Le chauffage et le refroidissement de nos bâtiments et de notre industrie représentent la moitié de la consommation d'énergie de l'UE. Dans le même temps, l'UE fixe des objectifs ambitieux d'ici 2030 et 2050 pour décarboner le secteur de l'énergie. Dans cette conférence d'experts, Nele Renders, Ann Wouters et Pieter Vingerhoets examinent de plus près les défis et mettent en évidence certains outils et études qui peuvent aider à la transition de la chaleur fossile à la chaleur verte.
Le chauffage et le refroidissement de nos bâtiments et de notre industrie représentent la moitié de la consommation d'énergie de l'UE. Dans les ménages de l'UE, le chauffage et l'eau chaude représentent à eux seuls 79 % de la consommation totale d'énergie finale (9 348 PJ) ; pour les ménages belges, la part du chauffage et de l'eau chaude s'élève à 85% de la consommation finale d'énergie (290 PJ). 87 % du chauffage des locaux belge est encore généré à partir de combustibles fossiles, alors que seulement 10 % sont générés à partir d'énergies renouvelables, principalement à partir de la biomasse[i]. Pour atteindre les objectifs climatiques et énergétiques de l'UE, le secteur du chauffage doit réduire drastiquement sa consommation d'énergie et utiliser des combustibles fossiles. La directive révisée sur les énergies renouvelables vise à accroître les sources d'énergie renouvelables dans le secteur du chauffage et du refroidissement de l'UE en visant une augmentation moyenne annuelle des énergies renouvelables de 1,3 % entre 2021 et 2030. Dans le même temps, l'UE s'est engagée à décarboniser le secteur de l'énergie, y compris le chauffage et le refroidissement dans les bâtiments et l'industrie, afin de parvenir à une économie à zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici 2050. Ces engagements se reflètent également dans le Pacte énergétique belge :l'objectif n'est plus de chauffer nos bâtiments avec des combustibles fossiles d'ici 2050, mais avec des technologies renouvelables et à faible émission de carbone (par exemple, pompe à chaleur, chauffage urbain, géothermie, solaire thermique, biomasse, biogaz ou gaz de synthèse). Dans le projet de Plan flamand de politique climatique 2021-2030, des mesures politiques supplémentaires dans le secteur des bâtiments sont introduites pour atteindre ces objectifs, ce qui pourrait entraîner une réduction d'environ 44 % des combustibles fossiles d'ici 2030 par rapport à 2005[ii].
Les niveaux d'ambition ci-dessus impliquent des défis importants pour le secteur hétérogène du chauffage en Europe. Le secteur du chauffage se compose de nombreux petits acteurs au niveau local et national, s'appuie sur diverses technologies, infrastructures et sources d'énergie, et opère dans des conditions climatiques et géographiques différentes. Contrairement à l'électricité, la chaleur ne peut pas être transportée efficacement sur de longues distances, de sorte que la capacité de production pour le chauffage doit être déployée relativement près de son utilisation. Étant donné que les bâtiments varient considérablement en taille, en âge et en fonction, les systèmes de chauffage des bâtiments doivent être adaptés aux caractéristiques des bâtiments eux-mêmes. Pour répondre à ces divers besoins, un large éventail de technologies a été développé du côté de l'offre, allant des solutions de bâtiment unique (par exemple, fioul, gaz naturel, solaire thermique, systèmes de pompe à chaleur tels que les sources de chaleur, au sol ou à eau systèmes basés) à des solutions pour plusieurs bâtiments ou réseaux de chauffage urbain (à base de combustibles fossiles, de chaleur résiduelle industrielle ou de chaleur renouvelable issue de la géothermie, des déchets, du biogaz ou de la biomasse, du solaire thermique ou des pompes à chaleur à grande échelle). En raison de la forte dépendance au contexte local, de la grande variété de solutions technologiques et de la structure fragmentée des acteurs, le processus de décarbonation représente un défi de taille pour le secteur du chauffage, par rapport à d'autres secteurs tels que l'éolien terrestre et l'énergie solaire électrique[iii].
Il est important d'aborder à la fois les aspects techniques et non techniques du processus pour accélérer la mise en œuvre de la chaleur à faible émission de carbone. Les ingrédients cruciaux de la décarbonation sont l'existence d'une stratégie claire à long terme comprenant les limites du contexte local, l'identification des obstacles et des moteurs pour construire une connaissance commune des acteurs impliqués, tout cela combiné à un système de suivi adéquat pour évaluer les progrès vers les objectifs . EnergyVille offre un soutien important à cet égard aux décideurs politiques du niveau local au niveau européen.
