Un rapport de Danfoss préconise de nouvelles façons d’exploiter la chaleur perdue

Danfoss est une société danoise fondée en 1933 par l’ingénieur Mads Clausen. Aujourd’hui, elle emploie plus de 40 000 personnes dans le monde. Son activité principale est la fabrication d’équipements de chauffage et de refroidissement, mais elle est également fortement impliquée dans la conception et la production d’électronique de contrôle de puissance. Il préconise dans un livre blanc publié récemment de capter la chaleur perdue et de l’utiliser pour chauffer nos maisons, nos entreprises et nos usines.

Clean Technica les lecteurs connaissent une chose ou deux sur l’efficacité. Nous savons que les voitures électriques que nous aimons sont beaucoup plus efficaces que celles alimentées par des moteurs à combustion interne. Nous souscrivons au message dans des livres comme Prélèvement et le conseil de personnes comme le professeur de Stanford Mark Jacobson qui nous dit que le secret d’un monde durable est de tout électrifier et de tout alimenter avec des énergies renouvelables.

Mais il y a un autre côté à l’histoire de « Electrify Everything ». Chaque appareil alimenté à l’électricité génère de la chaleur lorsqu’il est en fonctionnement. Chaque fois qu’un ascenseur monte, qu’un réfrigérateur fonctionne ou qu’un serveur commute des paquets de code dans un centre de données, il en résulte de la chaleur. Dans un nouveau rapport, Danfoss critique la ruée vers l’importation de millions de gallons de GNL en Europe pour compenser la perte de méthane de Russie. Il dit qu’il existe un moyen meilleur, moins cher et plus durable : récupérer la chaleur perdue.

« Utiliser du gaz ou de l’électricité pour le chauffage, c’est comme utiliser une tronçonneuse pour couper du beurre, car le chauffage peut facilement être couvert par des sources de chaleur de faible valeur telles que la chaleur excessive », explique Danfoss. C’est une déclaration assez extraordinaire. Ici, nous pensions que si nous faisions tout fonctionner à l’électricité, la crise climatique serait résolue, mais apparemment, nous devons ajuster notre façon de penser. Voici l’essentiel du livre blanc de Danfoss.

« Le gaspillage d’énergie se présente souvent sous la forme d’un excès de chaleur et est un sous-produit de la plupart des processus industriels et commerciaux. Les usines, les centres de données, les installations de traitement des eaux usées et les supermarchés produisent tous de grandes quantités de chaleur excessive. Dans la seule Union européenne, la chaleur excédentaire s’élève à 2 860 TWh par an, ce qui correspond presque à la demande énergétique totale de l’UE pour le chauffage et l’eau chaude dans les bâtiments résidentiels et tertiaires. Une grande partie de cette chaleur excédentaire pourrait plutôt être captée et utilisée.

« Nous avons déjà les solutions disponibles aujourd’hui. Ce dont nous avons besoin maintenant, c’est de la volonté politique pour y arriver. L’énergie la plus verte, la moins chère et la plus sûre est celle que nous n’utilisons pas. Les mesures d’efficacité structurelle, y compris la réglementation pour réutiliser la chaleur excédentaire, sont presque absentes des réponses politiques à la crise. C’est le cas malgré le fait que les mesures d’efficacité constituent l’outil le plus rapide et le plus rentable pour atténuer la crise énergétique. Plus remarquable encore, seules très peu d’initiatives ont poussé à une utilisation plus efficace des vastes quantités d’énergie gaspillée sous forme de chaleur excédentaire.

« La chaleur résiduelle peut être réutilisée grâce à des technologies existantes et éprouvées, notamment les pompes à chaleur, qui sont des appareils électriques capables de transporter la chaleur d’un endroit à un autre. Ils peuvent, par exemple, exploiter la chaleur des gaz d’échappement d’une usine ou l’eau chauffée des systèmes de refroidissement des centres de données et la faire circuler dans le système de chauffage des maisons voisines.

