où le taux d’électrification est
faible et où le diesel coûte cher. Associées à d’autres technologies basées sur les énergies renouvelables comme le photovoltaïque, les petites éoliennes sont particulièrement bien
adaptées à la fourniture de l’électricité de base dans les zones
non raccordées au réseau.
Développement
Au total, la capacité des petites éoliennes installées dans le
monde s’élevait à fin 2011 à environ 576 MW.
▪▪ Avec 40%, la Chine était en tête, suivie par les Étas-Unis
avec 35%.
▪▪ En Europe, les marchés majeurs pour les petites éoliennes
sont la Grande Bretagne, l’Allemagne et l’Italie.
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ENERGIE
ÉOLIENNE
Les technologies au service
de l’utilisation de l’énergie éolienne
L’éolien offshore
L’éolien offshore se réfère à la construction de parcs éoliens
dans des étendues d’eau dans le but de générer de l’électricité
à partir du vent. En mer, le vent est plus fort et plus constant.
Les rendements énergétiques attendus sont jusqu’à deux fois
plus importants que pour l’éolien terrestre, les vents étant
plus réguliers et plus forts en mer. Les parcs éoliens offshore
sont conçus et mis en place dans des profondeurs d’eau pouvant atteindre 30 mètres ou plus, ce qui exige de nouveaux
types de fondations.
Installation
L’installation d’un parc éolien en mer est plus compliquée
que sur terre, pour les raisons suivantes:
▪▪ Les conditions météorologiques sont telles que la plus
grande partie de l’installation ne peut en général avoir lieu
que d’avril à novembre (hémisphère Nord).
▪▪ L’exposition aux vents forts et aux vagues ainsi que les
effets de l’air marin impliquent des contraintes spécifiques
sur les matériaux utilisés.
▪▪ Le coût des systèmes est nettement plus élevé que celui des
installations terrestres.
▪▪ Les parcs éoliens en mer nécessitent un raccordement au
réseau, des câbles doivent être posés sur le fond marin, et
les lignes électriques doivent être prolongées le long de la
côte pour permettre la transmission de l’électricité générée.
Avantages
▪▪ Les parcs éoliens en mer créent de nouvelles opportunités
pour l’industrie et le marché du travail, en particulier pour
les sociétés de services et les entreprises de services collectifs capables d’assurer un fonctionnement fiable en mer.
▪▪ Les littoraux économiquement faibles, où les secteurs de la
pêche et de la construction navale connaissent des difficultés, profiteront particulièrement de ce développement.
▪▪ Les parcs éoliens en mer d’une puissance installée de plusieurs centaines de MW injectent de l’électricité dans les
réseaux de régions industrielles et pourraient, à l’avenir, se
substituer aux grandes centrales électriques conventionnelles.
Développement
▪▪ À fin 2013, 90% de la nouvelle puissance installée dans le
monde se trouvait en Europe.
▪▪ 773 MW de puissance offshore nouvellement installée en
Grande Bretagne et 240 MW en Allemagne. En dehors de
l’Europe, la majorité des éoliennes offshore sont installées
au large des côtes chinoises.
Perspectives
Le Conseil mondial de l’énergie éolienne (GWEC) estime
que 759 GW de puissance éolienne pourraient être installés à l’horizon 2020 et que l’énergie éolienne couvrira, d’ici à
2030, 15 à 17,5% de la demande énergétique mondiale, sans
incidence sur le climat. Les fermes éoliennes en mer et terrestres vont jouer un rôle de plus en plus important dans les
efforts internationaux visant à minimiser les effets du changement climatique.
La poursuite du développement de l’éolien au cours des prochaines années dépendra du cadre réglementaire dans les
domaines de la politique énergétique et de l’urbanisme, pour
n’en nommer que deux. Les conditions préalables essentielles sont notamment la désignation de zones propices
à l’éolien, la suppression des limitations de hauteurs restrictives, le développement de l’infrastructure du réseau, le
financement de technologies de stockage et la création de
mesures favorisant le repowering pour utiliser encore plus
efficacement les sites à hauts rendements.
Des mesures sont actuellement en cours pour développer le
réseau électrique et améliorer la manière dont celui-ci est
utilisé, par exemple par une surveillance de la température.
Ces améliorations transformeront les réseaux électriques en
réseaux dits intelligents. L’application de nouvelles technologies de stockage, telles que le stockage d’air comprimé, les
possibilités de stockage offertes par les véhicules électriques
et la transformation de l’excès d’énergie éolienne en gaz stockable (« gaz éolien »), et une meilleure gestion de la répartition dans les secteurs privé et industriel, de même que l’association de la génération d’énergie décentralisée à des
centrales électriques dites virtuelles, sont des nouveautés qui
offrent un potentiel non négligeable à l’intégration optimale
de l’énergie éolienne.
KBB Underground Technologies
Grottes de stockage de gaz
L’éolien terrestre
Le développement rapide de l’éolien terrestre devrait se
poursuivre dans les marchés internationaux, surtout parce
qu’il devient de plus en plus rentable. Dans le cas de l’éolien
terrestre, il faut également améliorer l’acceptation sociale
des parcs éoliens, ce qui peut être favorisé par le recours
au modèle participatif connu sous le nom de parcs éoliens
citoyens. Déjà utilisé dans certains pays, par exemple en Allemagne et au Danemark, ce modèle pourrait être étendu à
l’échelle internationale, sachant qu’il pourrait avoir de nombreux effets positifs sur la création de valeur ajoutée régionale s’il est adapté de manière cohérente et appropriée.
De plus, la recherche et le développement en matière d’éolien s’attachent à réduire les effets négatifs sur l’environnement, tels que les émissions de bruit ou de lumière. Ce travail concerne notamment l’utilisation optimale d’avertisseurs
lumineux destinés à identifier les installations et à assurer
la sécurité de l’aviation et de la navigation maritime de telle
sorte que les résidents ne se sentent plus gênés par les émissions de lumière. L’amélioration de l’acceptation sociale des
parcs éoliens fait également partie des effets positifs.
L’éolien offshore
Les fabricants d’éoliennes développent et produisent actuellement une nouvelle génération d’éoliennes offshore plus
grandes et plus rentables, avec des capacités de 6 MW et
plus par éolienne. Les prévisions pour le secteur de l’éolien
offshore sont positives. Une forte croissance est attendue
pour 2014, notamment dans l’Union européenne qui multiplie les projets offshore et devrait arriver à une puissance
nouvellement installée de 1,9 GW en 2014.
Le petit éolien
Les petites éoliennes deviennent une alternative de plus en
plus intéressante pour la génération indépendante et autonome d’électricité. Leur potentiel est considéré comme particulièrement important dans les pays en développement et
nouvellement industrialisés où le taux d’électrification est
faible et où le diesel coûte cher. Les petites éoliennes peuvent
produire de l’électricité de manière autonome ou être intégrées dans des réseaux autonomes existants ou des systèmes
hybrides. Selon les prévisions de l’Association mondiale de
l’énergie éolienne (WWEA), la puissance installée cumulée
pourrait atteindre quelque 5 GW à l’horizon 2020.
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www.ammonit.com
www.kbbnet.de
LE PHOTOVOLTAÏQUE
PHOTOVOLTAICS
L’énergie solaire
L’utilisation directe de l’énergie du soleil
En seulement une heure, le soleil fournit plus d’énergie à
la terre qu’il n’en est consommé durant une année dans le
monde. L’utilisation directe de l’énergie solaire se divise en
solaire thermique (génération de chaleur et d’électricité),
appelé également thermosolaire, et en photovoltaïque (génération d’électricité). Grâce à la disponibilité planétaire de
l’énergie solaire, le photovoltaïque représente une solution
intéressante pour la production d’électricité raccordée au
réseau ou hors réseau.
Fonctionnement
▪▪ Utilisant un ou plusieurs matériaux semi-conducteurs, le photovoltaïque permet de transformer l’énergie solaire directement en énergie électrique.
▪▪ Pour produire cet effet photo-électrique, le matériau semi-conducteur doit
être « dopé » par l’ajout d’éléments chimiques permettant de créer deux
couches, l’une dopée P avec un excès de porteurs de charge positive et l’autre
dopée N avec un excès de porteurs de charge négative. Ce déséquilibre a
pour effet de créer un champ électrique intérieur sur la couche barrière, qui
produit une séparation de charge sous l’effet de la lumière. Les porteurs de
charge libérés durant ce processus peuvent devenir conducteurs au contact
du métal et utilisés comme courant continu (DC) par un dispositif électrique
ou injectés dans le réseau comme courant alternatif (AC) à l’aide d’un onduleur relié au système.
▪▪ Pour atteindre des capacités plus élevées, les cellules photovoltaïques sont en
général reliées entre elle dans des modules ou panneaux.
Electrode
négative
Couche d’arrêt
Silicium n
de puissance, du petit système de 1 kWc jusqu’à la centrale
solaire de plusieurs MWc. Dans le cas des systèmes autonomes, le rendement énergétique est adapté aux besoins
en énergie, si nécessaire grâce au stockage dans des accumulateurs électriques ou à l’adjonction de sources d’énergies additionnelles (système hybride). Les systèmes raccordés au réseau se servent de fait du réseau public d’électricité
pour stocker l’énergie. Si l’électricité photovoltaïque est principalement destinée à l’autoconsommation, une batterie peut
être ajoutée.
Conversion de l’énergie:
▪▪ Les onduleurs convertissent le courant continu en courant
alternatif, identique à celui utilisé pour l’électricité domestique. L’onduleur choisit également le mode de fonctionnement optimal en fonction des conditions d’ensoleillement et comprend des dispositifs de surveillance et de
protection.
▪▪ De plus, l’onduleur a tendance à devenir une application
pour le pilotage intelligent de systèmes photovoltaïques,
notamment en vue de mieux intégrer l’électricité photovoltaïque dans le réseau.
Le photovoltaïque: la fiabilité d’approvisionnement
En cas de panne d’électricité, les installations PV couplées
au réseau doivent être isolées électriquement de ce dernier,
pour des questions de sécurité, afin d’éviter une mise en opération autonome inopinée. Il est cependant possible de modifier une installation couplée au réseau de manière à ce que,
en cas de panne (pendant des orages ou dans les zones où le
réseau électrique est instable), le système puisse fonctionner
comme approvisionnement électrique de secours.
Energiebau
Silicium p
Electrode positive
Source: www.solarpraxis.de / M.Römer.
SMA Solar Technology AG
Avantages de la génération d’énergie photovoltaïque
▪▪ Génération d’électricité sans bruit ni émissions
▪▪ Les systèmes photovoltaïques de toiture s’intègrent bien dans l’environne-
ment (urbain) et peuvent être installés discrètement sur des toits autrement
inutilisés.
▪▪ Large palette d’applications, allant des mini applications, telles que les cal-
culatrices de poche solaires, à la production d’énergie dans des habitations
privées et dans de grandes centrales produisant une puissance de plusieurs
mégawatts
▪▪ Pas de pièces mobiles – les installations ont une longue durée de vie
La puissance installée dans le monde en 2013
Grâce aux nouvelles installations totalisant une puissance
d’environ 37 GW, le volume total d’électricité généré dans
le monde a atteint plus de 136 GW à fin 2013. En Europe,
10 GW de puissance ont été nouvellement installés en 2013.
Avec quelque 11,3 GW nouvellement raccordés au réseau, la
Chine était le numéro un mondial, tandis que le Japon arrive
en troisième place avec 6,9 GW. L’Europe enregistrait en
2013 une puissance installée cumulée d’environ 80 GW. Elle
était suivie par la Chine avec 18,1 GW, le Japon avec 13,9 GW
et les États-Unis avec environ 12 GW.
SOLARWATT AG
Cellule solaire
–
panneau solaire – générateur solaire
À l’heure de choisir des modules photovoltaïques, il importe
de considérer non seulement le coût basique du module (prix
par watt crête), mais aussi le coût du système complet, le rendement du système installé et le coût d’exploitation et de
maintenance sur toute la durée de vie du produit. Si l’investissement est plus rentable pour les sites bénéficiant d’un
rayonnement solaire direct important, les prix des systèmes
photovoltaïques complets varient beaucoup dans le monde
en fonction des facteurs économiques locaux et des disponibilités. Adaptables à toutes les tailles, les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau peuvent couvrir un large spectre
Bosch Solar Energy AG
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www.solarlog.com
Fronius Deutschland GmbH
SMA Solar Technology AG
LE PHOTOVOLTAÏQUE
PHOTOVOLTAICS
Applications
On peut installer des systèmes photovoltaïques raccordés au
réseau ou hors réseau. Les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau comprennent plusieurs modules ou panneaux
