À première vue, les bâtiments peuvent ressembler à des structures inertes, des boîtes géantes en béton, en acier et en verre. Mais à l’intérieur, ils offrent de l’espace pour de nombreuses activités, dont la plupart nécessitent de l’énergie. La consommation d’énergie dans les bâtiments est nécessaire pour l’éclairage, le chauffage, le refroidissement, la cuisson et l’alimentation de toutes sortes d’appareils. Les bâtiments représentent environ un tiers de la consommation finale d’énergie dans le monde et sont essentiels pour atteindre des émissions nettes nulles d’ici le milieu du siècle. Mais pour jouer leur rôle dans la transition vers la neutralité carbone, les bâtiments doivent passer du statut de consommateurs d’énergie passifs et inefficaces à celui de participants actifs au système énergétique.
Dans un avenir moderne à zéro émission nette, la plupart des bâtiments seraient équipés d’une gamme de technologies numériques ainsi que de mesures d’efficacité énergétique et de production et de stockage d’énergie renouvelable sur site. Une telle transformation permettrait non seulement aux bâtiments d’utiliser l’énergie plus efficacement, mais aussi d’interagir avec le réseau pour limiter les pics de demande coûteux. Les coûts de l’électricité diminueraient pour les consommateurs, ce qui leur permettrait de mieux contrôler leur consommation d’énergie et leur confort thermique. Cela réduirait également la congestion du réseau et réduirait le besoin de centrales électriques à combustibles fossiles et les émissions de gaz à effet de serre qui en découlent.
Élargir le rôle des bâtiments dans les systèmes énergétiques
Les bâtiments doivent devenir des acteurs actifs du système énergétique
C’est un fait que l’efficacité énergétique est la première étape pour atteindre des émissions nettes nulles. Dans les bâtiments, cela se fait en concevant ou en améliorant les enveloppes des bâtiments pour qu’elles soient plus efficaces et en utilisant les appareils et l’équipement les plus performants. Les mesuresgouvernementales sont essentielles pour conduire ce processus. Elles devraient inclure des exigences obligatoires en matière d’efficacité énergétique, des incitations pour l’industrie et les consommateurs, ainsi que des outils d’information et d’autres politiques de soutien.
À l’échelle mondiale, 34 % de la consommation finale totale d’énergie dans les bâtiments est désormais fournie par l’électricité et, par conséquent, passer au tout électrique est la voie la plus prometteuse, car l’électricité a le potentiel d’être totalement décarbonée. L’énergie solaire photovoltaïque est la source d’énergie la moins chère aujourd’hui et d’ici 2030, environ 40% de toute l’électricité utilisée dans les bâtiments pourrait être fournie par l’énergie solaire et éolienne. Les bâtiments eux-mêmes peuvent devenir des sites de production d’électricité en installant des panneaux solaires.
Pour le chauffage et le refroidissement des locaux, les pompes à chaleur électriques sont plus efficaces que la plupart des systèmes existants. En Europe, le plan REPowerEU vise à quadrupler le nombre de pompes à chaleur d’ici 2030 afin de réduire la dépendance de la région au gaz naturel russe, tandis que 14 millions de pompes à chaleur doivent être installées chaque mois dans le monde afin d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050.
L’efficacité, l’électrification et la décarbonisation sont essentielles à la neutralité carbone
La nature variable inhérente aux énergies renouvelables crée des défis pour les systèmes électriques, illustrés par la fameuse courbe du canard. La conception standard du réseau n’a pas beaucoup changé depuis un siècle et est principalement destinée à fonctionner avec de grandes centrales électriques centralisées qui peuvent distribuer de l’énergie à tout moment. La production éolienne et solaire remet en question la stabilité des réseaux électriques car ils sont décentralisés et variables, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles des pays comme le Vietnam réduisent les énergies renouvelables excédentaires.
Les réseaux électriques modernes doivent devenir plus flexibles pour intégrer dynamiquement de nombreuses ressources énergétiques distribuées et interagir avec les bâtiments. La bonne nouvelle est que les technologies numériques intelligentes peuvent optimiser la consommation d’énergie et la production d’électricité renouvelable.
Les réseaux existants ne sont pas prêts pour les bâtiments producteurs d’électricité, mais la technologie numérique intelligente peut aider
Les réseaux peuvent communiquer avec les bâtiments au moyen d’algorithmes logiciels et de commandes intelligentes, par exemple en demandant à un appareil ou à un équipement connecté (par exemple, une pompe à chaleur ou un système de refroidissement) de réduire temporairement sa consommation d’électricité (délestage) ou de la déplacer lorsque l’électricité est plus propre ou moins chère (transfert de charge). Les programmes de participation active de la demande qui gèrent les pics de charge (par exemple, le programme Switch de Saver aux États-Unis, la réponse à la demande à Singapour) offrent souvent des récompenses monétaires aux consommateurs.