« La réutilisation de la chaleur excédentaire réduira les coûts pour les consommateurs. Il est beaucoup moins cher de réutiliser l’énergie que de l’acheter ou de la produire. Au niveau sociétal, l’excès de chaleur peut remplacer des quantités importantes d’électricité ou de gaz qui seraient autrement nécessaires pour produire de la chaleur. De cette façon, l’excès de chaleur peut aider à stabiliser le futur réseau électrique. Pour paraphraser Amory Lovins, utiliser des vecteurs énergétiques de grande valeur comme le gaz ou l’électricité pour le chauffage revient à « utiliser une tronçonneuse pour couper du beurre », car le chauffage peut facilement être couvert par des sources de chaleur de faible valeur telles que l’excès de chaleur. À l’avenir, de nouvelles sources de chaleur excédentaire telles que les installations Power to X apparaîtront et se multiplieront, générant de grandes quantités de chaleur excédentaire pouvant être utilisées à grande échelle.

Je ne savais pas ce que signifie la technologie « Power to X ». Même si j’écris pour CleanTechica, c’était un nouveau terme pour moi, alors j’ai décidé de suivre le conseil de ma vieille grand-mère irlandaise qui, lorsqu’on lui demandait ce que quelque chose signifie, disait toujours : « Regarde ça ! Alors je l’ai fait et voici ce que j’ai trouvé, avec l’aimable autorisation de Wikipedia. [Note: I support Wikipedia with a donation of $5 a month and I encourage others to consider doing the same.]

Power-to-X (également P2X et P2Y) est un certain nombre de voies de conversion d’électricité, de stockage d’énergie et de reconversion qui utilisent l’énergie électrique excédentaire, généralement pendant les périodes où la fluctuation de la production d’énergie renouvelable dépasse la charge. Les technologies de conversion Power-to-X permettent le découplage de l’électricité du secteur de l’électricité pour une utilisation dans d’autres secteurs (tels que les transports ou la chimie), éventuellement en utilisant l’électricité qui a été fournie par des investissements supplémentaires dans la production. Le terme est largement utilisé en Allemagne et peut y être originaire.

Le X dans la terminologie peut faire référence à l’un des éléments suivants : électricité-ammoniac, électricité-produits chimiques, électricité-carburant, électricité-gaz (électricité-hydrogène, électricité-méthane) -to-liquid (carburant synthétique), power to food, power-to-syngas et power-to-power. La recharge des véhicules électriques, le chauffage et le refroidissement des locaux et le chauffage de l’eau peuvent être décalés dans le temps pour correspondre à la production, des formes de réponse à la demande qui peuvent être appelées power-to-mobility et power-to-heat.

Collectivement, les schémas Power-to-X qui utilisent l’électricité excédentaire relèvent de la catégorie des mesures de flexibilité et sont particulièrement utiles dans les systèmes énergétiques à forte part de production renouvelable et/ou avec des objectifs de décarbonation forts. Un grand nombre de voies et de technologies sont englobées par le terme. En 2016, le gouvernement allemand a financé un projet de recherche de première phase de 30 millions d’euros sur les options power-to-X.

La recherche sur la chaleur perdue derrière le livre blanc de Danfoss

Brian Vad Mathiesen, professeur de planification énergétique et de systèmes d’énergie renouvelable à l’université d’Aalborg, a dirigé la recherche citée dans le livre blanc de Danfoss, qui s’appuie sur les précédents projets Heat Road Map Europe de son équipe. « Le nombre de villes, de régions et de pays d’Europe qui gaspillent de la chaleur tout en dépensant des milliards pour le chauffage au gaz naturel ou à l’électricité est époustouflant », a-t-il déclaré. Le gardienet avertit que la sécurité énergétique de l’Europe est en jeu.

« Prenez les Pays-Bas. Il n’y a pratiquement pas de chauffage urbain même s’il y a presque deux fois plus de chaleur perdue par rapport à la demande de chaleur. Le Danemark est de la même taille mais dispose d’environ 60 % de chauffage urbain avec seulement un tiers de la population. L’utilisation de la chaleur résiduelle n’est certainement pas liée à des différences techniques. Alors que les lois physiques sont les mêmes, la volonté politique et les traditions sont très différentes.

Il ajoute qu’il existe un « potentiel énorme et inexploité » dans l’excès de chaleur produit par l’industrie lourde, comme la fabrication de produits chimiques, l’acier et la production de ciment. Dans l’UE, cela représente plus de 267 TWh par an, soit plus que la production de chaleur combinée de l’Allemagne, de la Pologne et de la Suède en 2021.