photovoltaïques, un onduleur permettant de convertir le courant continu généré en courant alternatif compatible avec
le réseau, un dispositif de protection et un compteur. Adaptables à toutes les tailles, ils peuvent couvrir un large spectre
de puissance, du petit système de 1 kWc jusqu’à la centrale
solaire de plusieurs MWc. Les systèmes hors réseau sont particulièrement adaptés à la fourniture d’électricité dans des
zones ou régions hors réseau, sans approvisionnement fiable
en électricité. L’un des avantages est que le générateur photovoltaïque peut être adapté au volume voulu, que ce soit un
seul watt, suffisant pour alimenter les dispositifs électriques
de la maison, plusieurs centaines de kWc, voire de MWc,
ou encore pour électrifier des mini-réseaux. Dans le cas des
mini-réseaux, plusieurs systèmes photovoltaïques injectent
le courant dans un système d’alimentation hors réseau, ce
qui leur permet d’approvisionner des entreprises, plusieurs
maisons ou même des localités entières en électricité. Les
systèmes hybrides sont en général utilisés pour combiner des
systèmes photovoltaïques avec d’autres installations de production d’électricité, telles que les groupes électrogènes diesel. Un dispositif de stockage de l’énergie est toutefois requis
pour assurer un approvisionnement indépendant et stable
en électricité photovoltaïque. Le stockage de l’énergie à l’aide
SMA Technologie AG
Système hybride
de batteries joue un rôle de plus en plus important, et les systèmes munis d’une capacité de stockage gagnent des parts de
marché.
Les principaux types d’installation
▪▪ Montage sur le toit
▪▪ Installation indépendante
▪▪ Intégration au bâti, par exemple en toiture ou dans des
façades semi-transparentes Les systèmes photovoltaïques
peuvent alors être utilisés comme parties fonctionnelles
de la structure du bâtiment, comme barrières acoustiques,
comme toits de quais de gare ou encore comme systèmes
d’ombrage.
Bosch Solar Energy AG
COLEXON Energy AG
S.A.G. Solarstrom AG
Gros système raccordé au réseau
Modules montés
Wagner & Co Solartechnik GmbH Fronius Deutschland GmbH
SUNSET Energietechnik GmbH
Wagner & Co Solartechnik GmbH
Solon AG, W. Murr
Installation
photovoltaïque
Installation photovoltaïque
Onduleur photovoltaïque
Onduleurs et interrupteurs DC
Modules photovoltaïques utilisés
comme revêtement
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Auvent fait de modules
photovoltaïques
LE PHOTOVOLTAÏQUE
PHOTOVOLTAICS
L’évolution future
Bosch Solar Energy AG
Bosch Solar Energy AG
Bosch Solar Energy AG
Bosch Solar Energy AG
Les technologies photovoltaïques seront appliquées progressivement à de plus en plus de domaines. La tendance d’utiliser les modules solaires comme éléments du design d’un
bâtiment se poursuivra, par exemple sous forme de modules
semi-transparents pour les façades vitrées. Le design, la
génération d’énergie respectueuse de l’environnement et
l’ombrage efficace vont de pair avec ces systèmes. Les cellules solaires flexibles, disponibles sous forme cristalline et
comme cellules à couche mince, ouvrent de nouveaux horizons dans une large gamme d’applications. Une baisse continue des coûts est la condition préalable à une évolution positive du marché, par exemple par l’amélioration de l’efficacité
ou par la réduction de la quantité de matériaux utilisés, ainsi
que par une utilisation accrue dans d’autres domaines d’application. Les tendances suivantes devraient ainsi se poursuivre à l’avenir:
Photovoltaïque à concentration (CPV) – Grâce à l’utilisation de systèmes de miroirs et de lentilles, un maximum
d’intensité lumineuse est concentré sur la cellule photovoltaïque, ce qui permet aujourd’hui d’améliorer l’efficacité de
jusqu’à 43,6%. Cette technologie offre un potentiel important
pour la réduction des coûts de production et représente de ce
fait une source bon marché d’approvisionnement en électricité pour l’avenir.
Photovoltaïque organique (OPV) – Les cellules photovoltaïques organiques comportent des composés d’hydrocarbures qui sont appliqués sur des substrats, un peu comme le
silicium amorphe. L’avantage de ces cellules est que la puissance de sortie ne baisse pas avec un rayonnement plus faible
et une température plus élevée, contrairement aux cellules
inorganiques, ce qui permet d’atteindre des rendements plus
élevés pour l’énergie solaire.
Intégration au réseau – La poursuite du développement
du photovoltaïque, en particulier dans les zones rurales, peut
nécessiter de développer les réseaux de distribution ruraux,
puisque des volumes relativement importants d’électricité photovoltaïque sont injectés dans le réseau alors que relativement peu d’électricité est utilisée localement. La filière
photovoltaïque allemande développe actuellement des onduleurs modernes capables d’augmenter considérablement la
Cellule solaire organique
Fraunhofer ISE
Module de cellules solaires
organiques
capacité de charge d’un réseau de distribution, ce qui permet
de réduire le coût du développement des réseaux de distribution.
Responsabilité du fabricant et recyclage – Les
modules photovoltaïques contiennent des matériaux tels
que le verre et l’aluminium ainsi que différents matériaux
semi-conducteurs qui peuvent être récupérés et réutilisés
pour la fabrication de nouveaux modules photovoltaïques
ou d’autres produits. Comme le premier group important de
systèmes photovoltaïques sera progressivement éliminé dans
les 10 à 15 années à venir, les questions de la responsabilité
du fabricant et du recyclage des produits sont de plus en plus
d’actualité. Des processus de recyclage industriels existent
pour les modules à couche mince comme pour ceux au silicium. Pour assumer la responsabilité pour les modules photovoltaïques tout au long de la chaîne de valeur, de l’achat
des matières premières au recyclage, les entreprises de la
filière photovoltaïque européenne mettent en place un système de reprise et de recyclage appelé « PV CYCLE ».
Perspectives
Depuis 2013, les marchés à la plus forte croissance ne se
situent plus en Europe mais dans d’autres régions du monde.
Surtout la Chine et l’Inde ont un potentiel énorme pour
de nouveaux systèmes photovoltaïques et, sur cette base,
une forte croissance du marché photovoltaïque y est attendue dans les années à venir. Les systèmes photovoltaïques
devraient également connaître un développement continu en
Asie du Sud-Est, en Amérique latine et dans la région MOAN
(Moyen-Orient et Afrique du Nord). Si les installations
solaires en toitures dominent en Europe, le développement
de grandes centrales solaires est probable dans les régions
situées entre les 20e et 40e parallèles des hémisphères Nord
et Sud pour pouvoir fournir une électricité fiable en plus
grande quantité. Par ailleurs, les systèmes intégrant différentes technologies d’énergies renouvelables et de stockage
gagnent en importance dans l’optique d’assurer un approvisionnement électrique fiable, indépendant de la hausse des
prix des énergies fossiles et adapté aux besoins spécifiques
des consommateurs.
Production de cellules solaires
Processus de recyclage photovoltaïque
Fraunhofer ISE
Sunicon AG Sunicon AG
SolarWorld AG
COLEXON Energy AG
Wagner & Co Solartechnik GmbH
SMA Technologie AG
Bosch Solar Energy AG
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www.solarlog.com
SolarWorld AG
SOLAR
LE
SOLAIRE
THERMAL
THERMIQUE
Les technologies
Encore aujourd’hui, les systèmes d’énergie solaire thermique
à petite et à grande échelle sont développés très différemment. L’énergie solaire thermique est l’une des formes les
plus naturelles et durables de production de chaleur. Testée
sur plusieurs décennies, l’énergie solaire thermique peut être
utilisée pour l’eau chaude sanitaire comme pour le chauffage
individuel, pour refroidir ou déshumidifier l’air ambiant,
pour la production de chaleur industrielle ou pour le séchage,
et elle permet surtout de réduire les dépenses énergétiques
liées à la production de chaleur.
KBB Kollektorbau GmbH
BSW-Solar/Langrock
▪▪ Le stockage d’énergie peut même se faire dans la cave,
facilitant ainsi la combinaison de l’installation solaire avec
la production conventionnelle de chaleur.
▪▪ Un appareil de surveillance contrôle et surveille le système
ainsi que la disponibilité d’énergie thermique et d’eau
chaude.
Les systèmes par thermosiphon (à convection)
▪▪ Les systèmes par thermosyphon fonctionnent sans énergie
électrique pour des pompes ou régulateurs.
▪▪ Installation dans des zones hors gel, design très simple.
▪▪ Les liquides chauds sont moins denses que les liquides
froids; ces systèmes utilisent la gravité pour faire circuler
l’eau ou un fluide caloporteur à travers les capteurs.
▪▪ Le ballon de stockage est situé au-dessus du système.
Caractéristique de l’efficience opposée à la différence de températures en fonction de certains types
de collecteurs
KBB Kollektorbau GmbH
Efficience du collecteur en %
100
Les technologies –
différents types de capteurs solaires
Les absorbeurs en plastique non vitrés représentent la forme
la plus simple des capteurs solaires. L’eau y est pompée et
traverse des tapis noirs en plastique puis est utilisée essentiellement pour chauffer les piscines en plein air. Ce procédé
permet d’atteindre des températures de 30°C à 50°C.
Verre solaire
Absorbeur solaire
Boîtier
Isolation thermique
Panneau arrière
Quasiment les trois-quarts des capteurs utilisés en Allemagne sont des capteurs solaires plans. Sur ces capteurs,
c’est l’absorbeur solaire qui, intégré dans une boîte réduisant
les pertes de chaleur grâce à une isolation thermique et à une
vitre, transforme les rayons de soleil en chaleur. Les capteurs
solaires plans travaillent normalement dans une plage à des
températures situées entre 60°C à et 90°C.
En ce qui concerne les capteurs solaires à air, ils sont
un type particulier de capteurs plans: l’air y est chauffé et,
en principe, utilisé généralement directement, en d’autres
termes sans stockage intermédiaire, pour chauffer des bâtiments. L’air réchauffé peut également être utilisé pour le
séchage de produits agricoles.
Les capteurs solaires à tubes sous vide, permettant de
limiter encore davantage les pertes de chaleur par la production d’un vide important dans les tubes de verre, obtiennent
un rendement encore plus élevé. Un capteur se compose de
plusieurs tubes sous vide. Grâce au positionnement pivotant
des différents tubes, la tôle d’absorption plane se trouvant
dans le réceptacle de verre peut être tournée de sorte à être
positionnée de manière optimale par rapport au soleil.
Les différents systèmes solaires thermiques
Les systèmes de pompage à circulation forcée
▪▪ L’énergie thermique recueillie par le capteur est acheminée au stockage d’énergie, au moyen d’un fluide caloporteur.
▪▪ La circulation du fluide caloporteur est forcée par une
pompe.
80
Caractéristique
de l'absorbeur
60
Caractéristique du
capteur solaire plan
40
Caractéristique du
capteur solaire à tube
sous vide
20
0
0
20
40
60
Piscines chauffantes
100
Chauffage de l'eau
120
140
Chauffage domestique auxiliaire
160
Différence
de températures en °C
Chaleur de processus
Source: DLR
Les avantages pour les utilisateurs
▪▪ Réduction de la consommation des énergies fossiles
▪▪ Économies substantielles sur les factures de chauffage
habituelles
▪▪ Prévision plus fiable des coûts de chauffage
▪▪ Moins de dépendance par rapport aux importations
d’énergie
▪▪ Contribution directe à la diminution des émissions de CO2
▪▪ Technologie éprouvée et fiable
▪▪ Compatible avec d’autres technologies à base d’énergies
renouvelables (géothermie superficielle et pompes à chaleur, par exemple)
Chiffres actuels
En 2011, la puissance nouvellement installée dans le monde
était de 48,1 GWth, ce qui correspond à 68,7 millions de
m² de capteurs solaires et représente une augmentation de
14,3% en une année. À l’échelle planétaire, la Chine arrive
de loin en tête avec une augmentation de 40,32 GWth en
2011, suivie par l’Europe avec 3,93 GWth. Réunies, ces deux
régions représentent environ 92,1% des capteurs solaires
nouvellement installés en 2011. L’énergie solaire thermique
gagne également en importance dans la région MOAN. La
surface des capteurs des systèmes solaires thermiques a
franchi le cap des 9 millions de m² en 2012, ce qui correspond à une puissance installée totale de 6,3 GWth.
Le marché européen de l’énergie solaire thermique
en 2012 par surface des capteurs nouvellement installés
DE
34%
IT
10%
PL
9%
FR
7%
GR
7%
ES
7%
AT
6%
CH
4%
DK
3%
PT
3%
BE
2%
UK
2%
OTHERS
8%
Source: ESTIF 2013
www.renewables-made-in-germany.com
www.kbb-solar.com
80
UK
BE
PT
Others
DK
DE
CH
AT
ES
GR
IT
FR
PL
SOLAR
LE
SOLAIRE
THERMAL
THERMIQUE
Technologies et applications – Les systèmes destinés
à l’eau chaude sanitaire et au chauffage individuel
Les champs d’application de l’énergie solaire thermique sont
multiples: du simple chauffage de l’eau du robinet dans les
maisons individuelles et les immeubles résidentiels aux systèmes combinés utilisés non seulement pour l’eau chaude
