Les chauffe-eau à pompe à chaleur centrale (CHPWH) présentent une formidable opportunité de réduire l’énergie substantielle utilisée pour le chauffage de l’eau et peuvent agir comme des batteries thermiques géantes. Pour ce faire, ils utilisent l’énergie pour chauffer l’eau pendant les périodes de faible demande du réseau et la stockent pour une utilisation ultérieure, ce qui leur permet de limiter leur consommation d’énergie pendant les heures de pointe du réseau électrique. Les principales organisations du groupe de travail commercial de l’Initiative avancée pour le chauffage de l’eau (AWHI) en montrent les implications sur les actifs du réseau dans le premier projet pilote du genre Bayview Tower à Seattle.
Bayview Tower est un logement social pour personnes âgées à faible revenu situé dans le centre-ville de Seattle. L’eau chaude pour les résidents de Bayview était fournie par un chauffe-eau à résistance électrique inefficace qui consommait beaucoup d’électricité pour chauffer l’eau. En 2019, une équipe de rêve composée d’organisations comprenant Ecotope, Seattle Housing Authority, Bonneville Power Administration, Steffes, SkyCentrics, Mitsubishi et Seattle City Light s’est réunie pour moderniser le bâtiment avec un chauffe-eau central à pompe à chaleur (CHPWH) qui avait le potentiel réduire d’un facteur trois l’énergie utilisée pour chauffer l’eau, qui représente environ 25 à 35 % de la consommation énergétique moyenne d’un immeuble multifamilial.
Les chauffe-eau à pompe à chaleur centrale sont différents de leurs cousins résidentiels de manière à laquelle vous vous attendez probablement. Au lieu d’avoir des réservoirs de chauffe-eau individuels dans chaque maison et appartement, les systèmes centraux sont beaucoup plus grands et fournissent de l’eau chaude à plusieurs ménages à la fois. Dans le cas de Bayview, un système dessert 100 appartements. À l’échelle nationale, des centaines de CHPWH ont été installés à ce jour, mais cette technologie est encore au début de son adoption.
Le chauffe-eau central à pompe à chaleur installé à Bayview a innové et fait la preuve de nombreux concepts importants qui pourraient aider à guider la façon dont nous chauffons l’eau au cours des prochaines décennies cruciales pour la décarbonisation. Tout d’abord, le CHPWH pour Bayview était un système emballé, monté sur patins (ce qui signifie qu’il est monté en permanence sur une palette métallique) avec de nombreux composants qui ont été fabriqués hors site puis livrés par grue au bâtiment, plus ou moins prêts à être branchés sur lieu. La nature « plug’n play » de ce chauffe-eau signifiait que les résidents de la tour Bayview n’avaient subi que quelques heures d’indisponibilité de l’eau chaude pendant qu’un tout nouveau système de chauffage de l’eau était installé. Le chauffe-eau a été installé à l’été 2021 et le système est maintenant opérationnel depuis un an et demi, répondant aux besoins en eau chaude des résidents tout en économisant environ 135 000 kilowattheures (kWh) par an et en réduisant considérablement les émissions de CO2 et les factures d’électricité. .
Système de chauffage d’eau central monté sur skid. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Ecotope.
Traiter un chauffe-eau comme une batterie
Une fois que le système CHPWH a été installé et a prouvé sa capacité à bien fonctionner, l’équipe est passée à la phase deux du projet, qui cherchait à prouver que les CHPWH pouvaient fournir une capacité de transfert de charge importante. Alors que les communautés, les régions et les États électrifient les bâtiments et les transports et utilisent davantage l’énergie solaire et éolienne, les moments où nous utilisons l’électricité deviennent de plus en plus importants. Si tout le monde utilise beaucoup d’électricité en même temps (pendant les périodes de pointe du matin et du soir par exemple), les services publics doivent compter sur des centrales à combustibles fossiles pour fournir l’approvisionnement supplémentaire, ou dans le pire des cas, couper une partie de l’électricité aux maisons. Utiliser moins d’électricité, stocker l’électricité dans des batteries et répartir ou déplacer notre consommation d’énergie sont des stratégies clés pour aider à résoudre ce problème.
