En route vers la COP28. Élargir la gamme de températures et d'applications des pompes à chaleur

 

 

Dans le domaine des pompes à chaleur et de la récupération d'énergie, le Dr Mota Babiloni affirme que la durabilité passe par l'électrification de la production de chauffage en étendant les pompes à chaleur à toutes les plages de température et applications techniquement possibles. L'électrification de la production de chauffage réduit la dépendance à l'égard des importations de combustibles fossiles et favorise la décarbonation. L'énergie motrice doit être principalement issue de sources renouvelables ou de la chaleur résiduelle, et les fluides de travail doivent également être respectueux de l'environnement. Les pompes à chaleur à haute température doivent être conçues pour fonctionner avec une grande efficacité énergétique afin de concurrencer les chaudières à combustibles fossiles. 

 

Pour en savoir plus sur les pompes à chaleur à haute température

 

Priorités et obstacles à la durabilité 

 

Les pompes à chaleur à haute température (HTHP) devraient être intégrées en tenant compte des sources de chaleur dans les processus existants où la chaleur était auparavant inutilisée ou gaspillée. Selon l'IIF, 42 % de la chaleur industrielle résiduelle disponible à l’échelle mondiale serait à des températures inférieures à 100 °C. Malgré la température relativement basse de cette chaleur, si elle est utilisée dans des pompes à chaleur à haute température, le processus industriel global est amélioré, ce qui accroît simultanément l'efficacité énergétique, la rentabilité et la durabilité. En outre, le rejet de chaleur dans l'environnement est une source de réchauffement de la planète et pourrait à l'avenir être contrôlé par des politiques de protection de l'environnement, comme c'est le cas pour la pollution chimique ou l'eau utilisée dans les tours de refroidissement.

 

Le Dr Mota Babiloni souligne l'importance de prendre en compte les cycles à haute performance énergétique et les fluides de travail ayant des effets négligeables sur l'environnement lors de la conception des HTHP. La durabilité passe également par l'étude et le développement de frigorigènes fonctionnant à des températures aussi élevées. Les fluides de travail et les composants actuels limitent l'application pratique des pompes à chaleur à haute température à 180 °C au maximum. Les études doivent rechercher des industries ou des processus où une combinaison entre une source de chaleur à basse température et un puits de chaleur à haute température est possible et où le taux de compression est optimal. Lorsque la source ou le puits de chaleur n'est pas disponible, le Dr Mota Babiloni suggère d'envisager des réseaux de chauffage et le stockage de l'énergie thermique pour le chauffage et le refroidissement simultanés. 

 

Le Dr Mota Babiloni estime qu'il faut accroître le soutien des gouvernements ou des organismes publics dans le monde entier pour promouvoir le déploiement de la technologie HTHP en offrant des avantages fiscaux aux entreprises qui remplacent les chaudières par des pompes à chaleur pour la chaleur industrielle, mais aussi en offrant des incitations économiques pour la chaleur produite par les pompes à chaleur à haute efficacité. Cependant, un déploiement à grande échelle des pompes à chaleur nécessite d'accroître la flexibilité des pompes à chaleur à haute température. Cela signifie qu'il faut combiner la demande et l'offre de chaleur. Outre le défi que représente le développement de pompes à chaleur à haute température, il convient d'envisager des systèmes de stockage de la chaleur dotés d'une densité de stockage de l'énergie et d'une stabilité adéquates, tant pour les puits de chaleur que pour les sources de chaleur. En outre, les composants doivent être normalisés, ce qui accélère le développement de nouveaux produits HTHP et réduit les coûts de production prévus. Le Dr. Mota Babiloni ajoute que d'autres obstacles sont la confiance de l'industrie dans la technologie et le besoin de frigorigènes, de lubrifiants et de compresseurs pour des températures de production de chaleur plus élevées. 

 

Des technologies clés sur la voie de la durabilité 

 

L'annexe 58 de l'Agence internationale de l'énergie donne un aperçu du développement des technologies des fournisseurs et des cas de démonstration. Le niveau de maturité technologique (TRL) des technologies de fournisseurs listées est compris entre 4 et 9. La température maximale de fourniture de chaleur observée est de 230 °C (la plupart des unités produisant à plus de 120 °C), et la puissance de chauffage peut atteindre 70 MW, ce qui présente une grande adaptabilité en fonction du modèle. 

Parmi les cas de démonstration listés, la puissance de chauffage des unités est comprise entre 0,1 MW et 12 MW. Le coefficient de performance (COP) indiqué par les fournisseurs atteint une valeur de 5,3, la plupart étant supérieurs à 3,0. Comme le COP potentiel est relativement élevé et que la plupart des unités ont été testées avec des frigorigènes à faible potentiel de réchauffement planétaire, la réduction des émissions de CO_2eq dépend du facteur d'émission de carbone du réseau national. La chaudière à gaz naturel à haut rendement peut être considérée comme base de comparaison. 

 

Qu'en est-il des pays à faibles et moyens revenus ? 

 

Dr Mota Babiloni suggère que dans les pays où les industries sont construites à partir de zéro, le processus et l'agencement de l'usine pourraient être planifiés en considérant les pompes à chaleur comme la technologie de production de chauffage. Ainsi, il ne serait pas nécessaire de remplacer les chaudières à combustibles fossiles en bon état.  

De plus, selon la Banque mondiale, de nombreux pays à faibles et moyens revenus ont un potentiel photovoltaïque solaire pratique très élevé. L'énergie solaire pourrait donc être utilisée pour fournir de l'électricité aux pompes à chaleur à haute température à partir de sources renouvelables. 

Les HTHP sont particulièrement prometteuses dans les procédés processus à forte capacité de chauffage qui nécessitent un investissement initial plus important. Le Dr Mota Babiloni ajoute que les pays à revenu élevé devraient fournir des fonds et des technologies et les transférer aux pays à revenu faible ou moyen. 

 

 

 

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