Pour arrêter de chauffer nos bâtiments avec des combustibles fossiles d'ici 2050, il faudra s'éloigner des sources de combustibles fossiles telles que le mazout et le gaz naturel. Une étude récente d'EnergyVille à l'appui du plan de politique climatique flamand 2021-2030, a montré que les solutions de chauffage à faible émission de carbone dans lesquelles les chaudières au fioul sont progressivement supprimées sont relativement moins chères que les chaudières au gaz naturel. D'un point de vue systémique, il peut donc être recommandé de privilégier le remplacement des installations au fioul vers des alternatives plus durables. L'abandon progressif des chaudières au fioul est une tendance depuis des décennies :dans le bilan énergétique flamand on constate une diminution de la part du fioul dans la consommation d'énergie résidentielle d'environ 50 % en 1990 à environ 25 % en 2017. Cette tendance a été principalement causée par un passage aux chaudières au gaz naturel et seulement dans une mesure limitée par des solutions bas carbone. C'est pourquoi des objectifs ambitieux ont été fixés par la récente coalition des fabricants, des fournisseurs d'énergie, des installateurs, des organisations environnementales et des experts pour arrêter l'installation de nouvelles chaudières au fioul d'ici 2021 et autoriser uniquement la vente et l'installation d'alternatives de chauffage durables d'ici 2030.
Remplacer les chaudières au fioul par des alternatives à faible émission de carbone est un moyen rentable de réduire les émissions de gaz à effet de serre, mais cela ne suffira pas à répondre à la demande de chaleur entièrement décarbonée d'ici 2050. Il existe d'autres options technologiques pour couvrir la demande de chauffage, telles que l'électrification avec des pompes à chaleur, la biomasse, la géothermie profonde, la valorisation de la chaleur résiduelle industrielle ou, à terme, l'hydrogène ou le méthane vert ou de synthèse. Tous ces vecteurs énergétiques peuvent avoir une place dans la couverture de la demande énergétique future d'ici 2050, mais dépendent fortement des barrières et des moteurs typiques de chaque technologie.
Dans l'étude MIRA "Environmental Outlook 2018, Background document Solution directions for the Energy System"[vii], des ateliers de parties prenantes ont été organisés pour cartographier les obstacles urgents et les facilitateurs de la chaleur durable en Flandre. Quelques conclusions pour les pompes à chaleur basse température :pour que les pompes à chaleur deviennent une solution décarbonée crédible, trois transitions qui ne sont pas liées aux pompes à chaleur doivent avoir lieu :1) transition vers une alimentation électrique décarbonée, 2) transition vers une alimentation bien-carbonée. parc de logements isolés via la rénovation et 3) passage à basse température des systèmes de distribution de chaleur domestique (ex. plancher chauffant). La condition la plus difficile pour une transition réussie vers les pompes à chaleur peut donc être complètement séparée de la technologie elle-même † De plus, la structure de la facture énergétique actuelle freine fortement la mise en place des pompes à chaleur car elles sont actuellement à la fois plus chères à l'achat et à l'exploitation par rapport aux chaudières à gaz. Comme indiqué dans le projet de plan de politique climatique flamand 2021-2030, un virage fiscal vert qui augmente la facture de gaz naturel et diminue la facture d'électricité améliorera l'analyse de rentabilisation des pompes à chaleur.
Bien que le chauffage urbain ou les réseaux de chaleur ne soient pas uniquement liés aux sources d'énergie renouvelables, l'évaluation de l'UE-28 "Politiques et mesures de chauffage et de refroidissement renouvelables en Europe, ETC/ACM"[ix] montre que le chauffage urbain est un moteur d'augmentation des parts de chauffage renouvelable :Les États membres de l'UE ayant une part particulièrement élevée de chauffage et de refroidissement renouvelables en général sont également ceux qui disposent de vastes réseaux de chauffage urbain (Danemark, Finlande, Suède et États baltes). Cette évaluation souligne également l'importance de la réglementation en tant qu'outil politique à l'appui du chauffage urbain :les pays doivent élaborer une législation nationale pour réglementer leur marché du chauffage urbain. Le chauffage urbain est considéré comme une option rentable pour fournir du chauffage et de l'eau chaude aux bâtiments dans les zones densément peuplées. Pour la Belgique, on s'attend à ce que 37 % de la demande de chaleur puisse être satisfaite via DHC ou le chauffage urbain (référence <5 %)[x]. Un avantage important du chauffage urbain est la possibilité d'utiliser la chaleur excédentaire des processus industriels ou la chaleur générée par les centrales de cogénération, la biomasse, les systèmes solaires ou géothermiques (profonds). Pour décarboner la chaleur, l'enjeu est d'intégrer au maximum ces énergies renouvelables disponibles, malheureusement fluctuantes et souvent indisponibles en cas de besoin. L'utilisation de la flexibilité intrinsèque d'un réseau de chauffage urbain permet de fournir plus d'énergie à partir d'une source d'énergie renouvelable plus petite, ce qui se traduit par des réseaux de chauffage urbain plus efficaces et