La domotique de l’énergie

En un mot, il s’agit d’utiliser des capacités de stockage de chaleur dans les habitats utilisant un chauffage électrique, afin de décaler la consommation d’énergie dans le temps et d’effacer le pic, mais également afin de contribuer à rendre « élastique » la demande. 

Lors des dernières rencontres parlementaires sur l’Energie, le point a été maint fois confirmé : on s’occupe beaucoup de l’amont (la production d’électricité), mais pas encore assez de l’aval (la consommation). Hors, il y a beaucoup à faire, notamment pour optimiser ce qu’on appelle le pic de consommation.

Qu’est ce que le pic de consommation ? Comment le gère-t-on aujourd’hui ?

La consommation d’électricité varie dans la journée : en premier lieu parce que beaucoup d’entreprises fonctionnent aux heures ouvrables, puis parce que nous arrivons tous chez nous à la même heure, que nous allumons la télé, que nous remontons le chauffage et préchauffons le four à ce moment. L’écart entre le minimum et le maximum de consommation est de plus de 20%.

Pics_de_consommation

Pour que le réseau entier ne tombe pas en rideau, il faut produire la même quantité d’énergie au même moment (car l’électricité ne se stocke pas ou très mal). Les modes de production d’électricité ont tous leur niveau de réactivité : les tranches de nucléaire se programment sur plusieurs mois, les centrales à gaz et à charbon s’allument en quelques heures, et pour gérer la crête du pic, on utilise les turbines hydro-électriques qui s’activent en quelques secondes.

Hormis les turbines, donc, les modes de production d’électricité les plus réactifs sont également ceux qui sont les plus émetteurs de CO2. Donc plus on a une courbe de consommation accidentée, plus on émet de CO2. La raison pour laquelle l’électricité française n’est pas 100% sans CO2, c’est la gestion du pic de consommation. Vous notez au passage qu’on a construit des centrales à charbon dans le but de ne les utiliser que quelques heures par jour. Bonjour le gâchis.

Quelle solution la domotique peut-elle apporter?

L’électricité ne se stocke pas, mais la chaleur oui. L’idée est donc de produire et stocker la chaleur dans les périodes de creux et de la restituer pendant les périodes de pointe. On décale ainsi dans le temps la consommation d’électricité destinée au chauffage, ce qui représente plus de la moitié de la facture électrique française.

Les trois conditions pour y parvenir sont :

  1. une capacité de stockage calorifique
  2. un abonnement à l’électricité avec un prix variable
  3. de la domotique et de l’algorithme

Effacer_le_pic

1) Une capacité de stockage énergétique

Un radiateur en fonte de 20kg a une inertie thermique qui peut atteindre une heure. Pour arriver à couvrir les besoins en chauffage d’une maison sur les quatre à six heures de consommation domestique en fin de journée, ce n’est qu’une question de dimensionnement.

La quantité de chaleur que l’on pourra stocker dans la capacité calorifique est proportionnelle à sa masse. La durée pendant laquelle on peut décaler la consommation, elle, est fonction de l’isolation de cette capacité. Si on stocke la chaleur dans une plaque de fonte présentant une large surface de contact avec l’air, la restitution démarre tout de suite. Si, au contraire, on chauffe un mur particulièrement épais par le milieu, le temps que la chaleur se diffuse, il se sera écoulé de 12 à 24 heures. Et si l’on veut aller au bout de la logique, on chauffe un cumulus de 1000 à 3000 litres à 80°C et on récupère cette chaleur en faisant circuler l’eau dans le circuit de chauffage à la demande, plusieurs heures, voire plusieurs jours après.

2) Un abonnement à l’électricité à prix variable

Pour qu’il y ait un intérêt financier à investir dans de tels équipements, il faut que le particulier ou la PME y trouve son compte. Il faut donc qu’il paie beaucoup moins cher l’électricité en période creuse.

