Chauffage et électricité - la méthode américaine

La cogénération aux États-Unis - aujourd'hui et demain
La cogénération, aujourd'hui et demain
Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du département

La cogénération est un moyen efficace de produire à la fois de l'électricité et une énergie thermique bien utile à partir d'une seule et même source de combustible. La cogénération est déjà bien présente aux États-Unis, et d'autres projets sont dans les tuyaux. L'un de ces projets est le quartier de Capitol Hill à Waschington DC, où une centrale de cogénération devrait desservir les locaux administratifs du Capitole des États-Unis, de la Cour suprême, du Sénat et de la Chambre des représentants.

Le Départementde l'énergie des États-Unis travaille d'arrache-pied pour atteindre l'objectif fixé par le président Obama, à savoir faire progresser la cogénération de 40 GW d'ici 2020 aux États-Unis, agissant ainsi en faveur d'un environnement plus propre et d'une plus grande indépendance énergétique.

Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du départementde l'Énergie des États-Unis, nous explique le rôle que la cogénération est appelée à jouer aujourd'hui et demain.

PHOTO: Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du département

Y a-t-il des facteurs particuliers qui rendent la cogénération intéressante aux États-Unis ?

Katrina Pielli (Département de l'énergie) : La cogénération est déjà une ressource importante aux États-Unis : on produit de cette manière 82 GW, soit plus de 12 % de la production totale en MWh par an. Ce type de production convient parfaitement à certains secteurs du marché , tels que les hôpitaux et les établissements d'enseignements supérieurs, mais aussi à de nombreux secteurs industriels comme l'industrie chimique, l'industrie papetière et les raffineries. La cogénération peut également aider à consolider la résilience du réseau et à maintenir le fonctionnement d'infrastructures cruciales telles que les hôpitaux, les refuges et autres équipements lors d'événements climatiques extrêmes comme l'ouragan Sandy.

Existe-t-il encore des freins à une utilisation plus répandue de la cogénération aux États-Unis ?

Katrina Pielli (Département de l'énergie) : Oui, la cogénération doit faire face à des barrières à la fois internes et externes au marché qui pourraient avoir un impact sur la rentabilité des projets de cogénération ; ce sont des facteurs tels que les incertitudes planant sur le futur coût des combustibles, la réglementation des services d'intérêt économique général en matière d'interconnexion des réseaux, les taxes pour maintenir la continuité de service, le degré de sensibilisation de l'utilisateur final et la prise de décision au niveau économique.

Cependant, les récentes activités du marché semblent montrer que le développement accéléré de la cogénération est motivé par des coûts plus bas que celui du gaz naturel, et qu'il gagne peu à peu le soutien des collectivités locales et de l'état, faisant évoluer les conditions de marché des secteurs de l'énergie et de l'industrie.


La cogénération peut également aider à consolider la résilience du réseau et à maintenir le fonctionnement d'infrastructures cruciales lors d'événements climatiques extrêmes comme l'ouragan Sandy.

Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du département de l'énergie des États-Unis

Où en est actuellement la cogénération dans le secteur du bâtiment à usage économique et à quoi vous attendez-vous pour la suite ?

Katrina Pielli (Département de l'énergie) : Entre 2006 et 2011, la cogénération a connu une augmentation de production, avec 350 « nouveaux » mégawatts venant à présent alimenter des universités et campus, et près de 150 MW dédiés à des hôpitaux. Dans les cinq années à venir, nous espérons voir la cogénération se déployer à plus grande vitesse encore dans le secteur privé professionnel. Selon nos estimations, il y existe un potentiel technique de 65 gigawatts.

 

Texas Medical Center

Une méthode déjà bien répandue
Comme le laissait entendre plus haut Katrina Pielli, la cogénération est déjà bien présente dans le secteur privé américain. Quelques exemples :

• Texas Medical Center, à Houston : le plus grand regroupement universitaire hospitalier au monde, avec 14 hôpitaux, 21 instituts de recherche universitaire, trois écoles de médecine et six écoles de soins infirmiers. En tout, 48 MW produits par cogénération ont été intégrés au campus, avec un rendement de 80 %. Le système de cogénération devrait réduire les émissions de carbone du centre de 75,000 tonnes par an, et les émissions de CO² de plus de 305,000 tonnes par an par rapport à un système conventionnel.

PHOTO : Texas Medical Center

• Cornell University, à New York : une centrale de cogénération produisant 30 MW dessert plus de 250 bâtiments universitaires. Cette centrale présente un rendement de 77 % et fournit 85 % de l'électricité nécessaire. Les émissions de carbone ont été réduites de 50,000 tonnes par an.

• Laclede Gas Building, à Saint Louis : 4.3 MW produits en indépendance totale vis-à-vis du réseau de distribution d'électricité, et servant au chauffage, à la production d'eau chaude, aux besoins en électricité et en climatisation d'un bâtiment de 31 étages d'un peu plus de 45 000 m².

• The Rio Hotel, à Las Vegas: un système de cogénération produisant 4.9 MW, soit 50 % des besoins en électricité et en eau chaude sanitaire annuels pour le chauffage de locaux. Les économies d'énergie annuelles représentent 1,500,000 USD et le délai de retour sur investissement est de 5 ans.