Environ 90% des bornes de recharge mondiales pour véhicules électriques sont situées dans des bâtiments, et la recharge intelligente peut déterminer le meilleur moment pour recharger, en fonction des informations du réseau (par exemple, Charging Perks Pilot, programme PLN en Indonésie), en particulier si elle est soutenue par des mécanismes tarifaires selon l’heure de consommation (comme en Italie).
Les véhicules électriques sont essentiellement des batteries sur roues et peuvent être utilisés pour stocker de l’énergie. La recharge bidirectionnelle alimentée par la technologie véhicule-réseau peut à la fois charger les véhicules électriques et fournir de l’énergie stockée au réseau pour équilibrer les pics de demande. Le véhicule au domicile est similaire, avec l’énergie utilisée pour alimenter une maison. Un véhicule électrique complètement chargé peut supporter une maison moyenne pendant plusieurs jours et peut produire des émissions nettes nulles s’il est combiné à un système solaire sur le toit. Les chauffe-eau électriques peuvent également être utilisés comme stockage, s’ils sont équipés d’un réservoir de stockage et « intelligents » avec des dispositifs de contrôle spéciaux. L’énergie thermique peut même être stockée dans des enveloppes de bâtiment bien isolées. En Arizona, les clients sont payés pour mettre leur capacité de stockage à la disposition du réseau, presque comme louer une chambre d’amis sur Airbnb juste pour « héberger » de l’électricité.
Les centrales électriques virtuelles - plates-formes numériques intelligentes qui peuvent utiliser le stockage d’énergie local, l’analyse avancée des données, les technologies intelligentes et innovantes (par exemple, l’intelligence artificielle, l’apprentissage automatique, la blockchain, etc.) - démontrent déjà des avantages pour le réseau et les consommateurs en Australie, en Californie, en Allemagne, en Chine et dans d’autres pays.
Les centrales électriques virtuelles peuvent également faciliter le commerce d’énergie entre pairs, permettant aux bâtiments de vendre leur électricité renouvelable excédentaire via une plate-forme en ligne. Un tel projet est en cours depuis plusieurs années dans un quartier de Bangkok. Il existe des projets pilotes similaires au Bangladesh, en Australie, aux États-Unis, en Malaisie, à Singapour, en Inde et au Japon), mais pour qu’ils puissent être mis à l’échelle, non seulement les bâtiments et les systèmes doivent devenir plus efficaces, mais les réseaux doivent également mieux gérer les ressources énergétiques distribuées. C’est un changement radical, semblable à passer d’un seul diffuseur de télévision à un nouveau monde connecté où chacun peut créer et partager son propre contenu.
Il existe déjà diverses solutions rentables pour rendre les bâtiments beaucoup plus efficaces, intelligents, connectés et flexibles. Cependant, les politiques et les investissements sont à la traîne par rapport au progrès technologique. Les gouvernements doivent commencer à considérer les bâtiments comme des extensions dynamiques du réseau qui peuvent ajuster leur consommation et leur production en réaction à la congestion et aux prix, tout en offrant une flexibilité et en réduisant les émissions.
Pour que ce changement se produise, les réglementations en matière de construction doivent renforcer les dispositions en matière d’efficacité énergétique et introduire des exigences pour la production d’énergie solaire sur site, les systèmes de stockage, la recharge intelligente des véhicules électriques et les interactions entre les bâtiments et le réseau. La Californie a déjà mis à jour sa réglementation pour les nouveaux bâtiments, tandis que les pays de l’UE testent et mettent en œuvre un indicateur de préparation intelligente. Les bâtiments doivent être équipés de capteurs et de commandes intelligents, ainsi que de normes de communication ouvertes (comme OpenADR), pour assurer l’interopérabilité entre les systèmes du bâtiment et avec le réseau.
L’appui aux politiques est essentiel. Par exemple, une réglementation récente dans l’État de Washington exige que les chauffe-eau électriques à accumulation soient équipés d’un port normaliséspécial qui permet de répondre à la demande.
Les régulateurs peuvent également libérer le potentiel de bâtiments efficaces interactifs avec le réseau en concevant des marchés de l’électricité et des tarifs de détail qui alignent les intérêts des consommateurs sur les besoins du réseau, en agrégeant les ressources énergétiques distribuées par l’intermédiaire d’acteurs dédiés (comme les centrales électriques virtuelles) et en leur permettant de participer aux marchés de gros et auxiliaires de l’électricité (par exemple, dans le cas des gros consommateurs en Australie).
L’élaboration et la mise en œuvre de ces politiques nécessiteront des efforts considérables de la part des décideurs politiques du monde entier pour analyser les opportunités et les risques, tels que la cybersécurité et la confidentialité des données. L’AIE aide déjà les gouvernements à accélérer la modernisation du système électrique grâce à son initiative 3DEN et à élaborer des ensembles de politiques pour l’efficacité énergétique dans les économies émergentes dans le cadre de son programme E4.
Ecrit par :
Ksenia Petrichenko, analyste des politiques d’efficacité énergétique
Publié le 15/02/2023 17:04
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