Certes, il y a déjà les tarifs heures creuses / heures pleines. Mais la différence entre les deux niveaux de prix est inférieure à 50% (HP=11c, HC=6c), ce qui n’est pas un signal suffisant.

Ce dont je parle, c’est d’un tarif qui soit réellement de reflet, heure par heure, de l’écart entre l’offre et la demande, et qui soit 10 fois moins cher en heures creuses (quitte à être plus cher que le tarif moyen en heures pleines).

Au moins un distributeur d’électricité doit donc proposer un tel abonnement aux particuliers dans les mois ou les années qui viennent. Je sais que ce sera le cas.

3) De la domotique

Pour orchestrer cette gestion de l’énergie, il va falloir un peu d’automatisation. La complexité n’est pas dans les algorithmes à développer, mais dans la standardisation des modes de communication entre les appareils.

Les acteurs de la domotique proposent aujourd’hui des solutions propriétaires, incompatibles avec du matériel dont ils ne sont pas les constructeurs.

On voit cependant apparaître des débuts de standardisation comme X10 (CPL) qui est plus connu aux Etats-Unis qu’en Europe, Zigbee (radio), ainsi que le projet confié par le GAELD à AlterWay pour piloter des compteurs intelligents. Il existe également des solutions de monitoring comme celle de Vizelia. J’ai même trouvé un fil twitter issu d’un monitoring de domotique ! 

Pour aller encore plus loin : la même chose sur plusieurs jours

Les variations de consommation s’observent au cours d’une journée, mais également sur plusieurs jours. Et sur plusieurs jours, on peut aussi constater une variation la production électrique des ENR. Pourquoi alors ne pas envisager de stocker de la chaleur au delà de la journée?

Il faut des capacités de stockage plus lourdes et plus volumineuses, un tarif qui varie non seulement dans la journée mais également d’un jour sur l’autre, et du côté de la domotique, un peu plus d’informations en entrée (des flux de données de la part de Météo France et de RTE sur tes températures et les prix du kWh à venir) et des algos un peu plus sophistiqués, voire un moteur d’optim.

D’autres moyens de stockage

Il y a d’autres formes d’énergies qui se stockent : on peut, par exemple, faire de l’hydrogène par hydrolyse de l’eau, dans le but de faire fonctionner des piles à hydrogène. Il y a des déperditions à chaque transformation d’énergie, mais si on part d’une électricité quasiment gratuite, on ne va pas se gêner !

La chaleur latente de l’eau est également une bonne piste, surtout dans le stockage du froid : faire des glaçons la nuit pour climatiser plus efficacement le jour.

Pour conclure

Ces réflexions m’amèneront ou non vers un projet professionnel. Aujourd’hui, je cherche à comprendre pourquoi tout cela n’est pas déjà en place à grande échelle. Mon action se limitera peut-être à un modeste rôle d’agitateur d’idées et à faire un peu de lobbying, mais il est tout aussi possible que  je me lance dans une création d’entreprise pour que cette solution existe enfin.

Quoi qu’il en soit, la priorité dans l’habitat reste l’isolation. Il ne faut pas voir les possibilités d’effacement du pic comme des opportunités financières pérennes et prioritaires sur cette dernière. Ceci dit, sachant qu’il faudra plus de 50 ans pour renouveler le parc immobilier et que le chauffage et l’eau chaude sanitaire représentent encore plus de la moitié de la consommation électrique, le déploiement de la domotique de la chaleur (notamment dans des habitats ou des monuments difficiles à isoler) constitue un axe complémentaire d’amélioration du système global.

Je crois surtout que la domotique de la chaleur pourrait être la locomotive des solutions contribuant à faire exister l’élasticité de la demande. Et on verra que la visibilité donnée au signal prix de l’énergie aura un effet très positif sur la prise de conscience vis à vis de la rareté des ressources et aménera de nouveaux réflexes économiques. La gestion de la demande est un terrain d’innovation formidable qui s’ouvre à nous. Allons-y !