compétitifs. De plus, le chauffage urbain peut même soutenir le réseau électrique en utilisant des pompes à chaleur et des centrales de cogénération ou la cogénération lorsque les réseaux électriques utilisent trop ou trop peu d'énergies renouvelables[xi]. Les principaux obstacles du chauffage urbain par rapport aux réseaux de gaz ou d'électricité sont des coûts d'installation plus élevés et des pertes d'efficacité plus élevées pendant le transport. Afin de minimiser ce dernier obstacle, les réseaux de chauffage urbain du futur fonctionneront à des niveaux de température inférieurs à ceux d'aujourd'hui, réduisant les pertes de chaleur et permettant l'utilisation d'excédents de faible qualité et de chaleur renouvelable. La numérisation des réseaux sera la clé de cette transition, qui a été développée, entre autres, dans le projet européen H2020 STORM[xii]. Par exemple, le régulateur STORM optimise la demande de chaleur des bâtiments et des quartiers en fonction de l'apport de chaleur grâce à des algorithmes d'auto-apprentissage. Ce contrôleur a été testé avec succès dans deux réseaux de démonstration (NL et SE), ce qui a entraîné d'importantes émissions de CO2 réductions et est actuellement valorisé en tant que produit commercial. Le projet de suivi H2020 TEMPO[xiii] étendra les fonctions de ce contrôleur.
En raison de la forte dépendance au contexte local et de la grande variété de solutions technologiques, une évaluation à l'échelle régionale qui prend en compte les opportunités géospatiales locales et les conditions aux limites est essentielle pour définir une stratégie de décarbonisation. Cette stratégie ne peut pas simplement être imposée d'en haut par les autorités régionales ou nationales; Les autorités locales jouent un rôle important dans la transition vers une chaleur durable dans l'environnement bâti, car elles sont bien placées pour aborder les aspects sociaux, environnementaux et économiques locaux. De ce point de vue, le principe de subsidiarité semble jouer un rôle en faveur des collectivités locales qui, par exemple, sont de préférence chargées d'élaborer des plans locaux de qualification thermique. Ceci est reconnu dans le projet de Plan flamand de politique climatique 2021-2030, qui stipule que chaque commune doit élaborer une stratégie énergétique spatiale d'ici 2030 afin d'atteindre la neutralité climatique d'ici 2050. En plus des plans de zonage pour la chaleur, un instrument important pour soutenir les autorités locales dans l'élaboration de stratégies énergétiques spatiales est « le test de chaleur ». Il s'agit d'un instrument pour stimuler les solutions de chaleur à faible émission de carbone pendant les moments de transition sur le territoire municipal, en fournissant un cadre d'arbitrage approfondi entre différentes solutions de chaleur. Au nom de l'Agence flamande de l'énergie, EnergyVille cartographie actuellement les exigences du test thermique en consultant les parties prenantes sur le terrain.
EnergyVille propose des outils et des études pour accompagner les communes dans la construction de scénarios énergétiques de long terme, aussi bien pour des conseils technologiques concrets, que pour des stratégies de rénovation et des études géospatiales de haut niveau. Ces outils et études sont décrits dans la section ci-dessous.
En 2015, le « Warmtekaart Vlaanderen »[xiv] a été publié, qui visualisait la répartition géographique de la demande de chaleur et les éventuelles sources de chaleur résiduelle en Flandre. La carte montrait un exercice théorique sur le potentiel économique du chauffage urbain. Il sera mis à jour l'année prochaine en étroite collaboration avec les différentes parties prenantes pour fournir une analyse plus récente et détaillée. Plus généralement, EnergyVille/VITO a publié en 2016 "l'Atlas des énergies renouvelables des communes flamandes"[xv], qui inclut également le potentiel des sources éoliennes, solaires, de biomasse locale, etc. Comme mentionné, ce type de recherche est une analyse géospatiale de haut niveau et fournit un point de départ aux acteurs locaux pour préparer des plans énergétiques. Dans le cadre du projet européen H2020 PLANHEAT, une version open source de ces outils d'analyse basés sur les SIG[xvi] est en cours de développement par EnergyVille.
Tandis que les outils d'analyse basés sur le SIG tels que « l'Atlas dynamique de l'énergie » conviennent à une analyse de haut niveau, EnergyVille fournit également un soutien pratique aux planificateurs locaux. Un exemple est le logiciel EBECS, qui est utilisé pour adapter les conseils de rénovation aux besoins spécifiques du bâtiment. L'utilisateur peut insérer quelques paramètres très simples sur le bâtiment et recevoir ensuite des conseils de rénovation concrets. Une version plus détaillée pour les développeurs de projets est également disponible. EnergyVille développe actuellement un outil pour combiner l'analyse géospatiale de haut niveau, le modèle de bâtiment ascendant d'EBECS et un logiciel utilisé pour déterminer le tracé optimal des réseaux de chaleur. Cet outil, le "Urban Energy Pathfinder", devrait être disponible plus tard cette année et pourrait s'avérer très utile pour relever les défis ci-dessus et développer des stratégies de décarbonation à long terme au niveau local.