mais aussi pour le chauffage de bâtiments, en passant par
les systèmes de refroidissement et la production de chaleur industrielle. L’énergie solaire thermique est de plus en
plus utilisée dans les immeubles résidentiels, les hôpitaux,
les auberges, les hôtels et l’industrie. D’importants systèmes
d’énergie solaire thermique de haute qualité sont aujourd’hui
mis en place dans le cadre de la rénovation d’appartements
locatifs, par exemple dans des bâtiments à plusieurs étages,
sans effet négatif sur les dépenses d’eau ou d’électricité ou
sur le loyer.
Eau chaude sanitaire (ECS) pour foyer de quatre
personnes en maison individuelle
▪▪ Principale application de l’énergie solaire thermique dans
le monde.
▪▪ En Europe, ces systèmes sont normalement conçus pour
couvrir la totalité de la demande en eau chaude pendant
les six mois les plus chauds de l’année.
▪▪ Durant les six mois les plus froids, une chaudière à gaz, à
fioul ou à bois ou bien une pompe à chaleur, alimentée par
le système d’énergie thermique solaire les jours ensoleillés, produit l’eau chaude.
▪▪ Sur une année complète, environ 60% des besoins en eau
chaude peuvent être couverts par l’énergie solaire thermique.
1
3
▪▪ Les systèmes destinés aux immeubles d’habitation, hôtels
et hôpitaux, par exemple.
▪▪ Les surfaces des capteurs varient entre dix et plusieurs
centaines de mètres carrés.
▪▪ Normalement conçus pour répondre aux besoins en eau
chaude dans les régions affichant un taux de couverture
solaire relativement faible, ils sont particulièrement performants.
Les grands systèmes d’eau chaude sanitaire
▪▪ Les systèmes ECS sont destinés aux immeubles locatifs,
hôtels, hôpitaux etc.
▪▪ Généralement plusieurs zones collectrices, couvrant entre
dix et plusieurs centaines de mètres carrés.
▪▪ Ils sont normalement conçus pour répondre à un niveau
inférieur des besoins en préparation de l’eau chaude et
sont par conséquent particulièrement performants.
L’énergie solaire au service du chauffage urbain
▪▪ Les grandes installations solaires sont également capables
d’injecter la chaleur solaire dans les réseaux de chauffage
urbain.
▪▪ Dans les immeubles résidentiels raccordés au réseau,
la chaleur est stockée dans des systèmes tampons avant
d’être acheminée vers l’eau chaude sanitaire et le chauffage individuel.
▪▪ Des rendements solaires plus importants sont obtenus
dans les systèmes de chauffage urbain disposant d’un
stockage saisonnier.
▪▪ La chaleur solaire recueillie l’été est utilisée pour chauffer
un très grand réservoir d’eau.
▪▪ L’hiver, cette chaleur solaire est utilisée pour chauffer les
maisons raccordées au réseau.
La chaleur industrielle solaire
5
2
Les grands systèmes d’eau chaude sanitaire
▪▪ En plus du froid solaire, il existe également un important
4
Les installations solaires thermiques pour chauffer l’eau sanitaire dans une maison isolée : 1) Collecteur – 2) Réservoir de stockage solaire – 3) Chaudière – 4) Station solaire
avec régulateur solaire intégré – 5) Consommateur d’eau chaude (par ex. douche)
ECS et chauffage individuel combinés
L’approvisionnement en eau chaude et le chauffage individuel sont assurés par une installation solaire, permettant
ainsi d’économiser davantage d’énergie conventionnelle.
▪▪ Ces systèmes disposent d’une superficie en capteurs
solaires plus grande et contribuent au chauffage des bâtiments au printemps et en automne.
▪▪ Les maisons individuelles disposent habituellement de
systèmes installés avec une surface de capteurs de 10 à
18 m².
▪▪ Le système couvre en principe 10 à 30% des besoins totaux
en énergie d’un bâtiment selon la qualité d’isolation de la
maison et ses besoins spécifiques en chauffage.
▪▪ Les maisons spéciales peuvent couvrir plus de 50% et
jusqu’à 100% de leurs besoins en chauffage avec l’énergie
solaire thermique.
Wagner & Co Solartechnik GmbH
potentiel dans le monde en termes de chaleur solaire pour
l’industrie et les secteurs de l’agriculture et du commerce.
▪▪ La technologie nécessaire pour les systèmes adaptés aux
hautes températures est à ce jour encore relativement
chère.
▪▪ Une chaleur industrielle atteignant des températures de
20 à 100°C peut être fournie relativement rapidement et
développée à un prix relativement bas.
▪▪ À l’avenir, il devrait être possible d’obtenir des températures jusqu’à 250°C.
Exemple de projet
À Eichstätt, en Allemagne, l’un des quelque 100 systèmes
pilotes dans le monde fournit de l’eau solaire thermique à
une brasserie. Pour améliorer la viabilité économique de la
brasserie, les processus de production ont été adaptés à l’intensité de l’ensoleillement. Le système fonctionne avec des
capteurs à tubes sous vide sur une surface de capteurs de
900 m² et deux unités de stockage solaire de 60 m3.
Perspectives
Si la production de petits systèmes est d’ores et déjà standardisée, le niveau de standardisation reste encore très faible
pour les grands systèmes, généralement conçus et mis en
œuvre individuellement. De plus amples recherches sont
encore nécessaires dans les domaines des systèmes solaires
thermiques destinés à la production de froid ou de chaleur à
des fins professionnelles, par exemple dans l’industrie.
Wagner & Co Solartechnik GmbH
Wagner & Co Solartechnik GmbH
www.renewables-made-in-germany.com
www.kbb-solar.com
Bosch Thermotechnik GmbH
SOLAR
LE
SOLAIRE
THERMAL
THERMIQUE
La technologie du froid solaire
Climatisation solaire
La chaleur accumulée dans un collecteur est utilisée comme
énergie pour alimenter la production d’air froid. Un des
avantages de cette technologie réside dans le fait que le
besoin de fraîcheur se ressent dès que le soleil se met à briller, ne nécessitant pas, par conséquent, de stocker la chaleur
ou la fraîcheur de manière prolongée. Ces systèmes représentent une alternative fiable, plus particulièrement dans les
pays chauds, où la puissance consommée par les appareils de
réfrigération à compression pousse les réseaux à leur capacité maximale lors des périodes de pointe de charge.
de sorte que l’humidité se diffuse dans l’environnement
(rotor de déshumidification).
▪▪ L’air pénétrant commence par être chauffé légèrement
tout en séchant, puis il est à nouveau ramené à température ambiante lors de son passage dans un second rotor.
▪▪ Le processus d’évaporation de l’eau contenue dans l’air
pénétrant permet de continuer de refroidir ce dernier
jusqu’à obtenir la température souhaitée.
Réfrigération par l’intermédiaire de la technique
dite ouverte
Wagner & Co Solartechnik GmbH
collecteur solaire
humidificateur
d’air
rotor de déshumidification
rotor d’échange thermique
Source: DLR
Perspectives
Deux systèmes différents pour produire du froid
à partir de chaleur solaire
Systèmes fermés
▪▪ La chaleur solaire est utilisée dans un processus de réfrigération par absorption.
▪▪ Les liquides entrant dans le cadre des « cycles fermés »
n’entrent pas en contact avec l’atmosphère.
Systèmes ouverts
▪▪ Le « cycle ouvert » implique un contact direct de l’eau de
refroidissement avec l’atmosphère.
▪▪ Dans la méthode appelée « déshydratation », la vapeur
d’eau est extraite de l’air pénétrant à l’aide d’un déshydratant, du gel de silice, par exemple, qui est déposé en
couche sur un mandrin poreux et qui absorbe l’humidité.
▪▪ Durant la rotation, une partie du mandrin est chauffée en
continu par un courant d’air chauffé à l’énergie solaire,
Les entreprises et instituts de recherche continuent à développer le froid solaire et le chauffage solaire industriel pour
rendre les systèmes plus compacts et moins chers, et pour
qu’ils conviennent à différentes applications. La commercialisation de systèmes plus petits avec des capacités de refroidissement de quelques kilowatts destinés aux maisons individuelles ou aux étages supérieurs en est encore à ses débuts.
La production de froid assistée par le solaire est particulièrement importante dans les pays ayant des besoins importants
en refroidissement. Cette technologie d’avenir promet de
réduire à long terme la consommation en énergie et le montant des coûts investis dans la surveillance du climat.
La combinaison de l’énergie solaire thermique avec d’autres
technologies de chauffage gagne également en importance.
Des systèmes de gestion intelligents permettent de créer des
effets de synergies grâce auxquels des bâtiments résidentiels
ou industriels peuvent être chauffés ou refroidis tout au long
de l’année, ce qui contribuera significativement à l’augmentation du taux de chaleur générée à partir d’énergies renouvelables.
Schüco
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www.kbb-solar.com
SOLAR
LE
SOLAIRE
THERMAL
THERMIQUE
Les centrales solaires thermiques
Le point sur cette technologie
Les centrales solaires thermiques utilisent l’énergie du soleil
pour produire de l’électricité destinée aux installations de
type industriel. Les pays totalisant un nombre élevé d’heures
d’ensoleillement direct utilisent des systèmes solaires thermodynamiques, aussi appelés systèmes CSP (CSP = Concentrated Solar Power), pour générer de l’énergie permettant
de produire de l’électricité propre, de faire fonctionner des
installations de dessalement d’eau de mer ou encore d’utiliser des procédés industriels de séchage. Le principe de base
commun aux installations solaires thermiques est l’utilisation de systèmes à concentration dotés de réflecteurs et installés dans de vastes champs solaires pour diriger le rayonnement solaire sur un récepteur. À l’instar des centrales
électriques conventionnelles, cette énergie thermique peut
être convertie en électricité à l’aide de turbines à vapeur ou
à gaz ou bien utilisée pour d’autres processus industriels tels
que le dessalement de l’eau, le refroidissement ou, dans un
avenir proche, la production d’hydrogène. Grâce à ce principe, les installations CSP excellent dans leur capacité à stocker de façon relativement simple et abordable l’énergie thermique générée, ce qui leur permet de générer de l’électricité
même quand il fait nuit. Ces systèmes peuvent par conséquent contribuer significativement à une production d’électricité planifiée et axée sur la demande, dans le cadre d’un
bouquet électrique comportant une part importante d’énergies renouvelables. Certains projets associent la technologie
CSP à des installations traditionnelles à base de combustibles
fossiles (centrales électriques au gaz, par exemple) pour former des systèmes hybrides permettant d’améliorer l’efficacité et la performance des deux systèmes et d’ajouter de nouvelles capacités rentables à la production de base.
Système de type Dish/Stirling
Centrale solaire à tour
Récepteur central
Récepteur/Moteur
Réflecteur
Héliostats
Lumière
Lumière
Dans les centrales solaires à tour, le
rayonnement solaire de centaines
de miroirs à positionnement automatique se concentre sur un échangeur
de chaleur ou sur un absorbeur central. Des températures supérieures à
1.000 °C peuvent être atteintes. Les
températures plus élevées permettent
d’obtenir des rendements plus élevés, en particulier lors d’une utilisation
par le biais de turbines à gaz, ce qui
devrait entraîner, par conséquent, une
baisse des coûts d’électricité.
Dans les systèmes dits Dish/Stirling, un miroir de forme paraboloïde
concentre le rayonnement solaire sur
le récepteur d’un moteur Stirling qui y
est relié. Ce moteur transforme ensuite
directement l’énergie thermique en travail mécanique ou en électricité. Ces
systèmes peuvent atteindre un rendement supérieur à 30%. Des installations prototypes sont à l’essai, par
exemple la Plataforma Solar d’ Almería
en Espagne.
Chiffres actuels et perspectives
En 2012, quelque 60 centrales électriques thermiques ont été
raccordées au réseau dans le monde, ce qui représente une
puissance de près de 3.000 MW. 40 autres centrales électriques d’une puissance attendue de quelque 5.000 MW sont
en cours de construction plus ou moins avancée ou dans une
phase concrète de développement du projet.
Quatre types différents de systèmes
à concentration munis de réflecteurs
Tous les systèmes doivent pouvoir suivre le soleil pour
concentrer le rayonnement direct. Si ces systèmes
conviennent à un fonctionnement autonome, ils offrent aussi
la possibilité de relier entre eux plusieurs systèmes individuels pour créer un parc solaire et ainsi atteindre une puissance installée de 10 kW à plusieurs MW.
Capteur cylindro-parabolique
Capteur de Fresnel
Tube absorbant
Réflecteur
Lumière
Miroir légèrement
curviligne
Tube absorbant
Réflecteur
Lumière
Renard
du champ
solaire
Le champ solaire d’une centrale à
miroirs cylindro-paraboliques contient
de nombreuses rangées parallèles
de capteurs, formés de miroirs disposés en forme de parabole et qui
concentrent la lumière du soleil sur
un tube absorbeur posé le long de la
ligne focale, et génèrent des températures avoisinant les 400°C. L’huile caloporteuse, en tant que médium, dissipe
la chaleur et génère, dans un échangeur thermique, de la vapeur d’eau,
qui entraîne, à l’instar des centrales