Sources :
RTE
Présentation de Tom Raftery : Electricity 2.0
Tarifs EDF

12 commentaires pour La domotique de l’énergie

  1. Alexis dit :

    Très intéressant !
    Je vois que les choses avancent bien dans l’élaboration de ton projet.
    Bravo !

  2. Gaël dit :

    Extrêmement intéressant comme réflexion !
    J’avoue que je n’avais jamais réfléchi les choses de cette manière…

  3. fbrahimi dit :

    Bravo pour cet article clair et accessible aux néophytes
    Et bonne continuation pour tes projets en gestation😉

  4. Didier dit :

    Trés bon article Cédric! beaucoup de valeur ajoutée dans tout ça … ça merite d’y mettre de l’énergie …

  5. Paul dit :

    Il existe une solutions courant porteur développée par la société française Watteco.

    Cette solution est indépendante des protocoles et consomme extremmement peu d’énergie, contrairement à beaucoup d’autres.

    Votre remarque sur les standard est juste : l’industrie est toujours dans l’attente d’un standard de contrôle commande pour la maison qui soit universel

  6. Bonjour Cédric,

    Très intéressant débat !

    J’ai trouvé cet article sur le Passive housing (conservation d’énergie) http://tinyurl.com/8x5yuk

  7. Adrien dit :

    Salut Cédric,

    Depuis notre dernière rencontre je vois que ton projet avance et que tu es toujours passionné par ces sujets et cela me donne envie de travailler avec toi un jour sur ces sujets qui me passionnent aussi !

    Ton article est clair et accessible à tous et pose les vrais problèmes qu’il faudra résoudre demain.

    Je suis également persuadé qu’il sera nécessaire de stocker l’énergie chez le particulier – pour des raisons écologiques (c’est une priorité) et bientôt pour des raisons économiques.

    Par contre je ne suis pas pour le stockage de l’énergie électrique sous forme de chaleur. Il faut utiliser d’autres formes de production pour créer un réservoir de chaleur, sinon c’est du gachis ! En effet, l’électricité est produite à partir… de chaleur, avec un rendement de l’ordre de 35%. Si ensuite on converti cette électricité en chaleur il y a de nouveau des pertes. De plus la production d’électricité est largement centralisée et il y a environ 7% de pertes rien que pour le transport sur les lignes électriques ! Il est donc beaucoup plus sensé de produire la chaleur LOCALEMENT PUIS de la STOCKER dans des réservoirs (ballons d’eau chaude tampons).

    J’espère que ces quelques lignes t’aideront à avancer dans tes recherches, sinon il y a des livres références EXELLENTS qui sont devenus mes livres de chevets. Il ne s’agit pas de domotique mais de l’énergie dans l’habitat :
    – « Le photovoltaique pour tous », ISBN 2-913620-38-8;
    – « Installations solaires thermiques », ISBN 2-913620-29-9;
    – « Le chauffage individuel au bois », ISBN 978-2-913620-44-5;
    – « Chauffage, isolation et ventillation écologiques, ISBN 978-2-212-12105-6;

    Avec ces connaissance, il reste à inventer la domotique qui va avec et qui peut s’adapter à tous ces systèmes de chauffages… car il seront de plus en plus répandu dans quelques années même si aujourd’hui il y a malheureusement un lobbye fort pour le tout électrique!

    Alors OUI à la domotique elle sera la solution du futur à coupler aux énergies de l’habitat de demain!

    Adrien
    http://www.linkedin.com/in/renewablenrg

  8. Cédric dit :

    Bonjour Adrien,

    Qui a parlé de stocker « de l’énergie électrique sous forme de chaleur » ? – Ce qui n’est pas très français ou pas très scientifiquement rigoureux en tout cas. Tu connais des projets qui vont dans ce sens? C’est à dire qu’on produirait de la chaleur et qu’on la stockerait pour faire de l’électricité plus tard ? J’espère que tu n’as pas compris que je proposais une aberration pareille ! Sinon, c’est que je ne suis vraiment pas didactique… Pour faire de l’électricité, il faut de la chaleur très concentrée (haute température) donc pas facile à stocker.

