Vers 100% d’énergie renouvelable – Les possibilités du stockage thermique dans le béton

Dans de nombreux domaines l’énergie renouvelable n’en est qu’à ses débuts. Un des défis actuels est de mieux faire concorder le moment auquel l’énergie renouvelable est générée et celui auquel elle est nécessaire. Si nous voulons aller jusqu’à un système exclusivement basé sur l’énergie renouvelable, notre approvisionnement nécessitera plus de flexibilité qu’aujourd’hui. Une partie de la solution peut se trouver dans un bâtiment très massif, comme une construction en béton (préfabriqué). La possibilité de stocker de l’énergie thermique dans la masse construite du bâtiment rend déjà cette flexibilité partiellement possible.

La capacité de stockage thermique du béton – ainsi nommée masse thermique – est déjà utilisée avec satisfaction pour augmenter l’efficacité énergétique. En été, la masse stocke la surcharge en chaleur du rayonnement solaire. Cette chaleur peut être libérée la nuit par la ventilation. En hiver, il est ainsi possible de profiter au maximum du rayonnement solaire capté par la masse, ce qui réduit la demande en chauffage classique.

Les ‘éléments de construction activés énergétiquement’ ou TABS (Thermally Activated Building Systems) vont un pas plus loin. Il s’agit d’éléments en béton dans lesquels sont noyées des conduites d’eau (froide ou chaude) ou d’air. Ils permettent d’augmenter la quantité d’énergie stockée dans ou délivrée par le béton. Les TABS peuvent de cette manière offrir un chauffage ou un rafraîchissement très efficace, économique et confortable.

La chaleur et le froid sont délivrés très rapidement, via la grande surface des éléments en béton, même lorsque la température du médium de chauffage (air ou eau) est très proche de la température ambiante de la pièce.

Le défi d’un réseau électrique à 100% renouvelable réside dans la discontinuité des sources d’approvisionnement. Pour cette raison, nous devrons réduire d’une part la demande en énergie, et d’autre part, faire se concorder la demande et l’offre avec, en plus, le stockage d’énergie déjà cité.

Offre et demande

Pour l’alimentation en énergie des bâtiments, la demande doit pouvoir être réduite pendant les pics (« peak clipping  » ou « shaving  »). A côté de cela, nous pouvons aussi faire glisser l’alimen­tation dans le temps (« load shifting  » et « valley filling  ») – voir figure 1. Ceci est possible par la « réponse à la demande  » : le consommateur adapte sa demande (consciemment ou via une automatisation) à l’alimentation du réseau électrique pour éviter ainsi des surcharges et maximaliser les sources renouvelables. Une telle réponse à la demande pourrait être encouragée par une différenciation dans les prix, selon la disponibilité sur le réseau. Il n’en reste pas moins qu’un stockage temporaire d’énergie est nécessaire pour offrir un maximum de flexibilité

Lorsque nous pensons au stockage, les batteries nous viennent immédiatement à l’esprit, mais le stockage thermique constitue aussi une possibilité. De par leur qualité de stockage les bâtiments très massifs sont particulièrement adaptés à une telle réponse à la demande. L’énergie peut en effet être stockée temporairement, sans influencer la température intérieure et le confort des habitants ou des utilisateurs. Pour une utilisation optimale, le chauffage et le rafraîchissement doivent être réalisés électriquement et automatiquement, via un « contrôle intelligent  » et être raccordé au ‘réseau intelligent’.

Réduction des frais

Un tel système dispose d’énormes avantages potentiels. Il réduit les frais pour le consommateur qui utilise de l’énergie à un moment où elle est moins chère. Générer de l’électricité pour satisfaire la demande au moment des pics sera moins à l’ordre du jour. L’énergie renouvelable pourra ainsi continuer à gagner du terrain. Cela réduit en même temps la consommation de carbone. Selon une étude de « The concrete initiative  », une réponse à la demande active, accompagnée d’un stockage d’énergie thermique structurel, peut atteindre jusqu’à 25 % de réduction de CO₂ par logement et pourrait réduire de 50 % la demande de la capacité d’alimentation en électricité pendant les pics. Cela pourrait permettre des économies de maximum € 300 par ménage par an.

Une autre question est naturellement « comment appliquer cette idée en pratique ?  ». La réponse à la demande via le stockage d’énergie thermique dans la structure d’un bâtiment peut être réalisée avec un système de chauffage traditionnel. L’énergie est alors transférée aux locaux via les installations traditionnelles de chauffage ou de rafraîchissement. Toutefois pour vraiment profiter de ce potentiel, il est recommandé de travailler avec les TABS. Ceux-ci rendent possible la performance de charger directement la structure conjointement avec une automatisation et des contrôles intelligents. l

Ce texte est une adaptation de l’article de Karel Downey ‘Renewable energy and thermal storage in concrete buildings’. Karl Downey est Sustainable Construction Manager chez CEMBUREAU et délégué de la “Concrete Initiative”. La version originale de l’article est téléchargeable à l’adresse : www.febe.be/fr/publications/categorie/elements-de-structure-en-beton-prefabrique

Bronnen | Sources 

The Concrete Initiative, “Structural Thermal Energy Storage in Heavy Weight Buildings – Analyse en Aanbevelingen om Flexibiliteit te bieden aan het Elektriciteitsnet”.

Energy-storage concrete – Thermal Component Activation, http://www.zement.at/downloads/downloads_2017/Planning_guide_Energy_storage_concrete.pdf