conventionnelles, une turbine à vapeur
et un générateur qui produit de l’électricité
INTER CONTROL
Dans les capteurs de Fresnel, des
miroirs concentrent le rayonnement
solaire sur un tuyau absorbeur stationnaire, où l’eau est directement réchauffée et évaporée. En raison du concept
de base très fortement simplifié par
rapport aux systèmes dotés de miroirs
cylindro-paraboliques, on peu s’attendre à des coûts d’investissements
dans les réflecteurs plus faibles. Toutefois, il faut considérer que leur rendement annuel comparé est également
moindre.
L’évolution positive à l’échelle mondiale du développement
de centrales solaires thermiques est due au fait que des projets sont initiés dans de nombreux pays. Elle s’accompagne
de réductions significatives du coût de production d’électricité pour les projets de centrales électriques récemment lancés.
D’ici cinq à dix ans, les centrales solaires thermiques implantées dans des zones favorables seront probablement capables
de concurrencer l’électricité produite par les centrales de
semi-base, en fonction de l’évolution du coût total des combustibles fossiles (coût d’achat et coût d’évitement de CO2).
La capacité de stockage de ces centrales électriques présente
un avantage considérable dans le bouquet énergétique du
futur, sachant qu’elles peuvent servir de tampon à d’autres
énergies renouvelables soumises à davantage de fluctuations.
D’autres applications viennent s’ajouter, dont le dessalement
de l’eau de mer. Le développement se poursuit également
dans la technologie des systèmes d’entraînement (entraînements, commandes et capteurs spéciaux).
Novatec Solar GmbH FLABEG Holding GmbH
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LA BIOÉNERGIE
Production de chaleur et d’électricit
à base de biomasse solide
La biomasse solide restant toujours la forme de technologie énergétique renouvelable la plus répandue, son utilisation énergétique jouit de la plus longue tradition dans le
monde entier. Le phénomène de photosynthèse permet aux
plantes de former la biomasse et de stocker ainsi de l’énergie.
Elle inclut les résidus agricoles et forestiers, les déchets organiques, le fumier et d’autres substances d’origine biogénique.
La biomasse convient à la production de carburants solides,
liquides et gazeux pour le transport, le chauffage et l’électricité.
CO2
100 %
CO2
100 %
qui pourrit
combustion
Le cycle du CO2 végétal
Wagner & Co Solartechnik GmbH
Les avantages de la bioénergie
La combustion de biomasse dégage seulement une quantité de dioxyde de carbone que les plantes ont préalablement
absorbée pendant leur croissance. Pour l’équilibre CO2, il
importe peu que le bois pourrisse en forêt ou qu’il soit exploité pour produire de l’énergie. Avantages:
▪▪ Capacité de stockage.
▪▪ Disponibilité flexible.
▪▪ Grâce à sa disponibilité permanente, l’électricité générée à
partir de biomasse peut compenser les fluctuations inhérentes à la production d’électricité éolienne ou solaire.
▪▪ L’utilisation de biomasse peut aider à réduire les problèmes inhérents à l’élimination des déchets municipaux
tout en fournissant l’énergie souhaitée.
▪▪ La culture énergétique offre de nouveaux débouchés aux
agriculteurs.
▪▪ Sécurise et crée des emplois dans les régions agricoles ou
très boisées.
▪▪ L’utilisation de la bioénergie peut permettre de décentraliser la production d’énergie et de créer un cycle de vie des
matériaux et un cycle énergétique.
▪▪ La génération d’électricité ou de chaleur à partir de bioénergie permet de réduire les importations de combustibles
fossiles et ainsi d’augmenter la sécurité d’approvisionnement.
Schmack Biogas AG
La biomasse gazeuse
▪▪ Plus de la moitié de toute la production d’énergie à partir
de biogaz en Europe est d’origine allemande. En 2011, la
production totale en Europe s’élevait à environ 10,1 Mtep.
▪▪ En Europe, la génération d’électricité à partir de biogaz a
augmenté de près de 18,2% entre 2010 et 2011, pour un
total de 35,9 TWh en 2011. Les plus grands producteurs
d’électricité à partir de biogaz en Europe sont, là encore,
l’Allemagne, le Royaume-Uni, l’Italie, la France et les
Pays-Bas.
▪▪ En 2011, l’alimentation en chaleur produite à partir de biogaz dans l’Union européenne totalisait 201,6 ktep.
La biomasse solide
▪▪ Dans le monde, l’utilisation de biomasse solide est d’une
importance majeure pour l’approvisionnement énergétique.
▪▪ La majeure partie (86%) de la biomasse solide est produite
et consommée dans des pays n’appartenant pas à l’OCDE.
Dans les pays en développement, surtout en Asie du SudEst et en Afrique subsaharienne, la biomasse solide est utilisée pour la cuisine et pour le chauffage chez les particuliers.
▪▪ En 2010, la biomasse solide était de loin la première
source d’énergie renouvelable, totalisant 9,5% de la production d’énergie primaire et 70,3% de la production
d’énergie renouvelable dans le monde.
Les biocarburants liquides
▪▪ Produits à partir de biomasse, les biocarburants liquides
ont des propriétés similaires à l’essence, au diesel ou à
d’autres carburants dérivés du pétrole.
▪▪ Les deux principaux biocarburants liquides sont le bioéthanol et le biodiesel (représentant respectivement 80% et
20% du marché des biocarburants). Réunis, ils couvrent
environ 3% de la demande mondiale pour les carburants
destinés aux transports, et leur production utilise 2 à 3%
des terres arables de la planète.
Solides
▪▪ Déchets de bois
▪▪ Déchets des champs (foin)
▪▪ Plantes énergétiques
(bois et coupes de foin)
Gazeux
▪▪ Biogaz
▪▪ Gaz d’épuration
▪▪ Gaz de décharge
Liquides
▪▪ Huile végétale
▪▪ Biodiesel
▪▪ Bioéthanol
▪▪ Biocarburants synthétiques
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LA BIOÉNERGIE
Biomasse solide – chaudières à biomasse
et chaudières à gazéification de bois
Chaleur
Électricité
Mobilité
Technologies et applications
Tous les résidus secs de plantes et végétaux, tels que le matériel et les composantes végétaux, sont considérés comme biomasses solides. Le bois est alors la première source d’énergie, plus particulièrement sous la forme de bûches refendues,
copeaux de bois et granulés. . L’énergie produite lors de la
combustion de biomasses solides dans des installations de
chauffage modernes peut être exploitée de manière très efficiente.
la maison individuelle ou de l’habitat collectif jusqu’aux
chaudières biomasse pour un approvisionnement efficace
en chaleur via des réseaux de chauffage urbain.
Diagramme fonctionnel d’un système de chauffage
par granulés de bois (ou « pellets »)
BMU/Bernd Müller
Réservoirs de
stockage
HDG Bavaria GmbH
Granulés
Centrale de cogénération biomasse à Pfaffenhofen, Allemagne: transport des déchets sur
la chaudière biomasse (face avant de la chaudière)
Acheminement automatique des granulés
La biomasse solide est utilisée:
▪▪ pour générer de l’électricité dans des centrales de cogéné-
ration. La chaleur perdue produite par cette génération
d’électricité est alors notamment utilisée dans des réseaux
de chauffage local ou urbain, ou bien mise à disposition de
processus industriels sous forme de vapeur ou de chaleur;
▪▪ pour produire du froid à des fins industrielles, pour des
entrepôts réfrigérés ou pour le refroidissement de bâtiments;
▪▪ pour la gazéification. En fonction des caractéristiques du
matériau de combustion et de la capacité de la centrale,
des réacteurs à lits fixes, à lits fluidisés ou à lits entraînés
peuvent être utilisés pour gazéifier le bois; le gaz de bois
ainsi obtenu est ensuite utilisé pour produire de l’électricité dans des systèmes de moteurs à combustion ou dans des
turbines à gaz à haut rendement électrique. L’utilisation
de la chaleur perdue pour la cogénération peut permettre
d’améliorer significativement le rendement global;
▪▪ pour la combustion dans des fournaises ou chaudières à
fonctionnement manuel, semi-automatique ou automatique équipées de systèmes de combustion régulés électroniquement, ce qui se traduit par un processus de combustion à faibles émissions et à très haut rendement (jusqu’à
90%).
Copeaux de bois
Bois massif
▪▪ Un vaste choix de systèmes est disponible sur le marché,
du petit système de chaudière pour le chauffage direct de
Paradigma Ritter Energie- und
Umwelttechnik GmbH & Co. KG
Perspectives
La biomasse solide: En Europe, l’utilisation de biomasse
solide à des fins énergétiques ne cesse de croître car elle
constitue un élément clé pour atteindre les objectifs de la
politique énergétique européenne à l’horizon 2020. Introduit en 2013 pour renforcer la dynamique, le projet BIOEUPARKS vise notamment à développer, en l’espace de 36 mois,
une méthodologie pour la conception, la gestion et la promotion de chaînes d’approvisionnement en biomasse courtes
(< 50 km) et d’installations de chauffage et de cogénération de petite taille (< 1 MW) dans des parcs naturels d’Europe. Le rôle important de la biomasse solide dans l’approvisionnement énergétique futur devrait en outre être conforté
par une amélioration de la logistique du transport, par l’utilisation de technologies performantes et à faibles émissions,
et par l’exploitation de ressources de biomasse supplémentaires, tels que les arbres abattus dans le cadre de l’aménagement du paysage ou les taillis à courte rotation (TCR). Par
ailleurs, d’autres recherches sont en cours, particulièrement
sur d’autres processus d’utilisation de la biomasse.
Les carburants BtL (biomass-to-liquid-fuels) offrent
un excellent potentiel de réduction des émissions de gaz à
effet de serre. Le procédé de transformation BtL consiste à
gazéifier la biomasse par traitement thermique pour ensuite
purifier et liquéfier les gaz de synthèse produits. Par ailleurs,
un autre procédé particulièrement suivi consiste en le développement et l’introduction sur le marché de méthodes de
production de biodiesel à base d’algues à haute teneur en
huile.
Au regard de la nécessaire adhésion de la population, la production et la commercialisation des biocarburants doivent
s’accompagner, à l’avenir, de la preuve qu’un certain nombre
d’exigences en termes de durabilité sont satisfaites.
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Approvisionnement des granulés de bois
Chaudière à
granulés de
bois
LA BIOÉNERGIE
Le biogaz –´l’électricité et la chaleur issues du biogaz
Technologies et applications
Le biogaz produit par la digestion anaérobie de la biomasse
est utilisé dans le monde entier pour fournir de l’énergie de
différentes manières: en le brûlant dans des centrales de
cogénération chaleur et électricité (CHP) pour produire de
l’énergie avec de la chaleur résiduelle, en le transformant en
biométhane pour l’injecter dans le réseau de gaz naturel, en
l’utilisant comme carburant pour alimenter les véhicules au
gaz naturel ou de manière plus directe pour cuisiner et pour
chauffer.
Le biogaz s’obtient à partir des différentes sources suivantes:
▪▪ polluants organiques des décharges (gaz de décharge)
▪▪ les eaux usées communales (gaz d’égout)
▪▪ déchets organiques industriels, commerciaux et ménagers
▪▪ résidus et plantes énergétiques issus de l’agriculture.
Le biogaz est produit par fermentation de substances organiques dans un environnement exempt d’air et d’oxygène.
Ce procédé recourt à différentes bactéries anaérobies dont la
composition dépend de leurs matières organiques de base et
des conditions de procédé spécifiques (température et niveau
de pH). Les processus microbiologiques qui se déroulent
durant la fermentation constituent un facteur décisif pour la
productivité des installations au biogaz.
Les installations commerciales utilisent également les eaux
usées, ainsi que des déchets issus de la production alimentaire, tels que des particules d’aliments ou les résidus de
séparateurs de graisses.
▪▪ Utilisées pour produire de l’électricité et de la chaleur, les
installations fixes de biogaz dans les centrales de cogénération atteignent des rendements très élevés.
▪▪ L’électricité produite peut être injectée dans le réseau
public ou alimenter, comme moyen indépendant, des
zones industrielles ou commerciales ou encore des agglomérations rurales sans accès au réseau.
▪▪ La chaleur perdue peut être utilisée dans des systèmes
en aval pour une génération d’électricité supplémentaire,
mais aussi pour le chauffage ou le séchage ou encore pour
faire fonctionner des machines frigorifiques.
▪▪ Une autre option intéressante consiste à injecter le biogaz,
épuré au préalable en biométhane pour répondre aux
spécifications du gaz naturel, qui comprend jusqu’à 98%
de méthane, dans le réseau de gaz naturel.
▪▪ Le biométhane peut être utilisé dans des régions ayant
une forte demande de chaleur et peut atteindre des rendements élevés grâce à la génération simultanée d’électricité
(cogénération).
▪▪ La production étant découplée de l’utilisation, le bio-
gaz peut également être utilisé comme carburant pour les
véhicules fonctionnant au gaz naturel.
▪▪ Dans le cadre d’une fourniture d’électricité axée sur la
demande, le réseau de gaz naturel peut jouer un rôle