En matière de réseaux de chaleur et d'utilisation de la chaleur résiduelle, EnergyVille dispose d'une excellente expérience dans l'accompagnement des collectivités territoriales, ainsi que des entreprises privées, dans la réalisation de projets concrets de chauffage urbain. Pour cela, EnergyVille assume un rôle de conseil indépendant dans les échanges avec les parties prenantes, ou réalise des études de faisabilité technico-économiques complexes sur des cas complexes et concrets. EnergyVille, par exemple, étudie la possibilité d'un chauffage urbain avec la chaleur résiduelle des processus industriels dans la région élargie d'Anvers. Selon les études de concept précédentes d'EnergyVille, le projet a un potentiel précieux † Des réseaux de chaleur sont actuellement mis en service au nord d'Anvers et dans la zone industrielle Terbekehof à Wilrijk.
Dans les années à venir, il sera crucial que des stratégies locales à long terme soient formulées et mises en œuvre pour décarboner la demande de chaleur et pour construire une connaissance commune parmi les acteurs concernés. EnergyVille travaille sur divers outils pour soutenir ces processus d'un point de vue technico-économique, environnemental et politique.
[i] Consommation d'énergie des ménages, Eurostat, mars 2018, https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_consumption_in_households
[ii] Avant-projet de plan flamand de politique climatique 2021-2030, juin 2018, https://www.lne.be/sites/default/files/atoms/files/VoorontwerpVlaamsKlimaatbeleidsplan2021-2030_VR20180720.pdf
[iii] Systèmes d'innovation configurationnelle - Explication de la lente transition thermique allemande, Energy Research &Social Science, Volume 52, juin 2019, pages 99-113, J.P. Wesche a, b, S.O. Negro b, E. Dütschke a, R.P.J.M. Raven b, député Hekkert, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214629618304304
[iv] Étude coût-potentiel des mesures d'atténuation visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre hors SEQE d'ici l'objectif climatique 2030, VITO, mai 2018
[v] Rapport Bilan énergétique Flandre 1990-2017, VITO/EnergyVille, janvier 2019, https://emis.vito.be/sites/emis.vito.be/files/pages/3331/2019/Energiebalans_Vlaanderen_1990_2017.pdf
[vi] Plaidoyer pour un chauffage résidentiel durable, avril 2019, https://www.bondbeterleefmilieu.be/artikel/unieke-coalitie-vragent-plaatsingsstop-stookolieketels-en-voordelinger-groen-verwarmen
[vii] Environmental Outlook 2018 :Document de référence Solutions pour le système énergétique, VITO/EnergyVille &ShiftN pour le compte de VMM MIRA, novembre 2018,
https://www.milieurapport.be/publicaties/mira-rapporten/milieuverkennin…
[viii] Center for Energy :Memorandum of 2030 Potential – Heat Pumps, VITO mandaté par VEA, 2017, https://www.energiesparen.be/sites/default/files/atoms/files/Potentieel_heatpumps_2030.pdf
[ix] Politiques et mesures relatives au chauffage et au refroidissement renouvelables en Europe, VITO/EnergyVille &Aether, Centre thématique européen sur la pollution de l'air et l'atténuation du changement climatique sous l'autorité de l'Agence européenne pour l'environnement, décembre 2018, https://acm.eionet.europa. eu/reports/docs/EIONET_Rep_ETCACM_2018_17_RES_PaMs_heating_cooling.pdf
[x] Heat Roadmap Belgium :Quantifying the Impact of Low-Carbon Heating and Cooling Roadmaps, 2018, S. Paardekooper, R.S. Lund, B.V. Mathiesen, M. Chang, U.R. Petersen, L. Grundahl, ... U. Persson.
[xi] http://fhp-h2020.eu/
[xii] https://storm-dhc.eu
[xiii] https://tempo-dhc.eu
[xiv] Flanders Heat Map, VITO mandaté par VEA, octobre 2015, https://www.energiesparen.be/heatmap
[xv] Renewable Energy Atlas communes flamandes, VITO &TerraEnergy mandaté par le LNE, septembre 2016, https://www.lne.be/sites/default/files/atoms/files/Hernieuwbare_atlas_V…
[xvi] www.planheat.org
[xvii] https://www.energyville.be/en/news-events/energyvillevito-investigates-possibility-district-heating-residual-heat-industrial