Qu’est-ce qu’on attend?

Kim Fausing, président et directeur général de Danfoss, estime que le recyclage de la chaleur est une étape cruciale vers un monde durable. « Si les entreprises devaient exploiter toute la chaleur excédentaire de ces centres de données, les économies d’émissions et les revenus de la vente de cette chaleur seraient très importants. Dans le Grand Londres, nous avons identifié au moins 648 sources de chaleur excédentaire éligibles, notamment des centres de données, des stations de métro, des supermarchés, des usines de traitement des eaux usées et des installations de production alimentaire. Pourquoi les entreprises et les organisations gouvernementales locales ne les utilisent-elles pas ? » Il souligne que la chaleur excédentaire de Londres s’élève à 9,5 TWh par an, soit suffisamment pour chauffer 790 000 foyers. « La réutilisation de la chaleur excédentaire offre des opportunités incroyables aux entreprises du Royaume-Uni pour réduire leurs émissions, économiser de l’argent et gagner de l’argent. Qu’est-ce qu’on attend? »

Le livre blanc de Danfoss est long et détaillé et regorge de plans spécifiques sur la façon dont diverses industries pourraient tirer parti de la chaleur résiduelle qui est là et qui attend juste d’être récupérée. Des sections du rapport font également référence à des projets dans de nombreux endroits du monde où les technologies de captage de la chaleur perdue de Danfoss ont déjà fait leurs preuves. C’est un rapport qui vaut la peine d’être lu.

Les plats à emporter

Félicitations à Danfoss pour avoir amplifié les recherches effectuées par Brian Vad Mathiesen sur le potentiel d’utilisation de la chaleur perdue afin que l’électricité et les carburants précieux puissent être utilisés à des fins supérieures. Cela semble être un exemple de cueillette des fruits à portée de main qui sont là pour la prise. Alors pourquoi ne fait-on pas plus pour faire progresser cette technologie ?

Une supposition raisonnable serait que l’industrie des combustibles fossiles est plus intéressée à vendre des combustibles fossiles pour chauffer les maisons et les entreprises qu’à promouvoir une planète durable. Étant donné que l’industrie a ses tentacules profondément ancrées dans le processus politique de chaque nation, les gouvernements sont guidés vers ce qui est le mieux pour les grandes sociétés pétrolières plutôt que vers ce qui est le mieux pour la planète. La vraie réponse pourrait être d’avoir de meilleurs dirigeants politiques. Comme quelqu’un l’a dit un jour : « Si le peuple dirige, ses dirigeants suivront.

Mise à jour: Nous avons contacté le professeur Mark Jacobson de l’Université de Stanford pour sa contribution à cette histoire. Voici ce qu’il avait à dire :

« La majeure partie de la chaleur résiduelle provient de la combustion du charbon, de l’essence, du diesel et du gaz naturel. Puisque nous voulons éliminer ces combustibles en passant à 100 % éolien-eau-solaire (WWS), ces sources de chaleur perdue disparaîtront. Les centres de données informatiques constituent une autre source de chaleur perdue. Dans les centres de données avancés, cette chaleur perdue est déjà captée par les systèmes de refroidissement par eau. À Stanford, la chaleur capturée par l’eau est envoyée à un système de chauffage/refroidissement urbain, où la chaleur résiduelle est transférée à une chaudière pour une utilisation ultérieure.

« Je suis sûr qu’il existe encore de nombreux centres de données qui ne le font pas, c’est donc un domaine où la chaleur perdue peut être captée. Avec des millions de voitures électriques, il y aura également de la chaleur perdue supplémentaire, mais cette chaleur perdue est beaucoup moins importante que la chaleur perdue des voitures à essence et diesel, puisque les véhicules électriques utilisent 1/4 de l’énergie des véhicules à essence ou diesel. Dans tous les cas, il est extrêmement difficile de capter cette chaleur perdue, et encore moins de la stocker. Il peut y avoir des sources industrielles de chaleur résiduelle lors de l’électrification de toute l’énergie. S’il y a un système de chauffage urbain à proximité, la chaleur peut y être transférée, tout comme avec le système de Stanford. »

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