important comme dispositif de stockage d’énergies renouvelables. Grâce à l’injection d’hydrogène renouvelable
(« power to gas »), le réseau de gaz naturel permet de stocker aussi bien de l’électricité éolienne que le biogaz transformé en biométhane, puis en gaz de qualité gaz naturel.
Le réseau de gaz naturel peut ainsi contribuer à lisser les
fluctuations saisonnières liées à la production d’électricité
solaire et éolienne.
Chiffres actuels
▪▪ Environ 56,7% des centrales en Europe produisaient du
biogaz à base de déchets agricoles, les décharges représentant 31,3% et les centrales de traitement des eaux usées
12% de la production totale de biogaz dans l’Union européenne.
▪▪ En Europe, la génération d’électricité à partir de biogaz a
augmenté de près de 18,2% entre 2010 et 2011, pour un
total de quelque 35,9 TWh en 2011.
▪▪ Les plus grands producteurs d’électricité à partir de biogaz
en Europe sont, là encore, l’Allemagne, le Royaume-Uni,
l’Italie, la France et les Pays-Bas. En 2011, l’alimentation
en chaleur produite à partir de biogaz dans l’Union européenne totalisait 201,6 ktep.
Perspectives
Le biogaz peut apporter une contribution significative à un
approvisionnement en électricité sûr et économique dans le
monde. Il ne fait pas de doute que les sources à ce jour non
exploitées de résidus de biomasse et de déchets représentent
un énorme potentiel. Pour l’instant, d’importantes quantités
de matières premières et de déchets qui pourraient convenir à cette application sont encore éliminées sans être valorisées. La possibilité de transformer le biogaz en biométhane
correspondant à la qualité de gaz naturel ouvre de nouvelles
perspectives pour l’utilisation du biogaz dans les installations fixes de cogénération, centralisées ou décentralisées,
ainsi que dans les installations mobiles. Pour obtenir des
rendements supérieurs à ceux qu’une centrale de cogénération peut aujourd’hui atteindre, des entreprises allemandes
testent actuellement l’utilisation du biogaz dans une pile à
combustible capable de transformer directement en électricité l’énergie chimique du biogaz enrichi.
Schmack Biogas AG
SEVA Energie AG SEVA Energie AG
BioConstruct GmbH
Fermenteurs
Centrales électrocalogènes
Moteur à l’intérieur d’une
centrale électrocalogène
EnviTec Biogas AG
Dispositif de surveillance
Pipeline de biométhane
les ventes et le commerce
plante du biogaz
réseau
de gaz
plantes d'énergie/
résidus
électricité
et la chaleur
(cogénération)
chaleur
Recirculation de
digestat comme engrais
carburant
production de biomasse logistique
la production de biogaz
enrichissement
d'alimentation
applications
LIPP GmbH
Hygiénisation
Contrôle de processus en laboratoire
Fermenteurs
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Energie aus besseren Ideen.
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www.farmatic.com
Vue de l’intérieur du fermenteur
L’ÉNERGIE HYDRAULIQUE
L’utilisation de l’énergie hydraulique
NaturEnergie AG
ANDRITZ HYDRO
L’énergie hydraulique – chiffres actuels
Si l’énergie hydraulique est aujourd’hui la source d’énergie la
plus répandue dans le monde pour la génération d’électricité, elle
touche ses limites de capacité dans la majorité des pays de l’OCDE. Elle représente environ 6,4% de la consommation d’énergie primaire et 15% de la génération d’électricité dans le monde.
▪▪ En 2012, la puissance installée dans le monde a augmenté
de 4,2% pour atteindre 1010 GW, ce qui correspond à environ 2 fois et demie la puissance totale combinée de toutes les
autres technologies basées sur les énergies renouvelables.
▪▪ En 2012, quelque 30 GW de nouvelles installations ont été
commandées, y compris 2 GW de puissance additionnelle
destinée à des centrales de pompage-turbinage.
▪▪ En 2012, 3671 TWh d’électricité ont été générés à partir
d’énergie hydraulique.
Reste du
monde
49%
capacité
mondiale
totale:
~ 970 GW
(2012)
Reste du
monde
25%
Chine
49%
Chine
22%
Brésil
8%
Total des
ajouts de
capacité:
~ 26 GW
(2012)
Canada 5%
Brésil 6%
USA 8%
Inde 6%
Canada 8%
Viêt-Nam 8%
Russie 5%
Source: REN21. 2012. Renewables 2012 Global Status report
En raison du fait que les centrales hydrauliques, en fonction
de leur type, disposent d’une capacité de stockage d’énergie
et réagissent vite en cas de besoin en mettant de l’électricité à disposition, elles jouent un rôle essentiel dans la stabilité du réseau. Ces centrales hydrauliques réduisent la dépendance et les risques encourus dans le cadre des importations
d’énergie, et sont à la base du développement économique de
régions qui ne disposent pas d’un approvisionnement énergétique couvrant l’ensemble de leur territoire.
Technologies et applications
Il existe trois principaux types de centrales hydrauliques:
les centrales au fil de l’eau, les centrales à réservoir et les centrales de pompage.
Les centrales au fil de l’eau
▪▪ C’est le type le plus couramment utilisé dans le monde.
▪▪ utilisent la force du courant d’un cours d’eau.
▪▪ Elles obtiennent un taux de rendement de près de 94%.
▪▪ servent en général à assurer l’approvisionnement électrique de base.
▪▪ Leur puissance est déterminée par la vitesse d’écoulement
et le niveau des eaux.
▪▪ Certaines centrales au fil de l’eau ont la capacité de retenir
l’eau pendant les périodes de faible demande énergétique
afin d’utiliser cette eau comme réserve lorsque la demande
augmente.
Centrales à réservoir
▪▪ l’eau est stockée dans un lac naturel ou artificiel puis acheminée dans une centrale en aval par l’intermédiaire de
conduites.
▪▪ Ce type de centrale est particulièrement adapté pour com-
penser les fluctuations affectant non seulement la production d’électricité au niveau régional et suprarégional mais
aussi la consommation, car ces centrales peuvent en effet
fonctionner indépendamment de l’afflux naturel de l’eau.
Centrale de pompage
▪▪ fonctionne avec deux réservoirs d’eau, qui présentent le
plus grand dénivelé possible, un bassin supérieur et un
bassin inférieur.
▪▪ Lorsque l’offre en électricité est supérieure à la demande
et que des surcapacités sont inutilisées (durant la nuit, par
exemple), l’eau du bassin inférieur est pompée vers le bassin supérieur.
▪▪ L’eau y est stockée jusqu’à ce qu’elle soit utilisée pour
générer de l’électricité.
▪▪ Des turbines à impulsion sont utilisées pour l’entraînement du générateur.
L’énergie hydraulique en dérivation
▪▪ L’installation en dérivation est une forme particulière de
centrale au fil de l’eau.
▪▪ L’eau est retenue par un barrage, puis redirigée vers les
turbines à l’aide d’un canal d’amenée.
▪▪ La centrale au fil de l’eau classique ne présente qu’une
faible différence de niveau entre les plans d’eau supérieur
et inférieur.
▪▪ La centrale hydroélectrique en dérivation exploite la plus
grande différence de niveau créée par le barrage.
Les turbines
Le type de turbine utilisé dépend du débit et de la hauteur de
chute, c’est-à-dire de la pression exercée par l’eau.
La turbine Francis
▪▪ C’est l’un des types les plus anciens de turbine conventionnelle,
▪▪ principalement utilisée dans les petites centrales hydrauliques,
▪▪ adaptée aux faibles hauteurs de chute et débits intermédiaires.
turbines à vis d’Archimède
▪▪ Fonctionnent selon le principe de la vis d’Archimède.
▪▪ Plutôt conçues pour de faibles chutes et faibles débits.
turbines Kaplan et tubulaires
▪▪ Ce sont des types de turbines qui sont communément utilisées dans le cadre de centrales hydrauliques au fil de l’eau
de grande capacité, dont les faibles chutes ne dépassent
pas de 6 à 15 mètres.
▪▪ Conviennent pour des volumes d’eau variables.
La turbine Pelton
▪▪ Également appelée turbine à veine libre.
▪▪ Utilisée pour des chutes d’eau de grande hauteur (de 100 à
1000 m) et/ou de faible débit.
Turbines à flux traversant
▪▪ Utilisées pour des chutes d’eau de faible hauteur et de
faible débit.
▪▪ Elles sont en général de faible puissance.
Voith Siemens Hydro Power Generation
NaturEnergie AG
Voith Siemens Hydro Power Generation
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L’ÉNERGIE HYDRAULIQUE
L’électricité provenant de la petite hydraulique
Technologies et applications
Les petites centrales hydroélectriques (Small hydropower,
SHP), qui comprennent les pico-centrales et les micro-centrales, permettent de générer de l’électricité à partir d’un flux
d’eau, soit avec un raccordement au réseau soit hors réseau,
par exemple pour l’électrification rurale. La construction de
petites centrales hydroélectrique a un impact bien plus faible
sur la nature que celle de centrales plus grandes. Il n’y a toutefois pas de consensus international quant à la définition
des petites centrales hydroélectriques. La classification suivante des petits systèmes hydroélectriques est aujourd’hui
largement admise:
▪▪ Micro: 1 – 100 kW
▪▪ Mini: > 100 – 1,000 kW
▪▪ Small (petite): > 1,000 – 10,000 kW
Les turbines principalement utilisées dans le
cadre de la petite hydraulique:
Principalement utilisée dans les petites centrales hydroélectriques, la turbine Francis est équipée d’un carter de type spiral. Elle est adaptée aux hauteurs de chute faibles et intermédiaires. D’autres turbines utilisées pour les petites centrales
hydroélectriques sont:
▪▪ Les turbines à écoulement direct (adaptées aux
faibles hauteurs de chute et aux faibles débits, et ont un
rendement généralement peu élevé)
▪▪ La turbine Pelton (adaptée aux chutes hautes et aux
faibles débits)
▪▪ Les turbines à vis d’Archimède (adaptées aux faibles
chutes et à un rendement peu élevé)
Ces turbines fonctionnent en sens inverse à cause de la
pompe à vis d’Archimède et peuvent atteindre des rendements supérieurs aux autres turbines conçues pour faibles
chutes, même en conditions de sous capacité. Les coûts de
construction de la turbine à vis d’Archimède sont peu élevés et ce type de turbine est parfaitement compatible avec
les poissons en course descendante. Elle représente une
bonne alternative aux petites turbines ou roues hydrauliques
lorsque ces dernières doivent être rénovées.
L’énergie des mers
L’énergie cinétique des vagues ainsi que l’amplitude et le flux
des marées peuvent être utilisés pour générer de l’électricité. L’un des avantages de l’utilisation de l’énergie des mers est
de produire une énergie homogène et, de ce fait, d’équilibrer
le bouquet énergétique renouvelable. Si les centrales marémotrices sont déjà techniquement matures, d’autres technologies telles que les centrales dites houlomotrices sont encore en
phase de développement. Les entreprises allemandes jouent
un rôle majeur dans la recherche et développement dans le
domaine des turbines et centrales utilisant l’énergie des mers,
par exemple dans le cadre de la construction de la première
centrale houlomotrice raccordée en permanence au réseau
d’électricité public en Écosse ou de la première centrale houlomotrice commerciale en Espagne, en service depuis 2011.
L’efficacité économique des centrales hydroélectrique
▪▪ L’utilisation de centrales hydroélectriques est rentable
dans de nombreuses régions.
▪▪ La capacité de fournir une charge de base, la capacité de
stockage, la stabilisation du réseau et la décentralisation
sont autant d’atouts de l’énergie hydraulique.
▪▪ Dans les régions encore insuffisamment couvertes par le
réseau électrique, une centrale hydroélectrique conçue
comme base d’un système autonome peut permettre de
soutenir la relance économique de toute une région.
Impact environnemental
▪▪ La construction d’une grande centrale hydroélectrique
implique d’intervenir sur le paysage.
▪▪ La conception d’une centrale hydroélectrique doit de ce
fait respecter la législation sur la préservation de l’eau, de
la nature et des paysages.
▪▪ La connectivité écologique pour les poissons ou d’autres
organismes aquatiques peut être assurée à l’aide d’échelles
à poissons.
▪▪ En revanche, les petites centrales hydroélectriques sont
moins contraignantes pour l’environnement.
Perspectives
L’énergie hydraulique continuera à l’avenir à jouer un rôle
important dans l’approvisionnement en électricité dans le
monde. L’optimisation et la modernisation de centrales existantes, sur la base de critères écologiques, peuvent contribuer à insérer plus harmonieusement les vastes projets dans
l’environnement. Les petites centrales hydroélectriques sont
également de plus en plus souvent utilisées pour électrifier des régions éloignées, par exemple en les intégrant dans
des systèmes hybrides, en association avec d’autres technologies basées sur les énergies renouvelables. Deux fois plus
chère que la production d’électricité à partir de parcs éoliens
offshore, l’utilisation de l’énergie des mers en est encore à ses
débuts, mais elle pourrait, à l’avenir, apporter une contribution significative à l’approvisionnement en électricité dans le
monde. Si les centrales marémotrices sont d’ores et déjà dans
une large mesure techniquement matures, d’autres technologies, telles que les centrales houlomotrices, ne sont pas
encore arrivées à maturité pour une commercialisation. Les