    Le rendement de 35 % dont tu parles s’applique bien à la transformation de chaleur en électricité. Par contre, pour transformer de l’électricité en chaleur, c’est un rendement de 100% par effet Joules. Aucune perte possible, c’est le second principe de la thermodynamique : toute énergie finit en chaleur… Le rendement est même de 200% à 400% avec les pompes à chaleur (COP de 2 à 4).

    Si on investit dans un mode de production de chaleur non électrique, la proposition que je fais ici est hors sujet. Je parle du cas d’un habitat qui a un chauffage central électrique (ou qui vient de changer sa chaudière au fuel ou au gaz contre une chaudière électrique).

    Transporter la chaleur issue notamment des centrales thermiques fonctionnant en co-génération est une piste intéressante qui fait l’objet d’études en ce moment. Les pertes en ligne sont bien-sûr beaucoup plus importantes que pour l’électricité. Le corollaire donc est le déploiement de petites centrales à proximité de grosses unités de consommation de chaleur, ou de réseaux de chauffage urbain.

    Bien à toi,

    Cédric

  9. Adrien dit :

    Désolé si ce que j’ai écris « n’est pas très français » !!!
    Pour être plus concis, je voulais dire que c’est dommage de produire de la chaleur à partir de l’électricité. Il y a des moyens plus « propres » pour satisfaire aux besoins en chauffage et la domotique pourrait alors jouer un rôle très important.

    Cdt et bonne année,

    Adrien

  10. […] Ce soir : attention au pic Ce soir, RTE prévoit un pic de consommation sans précédent : 91 GW de puissance à 19h. Le précédent record était de 88 GW, c’était le 17 décembre 2007. En période d’hyper pointe comme celle-là, l’électricité coûte excessivement cher à EDF qui nous le fait payer d’une façon ou d’une autre à travers les futures augmentations de tarifs. De plus, les moyens de production pour la pointe sont très émetteurs de CO2. […]

  11. Claude dit :

    Cédric devrait relire calmement le premier post d’Adrien qui est plein de bon sens.

    Pour fournir 1kWh d’électricité, il faut dépenser 3 à 4 kWh de chaleur.
    Or, le chauffage électrique (hors pompes à chaleur) fournit 1kWh de chaleur pour 1kWh d’électricité.
    C’est donc au global un gaspillage considérable.

    L’électricité est une énergie à très forte valeur ajoutée.
    Son usage devrait donc être réservé à des applications « nobles », dégageant peu de chaleur.

    La vente des ampoules à incandescence sera interdite en 2010, c’est une bonne mais petite mesure.
    Une vraie mesure en faveur de l’efficacité énergétique serait d’interdire la vente de chauffages électriques.

    Cédric l’a d’ailleurs bien compris puisqu’il écrit le 2 août :
    – « La chaleur […] est la forme la plus dégradée de l’énergie »
    – « Il est aberrant de […] produire de la chaleur par effet Joule » (au moyen d’une résistance électrique)
    – « Il est encore plus aberrant de faire ça avec plus de la moitié de l’électricité que nous consommons »

    Or, Cédric dans son article « la domotique de l’énergie » envisage une nouvelle offre de chauffage électrique.
    Les trois « innovations » proposées, à savoir :
    1. une capacité de stockage calorifique
    2. un abonnement à l’électricité avec un prix variable
    3. de la domotique et de l’algorithme
    ne sont susceptibles d’apporter aucune amélioration de l’efficacité énergétique globale.

    Mais il est vrai toutefois qu’un tel concept peut connaître un grand succès commercial.
    Promouvoir le chauffage électrique avec une approche techno-développement-durable devrait être accueilli avec enthousiasme par les producteurs d’électricité.

    Bonne chance Cédric.

    Claude

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