Dans les cinq années à venir, nous espérons voir la cogénération se déployer à plus grande vitesse encore dans le secteur privé professionnel. Selon nos estimations, il y existe un potentiel technique de 65 gigawatts.

Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du département de l'énergie des États-Unis

Secteurs
D'une manière générale, les centrales de cogénération peuvent être divisées en trois secteurs : le secteur de l'électricité, où la production est vendue au public ; le secteur industriel, dans lequel la centrale de cogénération a généralement pour objectif de fournir électricité et vapeur à une usine ; et le secteur privé professionnel, dans lequel la centrale de cogénération est le plus souvent utilisée pour fournir de l'électricité et du chauffage ou de l'air conditionné à des bâtiments de l'enseignement secondaire.

La cogénération est utilisée, ou a le potentiel pour être utilisée, dans de nombreux domaines :
• l'exploitation et la production industrielle
• les bases militaires
• les prisons
• les maisons de repos
• les équipement de traitement des eaux usées
• les logements semi-collectifs et les quartiers résidentiels.

Pour en apprendre davantage sur les technologies de la cogénération ainsi que sur son avenir aux États-Unis, cliquer sur l'onglet « Des technologies d'avenir - pour maintenant » en haut de cet article.

Des technologies d'avenir - pour maintenant

Les centrales de cogénération peuvent faire appel à de nombreuses technologies, plus ou moins bien adaptées en fonction de leur taille. D'après Katrina Pielli, responsable actuelle du déploiement de la cogénération de l'Advanced Manufacturing Office (bureau des technologies de pointe) du département de l'énergie des États-Unis, différentes technologies de cogénération peuvent être utilisées.

Lorsque la production est inférieure à 10 MW, l'utilisation de moteurs alternatifs à combustion interne employant des systèmes de production d'électricité à pistons est largement répandue. Les systèmes de plus grande taille recourent, eux, souvent à des chaudières industrielles, des turbines à vapeur à cycle simple et des turbines à gaz.

Quelles technologies sont les mieux adaptées au secteur privé professionnel ?

Katrina Pielli (Département de l'énergie) : Le secteur privé professionnel, tout autant que le secteur industriel, fait appel à une palette de technologies de cogénération choisies pour répondre au mieux aux besoins de chaque site et à l'utilisation qu'il en fait. Dans le secteur privé professionnel, on utilise souvent des moteurs alternatifs. Les systèmes de cogénération ont en général amélioré la rentabilité de bâtiments de moyenne et de grande tailles, où la taille moyenne des réseaux est de 10 MW. Pour des réseaux plus petits, entre 30 et 250 kW par exemple, ce sont les microturbines qui sont les mieux adaptées.

Autres technologies
Parmi les autres technologies de cogénération, on trouve :

• les turbines à gaz industrielles perfectionnées : elles sont conçues pour les applications nécessitant 20 MW max. ; l'air ambiant y est comprimé, chauffé puis dilaté, l'excédent d'énergie résultant de la différence entre celle produite par la turbine et celle consommée par le compresseur utilisé dans la production de courant.

• Systèmes de moteur alternatif perfectionnés (ARES) : ce sont des systèmes de production d'électricité à pistons produisant entre 0,5 et 5 MW.

• Piles à combustible : elles offrent une solution zéro émission en produisant directement du courant à l'aide d'un processus électrochimique ; ce processus est très similaire à celui d'une pile normale, mais utilise un combustible remplissant la pile en continu.

Les objectifs pour l'avenir
D'après Katrina Pielli, les États-Unis se sont fixés pour objectif d'augmenter la production par cogénération de 50 % d'ici 2020 : un décret de 2012 exige un accroissement de la production de 40 GW en plus des 82  GW déjà produits.

Pensez-vous que la cogénération puisse être vue comme faisant partie d'une tendance générale vers plus de durabilité en Amérique du Nord ?

Katrina Pielli (Département de l'énergie) : La cogénération est perçue comme une mesure d'efficacité énergétique. Les niveaux de rendement de la cogénération tournent autour de 65-75 %, ce qui est bien meilleur que les 45 % fournis par les mêmes services lorsqu'ils sont séparés. Les décideurs, les industriels et les organisations non gouvernementales la perçoivent comme une solution efficace et propre comparée à la production séparée de chauffage et de courant. Cette plus grande efficacité induit un certain nombre d'avantages tels que la réduction des dépenses liées à l'énergie ainsi que des émissions de gaz à effet de serre.

Une économie de dix milliards de dollars U.S
Des estimations du Département de l'énergie des États-Unis montrent qu'atteindre l'objectif fixé devrait déboucher sur une économie estimée à 1 quadrillon BTU de combustible. Cela correspond à presque 1 % de la consommation d'énergie globale aux États-Unis. En termes de finance, cette mesure pourrait faire économiser dix milliards de dollars américains par an aux consommateurs d'énergie. Les émissions de CO² seraient également réduites de 150 millions de tonnes par an, soit l'équivalent des émissions de 25 millions d'automobiles.

Pour en savoir davantage sur les objectifs du rapport 2012





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