défis posés par cette technologie sont notamment l’intégration dans le réseau électrique, les contraintes mécaniques
importantes, la corrosion et la maintenance des centrales.
Voith Siemens Hydro Power Generation
OSSBERGER GmbH + Co
Micro centrale au fil de l’eau
Centrale au fil de l’eau
www.solarpraxis.de/M.Römer
OSSBERGER GmbH + Co
Turbine Pelton
ANDRITZ HYDRO
Turbine à débit direct
ANDRITZ HYDRO
F. Kerle/Universität Stuttgart
OSSBERGER GmbH + Co
Échelle à poissons
www.renewables-made-in-germany.com
L’ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE
L’énergie géothermique profonde
Dans des pays tels que l’Allemagne, l’Italie, l’Indonésie, le
Mexique et les États-Unis, l’exploitation de l’énergie géothermique fait déjà partie intégrante de la stratégie énergétique
depuis de nombreuses années.
Les centrales géothermiques permettent de fournir 24 heures
sur 24 une électricité renouvelable et des capacités de génération, indépendamment de la saison, des conditions météorologiques et du climat. Outres les points chauds comme les
îles d’Hawaï, des sites très rentables pour la génération de
chaleur et d’électricité existent en Nouvelle Zélande, le long
des Andes en Amérique du Sud et dans certaines parties du
Moyen-Orient.
Croûte (environ 30 km)
~ 3 °C/100 m
Manteau > 1 200 °C
Noyau ~ 5 000 °C
Il y a un potentiel considérable pour la génération d’électricité géothermique sur la Ceinture de feu du Pacifique et sur
les îles de la dorsale médio-atlantique, parmi d’autres zones.
Le continent africain notamment renferme un potentiel de
développement majeur pour l’électrification de zones rurales.
Aujourd’hui, la majeure partie de l’électricité produite à partir d’énergie géothermique dans le monde est toutefois utilisée pour l’approvisionnement en chaleur. Ceci est notamment dû au fait que l’investissement est alors plus faible
que pour la géothermie profonde, ce qui permet une utilisation plus généralisée, en particulier dans les maisons individuelles et les immeubles résidentiels.
À l’échelle planétaire, la température sous terre augmente en
moyenne de 3 °C environ tous les 100 mètres de profondeur.
Aujourd’hui, on estime que les températures atteignent entre
5 000 et 6 000 °C au centre de la Terre. À l’échelle humaine,
la chaleur stockée dans la Terre est inépuisable.
réseaux thermiques pour les secteurs de la production
industrielle ou pour le chauffage de bâtiments.
▪▪ N’est pas soumise aux variations saisonnières ou journalières mais constamment disponible.
▪▪ En géothermie profonde, on distingue la géothermie
hydrothermale, la géothermie pétrothermique (systèmes
Hot Dry Rock) et les sondes géothermiques.
Géothermie profonde: trois formes d’utilisation et d’application
Géothermie
hydrothermale:
• Les aquifères très profonds sont utilisés
directement (400 m).
• Le lit aquifère doit être
le plus étendu possible,
en profondeur comme
en largeur, pour permettre une utilisation à
long terme.
• La génération de chaleur et d’énergie
dépend du débit et de
la température de l’eau
thermale.
• La température de
l’eau doit être supérieure à 100 °C.
• La vapeur entraîne
une turbine à vapeur
et peut également être
utilisée pour d’autres
consommateurs de
chaleur, tels que les
particuliers ou l’industrie.
• L’eau thermale refroidie est alors réintroduite dans le sous-sol
à travers un deuxième
puits, appelé puits de
réinjection
Géothermie
pétrothermique:
• Utilisation de réservoirs géothermiques
profonds, qui ne présentent pas ou très peu
de débit d’eau.
• Ces réservoirs peuvent
être des couches de
roches chaudes sèches
situées à une profondeur de trois à six kilomètres, où les températures sont élevées,
supérieures à 150°C.
• Ils sont exploités à
l’aide de forages (deux
ou plus).
• Des processus de stimulation hydraulique
et chimique (EGS,
Enhanced Geothermal Systems) sont utilisés pour fissurer la
roche. L’eau est introduite dans la roche à
haute pression via un
puits d’injection, dans
lequel elle est chauffée
avant de remonter via
un puits de production.
• L’eau chaude est utilisée pour chauffer
des agents à bas point
d’ébullition pour générer de la vapeur destinée à une turbine.
• La chaleur peut aussi
être injectée dans des
réseaux de chauffage
urbain, via un échangeur de chaleur.
Sondes géothermiques profondes:
• Le terme de sonde géothermique profonde
se réfère à un système
fermé de production
d’énergie.
• Ce système comprend
un seul forage d’une
profondeur de 400 m
à plusieurs milliers de
mètres.
• Des condenseurs à
double tube sont insérés dans le forage
jusqu’à une profondeur
de 4000 m.
• L’eau circule à travers
les sondes dans un circuit fermé.
• La chaleur issue de
l’eau chauffée en profondeur est alors
extraite à la surface et
acheminée à un circuit
de pompe à chaleur.
• En cas de températures
élevées, l’énergie récupérée peut être utilisée,
par exemple, comme
chaleur industrielle; si
la température est plus
basse, elle peut être
utilisée pour des applications agricoles. En
général, ce processus
n’est pas économiquement viable pour générer de l’électricité.
Le principe de la géothermie pétrothermique
utilisant le cycle organique de Rankine (ORC)
Générateur
Turbine
~
Évaporateur
M
Condensateur
Technologies and applications
En fonction de la profondeur du forage, il existe deux possibilités d’extraction d’énergie géothermique: l’énergie géothermique profonde (de 400 m à plusieurs milliers de mètres) et
l’énergie géothermique peu profonde ou superficielle.
La géothermie profonde
▪▪ Permet de produire à la fois de l’électricité dans des centrales électriques ainsi que de la chaleur dans de grands
Puits de
production
ca. 0.5–1 km
Puits d’injection
Stimulation hydraulique
10 –10 m
1
2
3–5 km
Source: GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum
H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbH
International Geothermal Association
GFZ Potsdam
Stadtwerke Bad Urach/H. Tenzer
www.renewables-made-in-germany.com
www.geothermie.de
www.frank-gmbh.de
GFZ Potsdam
L’ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE
La géothermie de surface
L’énergie géothermique à basse profondeur est obtenue
jusqu’à 400 m de profondeur. Du fait que la terre maintenant une température nettement supérieure à l’air ou à l’eau,
il s’agit d’une source d’énergie optimale pour le rafraîchissement et le chauffage de bâtiments. À des profondeurs d’environ 15 mètres, et selon les conditions géologiques jusqu’à une
profondeur maximale de 40 mètres, les températures des
strates supérieures sont soumises à des fluctuations saisonnières et sont influencées par le rayonnement du soleil. À ces
niveaux, des températures à peine supérieures à la température moyenne à la surface terrestre prédominent. À partir
de cette profondeur, la température augmente à un gradient
géothermique d’environ 3°C pour 100 m de profondeur, pour
atteindre une température de 20 à 25°C à une profondeur de
400 m.
Applications
Les températures constantes du sous-sol peuvent également
être utilisées pour refroidir directement des bâtiments, sans
recours à une pompe à chaleur.
Si le sol ne fournit pas une puissance de refroidissement suffisante, des pompes à chaleur peuvent être exploitées en
mode inversé pour fournir une capacité suffisante de refroidissement. Une pompe à chaleur configurée de façon optimale peut améliorer le climat intérieur d’un bâtiment et
réduire les coûts liés au chauffage ou au rafraîchissement.
Les chaudières à granulés de bois (ou « pellets ») entièrement automatisées, les systèmes solaires thermiques destinés
à la génération de chaleur ou à la climatisation et les modules
photovoltaïques permettant de générer de l’électricité à partir
de la lumière du soleil peuvent être utilement associés dans le
cadre d’applications dans les bâtiments pour réduire considérablement la consommation annuelle d’énergie.
Les sondes géothermiques se présentent en général sous
forme de forages verticaux dans lesquels sont installés des
tubes en polyéthylène haute densité (PEHD). Un fluide caloporteur circulant dans ces tubes absorbe la chaleur du sol
environnant et l’introduit dans la pompe à chaleur. Cette
technologie permet d’alimenter en chaleur ou en froid des
centrales de différentes tailles, destinées à alimenter de
petites unités résidentielles ou de grands ensembles immobiliers résidentiels ou de bureaux. Installées à une profondeur
de 50 à 160 m, les sondes géothermiques requièrent peu de
place et utilisent une température constante.
Les pieux énergétiques requièrent des pieux en béton
atteignant de grandes profondeurs, des rideaux souterrains ou d’autres éléments en béton implantés dans le soussol, avec des tuyaux en plastique dans lesquels l’eau, comme
fluide caloporteur, circule et absorbe l’énergie pour le chauffage ou le refroidissement géothermique. La chaleur géothermique réchauffe l’eau froide dans les pieux en béton et l’eau
chaude chauffe le bâtiment à l’aide d’une pompe à chaleur.
En été, ce système peut être utilisé pour générer un léger
refroidissement.
Bosch Thermotechnik GmbH
Utilisation de la nappe
phréatique: La chaleur
requise est extraite de la
nappe phréatique et acheminée au système de chauffage. En fonction de la
région, de la profondeur et
de la saison, la température
de l’eau souterraine varie
entre 7 et 14°C. À 20 à 30
m de profondeur, elle est
constante, à environ 10°C.
La nappe phréatique fournit donc toujours suffisamment d’énergie pour chauffer une maison, y compris
durant les hivers les plus
rudes.
Bosch Thermotechnik GmbH
Les technologies
Associées à des pieux énergétiques, des capteurs de chaleur
géothermique, des sondes géothermiques ou d’autres structures en béton en contact avec le sol, les pompes à chaleur
peuvent utiliser la géothermie de surface. Les pompes à chaleur utilisent en général l’électricité, plus rarement le gaz,
comme énergie motrice. Les pompes à chaleur à compression
sont les plus courantes. Elles utilisent la chaleur générée par
l’évaporation d’un liquide. Un fluide frigorigène circule dans
la pompe à chaleur à compression; sous l’action du compresseur, le fluide frigorigène passe alternativement de l’état
liquide à l’état gazeux. Un autre type est la pompe à chaleur
à sorption, qui utilise la chaleur comme énergie motrice. Alimentée par le gaz, le mazout, la chaleur perdue ou encore la
chaleur solaire, elle se caractérise par une haute performance
en termes d’utilisation d’énergie primaire. On distingue entre
deux processus physiques/chimiques, l’absorption et l’adsorption. L’absorption signifie qu’un liquide ou gaz est incorporé à un autre liquide, tandis que dans le cas de l’adsorption, le liquide est retenu à la surface d’un solide en fonction
de la pression et de la température. Les sondes géothermiques, les capteurs ou les pieux énergétiques sont couramment utilisés pour exploiter la géothermie.
Perspectives
En 2012, 223 TWh d’énergies renouvelables provenaient du
géothermique dans le monde, dont 2/3 utilisés pour la chaleur et 1/3 pour la génération d’électricité. Le potentiel de
la géothermie sur le marché international pour la génération d’énergie durable sans CO2 est énorme. Selon le Rapport
mondial sur les énergies renouvelables (REN21), la puissance
installée dans le monde devrait se multiplier par quatorze
ou quinze à l’horizon 2030. En revanche, contrairement aux
marchés relativement « matures » du solaire et de l’éolien, la
géothermie en est encore au stade de secteur émergent dans
beaucoup de pays. Les principaux objectifs du secteur de la
géothermie profonde sont de minimiser les risques liés à l’exploration et d’assurer une productivité durable des gisements
pour réduire à l’avenir le risque d’investissement et ainsi
atteindre une meilleure pénétration du marché.
www.renewables-made-in-germany.com
www.geothermie.de
www.frank-gmbh.de
Les sondes géothermiques sont placées à une
profondeur de 50 à 160
mètres pour exploiter la
géothermie à basse profondeur. Un fluide caloporteur,
qui absorbe la chaleur du
sol environnant et la transmet à la pompe à chaleur,
circule dans ces sondes.
ÉNERGIES RENOUVELABLES
PHOTOVOLTAICS
HORS RÉSEAU
Le développement nécessite une énergie durable
Phocos AG
Energiebau Solarstromsysteme GmbH
Étendre l’accès aux énergies modernes est une condition indispensable à chacune des dimensions socio-économiques et environnementales nécessaires au développement de l’homme. Il faut de l’énergie pour que les entreprises
puissent fabriquer des produits et créer des emplois. Il en
faut pour cultiver des aliments, pour faire la cuisine, pour
chauffer l’habitat et les écoles, pour faire fonctionner les
hôpitaux et pour fournir une eau potable propre. L’énergie
est également un préalable à la communication internationale et à la mobilité. Le projet Millenium des Nations Unies a
mis en exergue les relations étroites entre l’énergie utilisée et
les objectifs de développement de ce 8e Millenium.
SMA Solar Technology AG
lique, l’éolien, le biodiesel et le biogaz peuvent générer localement de l’électricité pour l’habitat et les entreprises. Cette