L’association à but non lucratif pour laquelle je travaille, le New Buildings Institute, travaille depuis plus de trois ans sur des solutions à l’échelle des bâtiments pour permettre la décarbonation du réseau via l’initiative GridOptimal Buildings et a constamment constaté que les systèmes de chauffage de l’eau sont une technologie miracle pour le transfert de charge et le réseau. l’intégration. Parce que l’eau peut contenir beaucoup d’énergie, vous pouvez l’utiliser comme une batterie – « chargez » le système en utilisant la pompe à chaleur efficace pour chauffer l’eau pendant les périodes de faible demande du réseau (ou de production renouvelable élevée), puis utilisez celle stockée l’énergie pendant les périodes de forte demande du réseau tout en profitant d’une grande quantité d’eau chaude. Les chauffe-eau dans les immeubles multifamiliaux et commerciaux peuvent être des acteurs importants car ils ont plus de capacité de stockage d’eau concentrée dans un seul système.
L’équipe travaillant sur le projet de la tour Bayview a passé les derniers mois à piloter une approche pour préchauffer le chauffe-eau plus chaud que la normale pendant les périodes de faible demande, puis l’éteindre entre les périodes typiques d’utilisation de pointe de 6h00 à 9h00 et PM. Et comme l’indique le tableau ci-dessous, cela a fonctionné. La ligne bleue montre la consommation d’eau de base de la pompe à chaleur sans aucun déplacement de charge. La ligne rouge montre comment ils ont pu éteindre le système pendant les périodes de pointe (tout en continuant à fournir toute l’eau chaude nécessaire) et le compare à ce à quoi ressemblerait la consommation d’énergie (ligne verte) avec la résistance électrique précédente chauffe-eau.
Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Ecotope
La consommation totale d’énergie montre un autre aspect de ces économies d’énergie. Avant d’installer le CHPWH, le bâtiment utiliserait généralement entre 70 et 75 kWh d’électricité pendant les périodes de pointe (barres bleues). Après avoir installé le CHPWH plus efficace et commencé avec des paramètres typiques, cette utilisation a été réduite de 60 % (barres rouges). La commutation du chauffe-eau pour préchauffer l’eau en dehors des heures de pointe dans la dernière phase de ce projet pilote montre que les bâtiments peuvent essentiellement réduire l’énergie utilisée pendant les heures de pointe à près de zéro (barres vertes).
Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Ecotope
Et cela représente une formidable opportunité au niveau du système. La quantité de capacité électrique qui pourrait être économisée si presque tous les immeubles d’appartements en Californie étaient convertis pour fonctionner avec des chauffe-eau à pompe à chaleur à transfert de charge est estimée à 2 000 MW. Pendant les périodes de pointe de la demande, couper 2 000 MW d’électricité pourrait réduire considérablement la consommation d’énergie maximale en Californie (et représente en fait à peu près autant d’énergie que les Californiens ont pu réduire lors de la vague de chaleur d’urgence de l’été dernier) – le temps lorsque les centrales électriques à combustibles fossiles sont les plus susceptibles d’être nécessaires. L’impact de ce changement est illustré dans la figure ci-dessous.
Bayview Tower montre ainsi comment les chauffe-eau centraux ont un vaste potentiel pour agir comme un type de batterie, fournissant un chauffage de l’eau plus efficace pendant les périodes de fonctionnement normal et modifiant complètement les moments où l’énergie est utilisée pour le chauffage de l’eau, permettant le même confort et la même eau chaude. tout en assurant un réseau plus efficace et plus vert.
Cet article a été initialement publié sur le blog de NBI.
Rejoignez AWHI pour des mises à jour continues sur ce projet et d’autres projets importants du monde du chauffage de l’eau avancé. AWHI est un programme financé par ses membres, géré et administré par le New Buildings Institute avec la contribution et le soutien de bénévoles, de partenaires et d’organisations participantes.
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