électricité peut être utilisée directement pour faire fonctionner des équipements électriques ou, si nécessaire, être
stockée. Les technologies thermiques utilisent des énergies
renouvelables pour l’eau chaude, le chauffage, le refroidissement et le séchage. En fonction de la technologie employée,
les énergies renouvelables peuvent aussi être utilisées directement pour faire la cuisine ou à des fins de mobilité. Le
tableau suivant donne un aperçu des domaines relevant de
l’approvisionnement en électricité et du chauffage ou refroidissement.
Les régions concernées
par la pauvreté énergétique
Selon le World Energy Outlook 2013, 1,258 milliard de personnes n’avaient toutefois pas accès à l’électricité en 2011,
soit près de 20% de la population mondiale. Dans les pays en
développement, le taux moyen d’électrification rurale était
de 68%. Si l’Amérique latine et l’Asie ont considérablement
accéléré leur électrification depuis 2002, la majeure partie
d’Afrique subsaharienne est à la traîne et n’arrive même pas à
suivre le rythme de la croissance démographique. Par ailleurs,
les réseaux sont instables et fragiles dans de nombreux pays,
et les systèmes de secours fonctionnent avec des groupes électrogènes diesel onéreux qui doivent être importés.
Nombre de personnes sans accès à l’électricité,
2009–2030(en million)
Groupes
d’utilisateurs
Approvisionnement en
électricité
Chauffage/
refroidissement
Particuliers
Installations solaires domestiques pour l’électrification
rurale, électricité pour téléphone mobiles, éclairage,
ordinateurs, machines à
coudre, climatisation, radios,
téléviseurs
Eau chaude, chauffage
individuel
Agriculture
Pompes à eaux, moulins à
grains, dessalement de l’eau
de mer
Séchage de produits
agricoles
Commerce et services
Machines, ordinateurs, stations de mesure scientifiques,
attractions touristiques et
hôtellerie
Chaleur industrielle,
climatisation
Établissements publics
et sociaux
Éclairage, réfrigérateurs,
appareils médicaux
Chaleur industrielle,
climatisation
Infrastructure
Réseaux de téléphonie fixe et
mobile, mini-réseaux, éclairage des rues et illumination
des panneaux de signalisation
routière, systèmes électriques
maritimes embarqués
Industrie
Électrification et systèmes
de secours dans les zones
urbaines et semi-urbaines où
le réseau électrique est instable
Chine
8
Inde
Afrique subsaharienne
4
2
27
12
381
281
Autres pays asiatiques
en développement
59
40
212
328
108
120
Amérique latine
23
465
544
Chauffage industriel
8
Population mondiale sans accès à l’électricité
1,441
1,213
214
Les frontières et les noms ci-représentés ainsi que les désignations utilisées dans les cartes
de cette publication n’impliquent ni reconnaissance ni acceptation officielle de la part de l’AIE.
Note : la carte n’est pas mise à l’échelle
161
1,227
1,052
2009
2030
rurale
urbaine
Source: Pauvreté énergétique – comment rendre universel l’accès à l’énergie moderne ? (c) OCDE/AIE, 2010 *Le scénario prévu
par les nouvelles mesures prend en compte un grand nombre d’engagements politiques ayant déjà été annoncés.
Champs d’application
Sous forme d’électricité, l’énergie permet de faire fonctionner
différents équipements dans les régions rurales. Le photovoltaïque, les centrales solaires thermiques, l’énergie hydrau-
Choix de la technologie
Le recours aux énergies renouvelables est souvent intéressant sur le plan économique, et certains systèmes peuvent
être intégrés dans un réseau électrique si celui-ci est élargi par la suite. Néanmoins, le choix de la technologie appropriée est essentiel pour le succès du projet. Ce choix devrait
se baser sur une évaluation approfondie des besoins en énergie actuels et futurs, des sources d’énergie disponibles localement ainsi que du coût de l’installation, de la mise en service,
de l’exploitation du système et de sa maintenance.
Energiebau Solarstromsysteme GmbH
Steca Elektronik GmbH
Fraunhofer ISE
Phaesun GmbH
www.renewables-made-in-germany.com
ENERGYSYSTEMS
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Phocos AG
ÉNERGIES RENOUVELABLES
PHOTOVOLTAICS
HORS RÉSEAU
Les technologies au service de l’approvisionnement
en énergie et en eau
ANDRITZ HYDRO Johannes Hübner –
Fabrik elektrischer Maschinen GmbH
Energiebau Solarstromsysteme GmbH
Le photovoltaïque
La technologie photovoltaïque (PV) génère de l’électricité directement à partir du rayonnement solaire. Le photovoltaïque peut être utilisé dans presque toutes les régions
du globe et il s’agit très souvent de la méthode la plus rentable de produire de l’électricité. Ces systèmes sont disponibles dans une gamme de dimensions, des petites lanternes
solaires portatives aux systèmes de domotique solaires et aux
grands systèmes de fourniture d’électricité aux entreprises,
aux hôpitaux et aux autres institutions. Les mini-réseaux de
plus grande taille sont en mesure d’alimenter plusieurs bâtiments, un village ou même une petite ville. Dans la plupart
des installations photovoltaïques en marge du réseau, l’électricité est stockée dans des batteries pour ensuite être utilisée à la demande. Il est également possible de se passer de
ces batteries dans les installations plus importantes où les
générateurs conventionnels assurent un approvisionnement
de base. Les installations plus petites (< 100 Wp env.) fournissent de l’électricité CC (en courant continu) plutôt que CA
(en courant alternatif).
ner des hôtels, des hôpitaux, des foyers mais pouvant aussi
entrer dans le cadre de la production de chaleur industrielle.
Des capteurs solaires récupèrent et stockent la chaleur pour
une utilisation ultérieure, généralement dans des réservoirs
d’eau isolés, même si certains systèmes utiliseront la chaleur directement. Il existe toute une gamme de capteurs disponible: plans, à tubes sous vide et parfois des miroirs paraboliques. Il existe par ailleurs des cuisinières solaires. Les
centrales dites « solaires à concentration (CSP) » utilisent la
chaleur du soleil pour produire de l’électricité, qui peut être
injectée dans des mini-réseaux ou stockée.
GIZ/Michael Netzhammer
Fraunhofer ISE
Des cuiseurs solaires Scheffler produisant de la vapeur pour une cuisine solaire à vapeur
en Inde
Bioénergie
L’énergie éolienne
Les petites et moyennes éoliennes (rotor d’un diamètre allant
jusqu’à 20 m env., puissance nominale de 100 kW) peuvent
servir à une large variété d’applications en marge du réseau.
Le rendement des éoliennes dépend directement du régime
des vents sur le site. Il est idéalement conseillé de surveiller
le vent pendant une année à l’aide d’un dispositif de surveillance spécial. Par ailleurs, il est indispensable de connaître
précisément l’étalon de la vitesse de vent annuel sur le site.
Celui-ci peut être mis en corrélation avec la courbe énergétique de l’éolienne dans l’optique de calculer le rendement
énergétique à différentes périodes de l’année.
L’énergie hydraulique
Les systèmes micro-hydrauliques et pico produisent de l’électricité à partir de l’eau courante. Certaines configurations
sont plus adaptées aux hautes chutes (une chute d’eau verticale de 10 m à 20 m minimum), d’autres sont conçues pour
des rivières à débit moins important. L’hydraulique pico fait
généralement référence aux installations d’environ 5 kW. Les
systèmes pico plus petits servent souvent à recharger les batteries, même si l’électricité produite par les installations pico
et micro-hydrauliques est généralement utilisée directement.
L’énergie solaire thermique
La technologie solaire thermique récolte la chaleur du soleil
pour fournir de l’énergie calorifique servant à approvision-
La bioénergie est dérivée des déchets animaux et des plantes
par photosynthèse. Elle exploite l’énergie solaire et la stocke
avec efficacité. Le bois, les déchets organiques, le fumier et
d’autres substances d’origine végétale et animale peuvent
être utilisés pour produire des combustibles solides, liquides
et gazeux afin de générer de la chaleur et de l’énergie. La biomasse solide peut servir de combustible dans les systèmes de
chauffage modernes ou être utilisée pour générer de l’électricité dans des sites de cogénération de chauffage et d’énergie
à un niveau de rendement très élevé. Le biogaz, qui est produit grâce au processus de fermentation de substances organiques dans un environnement exempt d’air et d’oxygène
(digestion anaérobie), peut être utilisé pour cuisiner ou être
utilisé pour les sites de cogénération de chauffage et d’énergie. Les biocombustibles liquides sont adaptés aux applications mobiles et à la production d’électricité, mais aussi
pour la cuisson. L’huile de jatropha, par exemple, est utilisée
comme substitut du diesel fossile mais elle peut également
être utilisée pour générer de l’électricité.
Principaux avantages des énergies renouvelables
pour les applications hors réseau:
▪▪ Technologie mature
▪▪ Facilité d’installation
▪▪ Fonctionnement simple
▪▪ Maintenance minimale
▪▪ Facilité d’intégration de systèmes de prépaiement
▪▪ Possibilité d’installer différentes capacités
▪▪ Systèmes existants supplémentaires et complémentaires
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ENERGYSYSTEMS
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
ÉNERGIES RENOUVELABLES
PHOTOVOLTAICS
HORS RÉSEAU
Les applications au service de l’approvisionnement
en énergie et en eau
De l’eau pour les zones rurales
Les installations assistées par le photovoltaïque peuvent
garantir un approvisionnement en eau potable et en eau d’irrigation et de bétail dans les régions reculées se trouvant en
marge du réseau. Les pompes alimentées par les systèmes PV
servent depuis de nombreuses années à pomper l’eau de surface ou l’eau souterraine, même à une grande profondeur. Un
générateur solaire alimente directement les pompes centrifuges ou à membrane. Le rôle de la batterie est ici assuré par
un réservoir d’eau: l’eau y est stockée et peut être utilisée à
tout moment.
Des systèmes hybrides, combinant les énergies éolienne
et solaire, qui peuvent en outre être associés à un dispositif
de stockage par batterie sont également disponibles. L’électricité produite pendant la journée est stockée dans une batterie et elle est ainsi disponible la nuit, tout comme pendant
les périodes de mauvais temps. Un régulateur de charge surveille l’état de la charge de la batterie et la protège contre les
surcharges ou les décharges complètes.
L’énergie solaire thermique peut être utilisée pour
chauffer l’eau potable (par exemple dans les hôtels ou hôpitaux), pour chauffer, refroidir ou déshumidifier l’air, pour
fournir de la chaleur industrielle, pour le séchage ou encore
pour le dessalement de l’eau de mer. Les capteurs solaires
se prêtent même à une utilisation dans des régions à faible
rayonnement solaire et pour des périodes d’ensoleillement
plus courtes. La chaleur peut être stockée dans des réservoirs
solaires (réservoirs d’eau potable isolés thermiquement) ou
utilisée directement.
SMA Solar Technology AG
juwi
SMA Solar Technology AG SMA Solar Technology AG
Ondulateur
hors réseau
Ondulateur hors réseau avec
contrôleur de système de
rechargement photo-voltaïque
et bloc de batterie
Batteries (en option)
Phaesun GmbH
Pompe
immergée
Phaesun GmbH
Génération d’électricité en zone rurale
Les installations solaires domestiques fournissent de
l’électricité aux foyers, servant par ex. à l’éclairage, la radio,
la télévision, la réfrigération, les téléphones, les téléphones
portables, la ventilation, les ordinateurs, les machines à
coudre, etc. Elles reposent sur un panneau solaire, une batterie et un régulateur de charge et fournissent de l’électricité
aux appareils CC. L’utilisation d’appareils écologiques, économisant par exemple l’énergie, ou de lampes DEL, ou de
réfrigérateurs CC à faible consommation énergétique peut
être avantageuse. Il est possible, si nécessaire, d’intégrer un
onduleur servant à approvisionner les appareils CA. Les installations solaires domestiques existent sous la forme d’unités compactes et complètement intégrées. La puissance et la
capacité sont adaptées aux besoins individuels.
Les systèmes hybrides sont des installations en marge du
réseau reposant sur plusieurs sources d’énergie. Ils sont utilisés pour fournir des consommateurs d’électricité distants et
sont en mesure de gérer des besoins en énergie plus importants. La connexion de tous les générateurs de puissance et
de tous les consommateurs côté CA permet au système d’être
conçu ou agrandi avec des composants standardisés sur une
base modulaire flexible. On trouve communément du diesel
PV et du diesel éolien (le diesel conventionnel peut être substitué par le biodiesel). L’intégration d’hydraulique dans de
tels systèmes est également possible. Les systèmes hybrides
de plus grande envergure utilisant un générateur diesel classique peuvent être exploités à un coût inférieur à celui des
stations travaillant exclusivement avec des unités diesel.
Des économies particulièrement importantes sont possibles
en raison des augmentations futures des prix des énergies
fossiles. Ce que l’on appelle des « conteneurs d’énergie » ou
des « conteneurs d’électricité » sont des variantes mobiles de
systèmes hybrides. Dans cette application, une éolienne, un
module solaire, une batterie et un groupe électrogène diesel
sont logés dans un conteneur de transport conventionnel. Ce
type de système hybride est donc rapidement déployé pour
être utilisé à différents endroits.
Générateur à Diesel
Générateur solaire
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ENERGYSYSTEMS
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Onduleur
de batterie
Batterie
Onduleur
photovoltaïque
SMA Technologie AG
LES ÉNERGIES RENOUVEPHOTOVOLTAICS
LABLES DANS LES BÂTIMENTS
Génération d’électricité
L’utilisation efficace de sources d’énergie sans incidence sur
le climat prend de plus en plus d’ampleur. Le recours accru
aux énergies renouvelables et les concepts alternatifs de génération d’énergie sont particulièrement importants dans les
bâtiments, puisque la consommation finale d’énergie d’un
pays donné concerne pour une large part la production d’électricité et de chaleur. Les fournisseurs allemands de produits
et services possèdent une longue expérience dans le domaine
des énergies renouvelables et de la technologie efficace du
bâtiment. Les chaudières à granulés de bois ou pellets entièrement automatisées, les systèmes solaires thermiques destinés
à la génération de chaleur ou à la climatisation, les pompes à
chaleur qui utilisent la géothermie de surface pour le chauffage et les modules photovoltaïques permettant de générer de
l’électricité à partir de la lumière du soleil peuvent être utilement associés dans les bâtiments pour réduire considérablement la consommation annuelle d’énergie.
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
d’achat de l’électricité liée aux sources d’énergie conventionnelles.
réseau
électrique
pv onduleur
appareils de sauvegarde
Armoire principale
de distribution
compteur
intelligent
gestionnaire
de l'énergie
Electroménager
compteur
le stockage
de la batterie
SMART ENERGYSYSTEMS
INTERNATIONAL AG
Des centrales de cogénération
pour une meilleure efficacité énergétique
Les systèmes photovoltaïques
Aujourd’hui, le photovoltaïque est utilisé comme moyen efficace et respectueux de l’environnement pour approvisionner
de nombreux bâtiments en énergie. Grâce aux progrès réalisés en matière de cellules photovoltaïques organiques (OPV),
le photovoltaïque pourra voir son champ d’application étendu. Basées sur la technologie des LED organiques (OLED),
ces cellules sont flexibles et ultrafines, ce qui devrait permettre de les utiliser sur les fenêtres, les grandes façades de
bâtiments ou encore les chargeurs de téléphones portables.
Pour les maisons, les systèmes photovoltaïques intégrés au
bâti offrent la possibilité d’une esthétique améliorée et plus
discrète. Souvent, ces systèmes possèdent un avantage supplémentaire: le fait d’appliquer des bandes photovoltaïques
sur des lamelles de bois orientées vers le soleil permet à ces
dernières de produire de l’électricité, mais aussi de protéger
du soleil et de juguler l’effet de surchauffe. De plus, il est possible d’intégrer le système photovoltaïque en façade ou en
toiture, où il aura également une fonction d’isolation.
La production simultanée d’électricité et de chaleur est possible grâce aux installations de cogénération qui fonctionnent
sur la base d’énergies renouvelables telles que le biogaz ou
le biodiesel. Dans ces systèmes, un générateur est entraîné par un moteur afin de produire de l’électricité. La chaleur
résiduelle ainsi générée est ensuite utilisée pour le chauffage
des pièces et pour la production d’eau chaude. Si la cogénération d’électricité et de chaleur a lieu dans une installation
compacte décentralisée et non pas dans une grande centrale
thermique, on parle alors de centrale de cogénération. Les
micro-centrales de cogénération conviennent pour une utilisation dans les bâtiments résidentiels. Elles couvrent la plage
de puissance inférieure des installations de cogénération (de
0,8 à 10 kWel). Parfois appelées « chaudières électrogènes »,
ces micro-centrales servent à approvisionner des bâtiments de petite taille, c’est-à-dire principalement des maisons individuelles, des immeubles résidentiels ou des petits
commerces. En termes de puissance, ces installations sont
conçues pour couvrir la demande de base moyenne d‘une
maison individuelle en électricité et en chaleur.
SMART ENERGYSYSTEMS INTERNATIONAL AG
Des systèmes énergétiques intelligents: une installation photovoltaïque de 555 kWc sur le
toit de l’Université d’Aalen en Allemagne
À l’heure actuelle, la majeure partie de l’électricité photovoltaïque produite par les particuliers est injectée dans le
réseau. Cependant, l’ajout d’un système de gestion intelligente de l’énergie et d’un dispositif de stockage dans l’installation photovoltaïque, permettent d’optimiser l’utilisation de
l’électricité produite dans le cadre de l’autoconsommation.
Un approvisionnement en électricité indépendant du réseau
devient alors possible, déconnecté de la hausse des coûts
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Les petites éoliennes constituent également une alternative
pour l’approvisionnement en électricité, par exemple pour
des bâtiments commerciaux ou agricoles, ou encore pour des
immeubles résidentiels ou des maisons individuelles. Dans
ces cas, de petites centrales éoliennes peuvent être installées
près des bâtiments ou sur le toit.
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ENERGYSYSTEMS
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LES ÉNERGIES RENOUVEPHOTOVOLTAICS
LABLES DANS LES BÂTIMENTS
Le chauffage et le refroidissement
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Que l’on soit propriétaire ou locataire de son logement, les
coûts pour le chauffage et le refroidissement représentent
une charge financière de plus en plus lourde pour les particuliers. De 1995 à 2012, les prix de l’énergie thermique ont augmenté en moyenne de 161% en Allemagne.
L’utilisation de chaleur et de froid produits à partir d’énergies renouvelables
▪▪ pèse moins sur le portefeuille et sur le climat;
▪▪ permet d’éviter la combustion de combustibles fossiles
et ainsi de réduire les émissions de gaz à effet de serre,
notamment de dioxyde de carbone (CO2);
▪▪ offre davantage de protection contre une augmentation
des prix.
Passer aux énergies renouvelables pour le chauffage et le
refroidissement, c’est donc faire preuve de discernement et
de responsabilité vis-à-vis des générations futures, tout en
contribuant à la protection du climat mondial.
L’énergie solaire thermique pour l’eau chaude,
le refroidissement et le chauffage
Les capteurs solaires d’une centrale solaire thermique
absorbent le rayonnement du soleil et le transforment en
chaleur. La chaleur solaire est en général utilisée pour chauffer l’eau pour la douche et le lavage, ou en soutien du chauffage. Parmi les innovations dans le domaine de l’énergie
solaire, on compte les installations solaires capables de produire, à partir de la lumière du soleil, aussi bien de la chaleur
que du froid. Les systèmes de refroidissement modernes permettent de transformer la chaleur de la lumière solaire directement en froid pour la climatisation. L’avantage de la production de froid par l’énergie solaire est qu’elle consomme
nettement moins d’électricité que les climatiseurs traditionnels, ce qui est particulièrement intéressant pour les pays
du Sud, où, durant les mois chauds de l’été, jusqu’à 80% de
l’électricité consommée est utilisée pour refroidir les bâtiments. Basé sur des capteurs de forme parabolique capables
de concentrer la lumière, ce système fonctionne selon le
même principe que le réfrigérateur. La chaleur accumulée
dans le capteur est utilisée comme énergie pour la production d’air froid. L’un des avantages notables de cette technologie est le fait que le besoin en refroidissement coïncide avec
les moments ensoleillés, ce qui évite la nécessité d’un stockage durable de la chaleur ou du froid. La majeure partie des
besoins énergétiques d’une machine frigorifique peut être
couverte par l’énergie solaire. S’il n’y a pas besoin de refroidir, le champ de capteurs solaires peut venir en soutien du
chauffage du bâtiment ou de l’eau d’usage. Les entreprises
allemandes font figure de précurseurs en matière de développement de technologies destinées à exploiter l’énergie
solaire, utilisées dans le monde entier.
La géothermie de surface pour le chauffage
et le refroidissement
De plus, les pompes à chaleur, qui puisent la chaleur présente dans la terre ou dans l’air extérieur, peuvent être utilisées comme sources de chaleur pour le système de chauffage. La pompe à chaleur récupère la chaleur à un niveau de
température faible depuis une source de chaleur extérieure,
telle que la terre, la nappe phréatique ou l’air extérieur, pour
la transférer vers le système de chauffage. Elle relève alors le
niveau de température pour que la chaleur puisse être utilisée pour le chauffage. Pour cette élévation de la température,
KBB Kollektorbau GmbH
la pompe à chaleur doit faire appel à une énergie motrice qui
peut être fournie soit par l’électricité du réseau, soit par la
combinaison avec une installation photovoltaïque. L’été, les
pompes à chaleur peuvent également être utilisées selon le
principe inverse à des fins de refroidissement.
La biomasse pour le chauffage
La chaleur peut également être fournie par des granulés de
bois, de la plaquette forestière, des bûches ou du biogaz. Ces
dernières années, les granulés de bois (ou pellets) sont de
plus en plus utilisés. Convenant très bien pour le chauffage,
les granulés de bois (sciure de bois compressée) représentent
une alternative aux combustibles fossiles. En fonction du
combustible et de l’usage prévu, il existe différents types de
poêles utilisant du bois pour produire de la chaleur. Trois
systèmes différents de chauffage aux granulés de bois sont
principalement utilisés, qui se distinguent surtout par leurs
performances.
Les poêles à granulés de bois individuels (de 2 à 10 KW) sont
employés pour le chauffage des différentes pièces de l’habitation. L’intégration d’un réservoir d’eau permet d’associer
ce type de poêle individuel au système de chauffage existant,
par exemple en soutien d’un système solaire thermique. Les
poêles à pellets modernes disposent d’un système automatique pour l’alimentation en granulés de bois.
Les grands systèmes de chauffage central aux granulés de
bois peuvent atteindre une puissance allant jusqu’à 70 kW, et
peuvent être utilisés pour chauffer les pièces et l’eau d’usage.
Généralement installés dans un local chaufferie, les systèmes
de chauffage central comprennent en outre un grand conteneur pour le stockage des granulés de bois, à moins qu’ils
ne soient alimentés par une unité de stockage séparée. Il est
également possible d’utiliser des chaudières combinées pour
le chauffage, celles-ci pouvant être alimentées indifféremment par des granulés de bois ou par des bûches.
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Perspectives
Face aux exigences croissantes en matière d’approvisionnement électrique et thermique des maisons, le niveau d’automatisation et de pilotage sera amené à augmenter. Les
équipements de mesure, de contrôle et de régulation ainsi
que la domotique seront intégrés dans le cadre de systèmes
complexes d’information et de communication. Le caractère fonctionnel de ces systèmes devient un facteur compétitif déterminant. L’utilisation des capacités de stockage (chaleur et froid) des bâtiments, l’optimisation de l’enveloppe des
bâtiments (isolation et protection contre la chaleur/le froid),
l’intégration de dispositifs de stockage supplémentaires
(chaleur, froid, électricité, y compris l’électro-mobilité) et le
recours aux processus combinés (cogénération) gagneront
en importance. Dans ce domaine, les entreprises allemandes
proposent, pour toute la chaîne de création de valeur, de
nombreuses solutions leaders sur le marché mondial et, de
plus, s’engagent dans la recherche.
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Wagner & Co Solartechnik GmbH

Présentation Welink

Programme - Office franco-allemand pour les énergies renouvelables

PDF (510.3 KB) - MATEC Web of Conferences

Damien BARAKEL, Olivier RACCURT, Eric GERRITSEN, Lionel

Cofely Services : au service de votre performance énergétique et

EKHBRD-ACV1/Y1 EMRQ-A

renewables - Made in Germany 2014/2015

Version imprimable

Ferion 3000 O - Bosch-do

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Page de garde du classeur - technocalvisi

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Annuaire 2014 des adhérents du SER

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Eau et énergie - unesdoc

Plaquette SIFER 2015

Répertoire de mémoires « ENERGIE

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