Une nouvelle étude révèle que les voies de décarbonation doivent intégrer des technologies de chauffage électrique plus efficaces et davantage de sources d'énergie renouvelables pour minimiser la pression sur le réseau électrique américain lors de l'augmentation de la consommation d'électricité provenant du chauffage en décembre et janvier. Sinon, les combustibles fossiles nocifs continueront d'alimenter ces pics saisonniers de la demande énergétique.

La consommation directe de combustibles fossiles des bâtiments, brûlés dans les chauffe-eau, les fours et autres sources de chauffage, représente près de 10 % des émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis. Le passage à un système électrique qui alimente le chauffage grâce à des sources d'énergie renouvelables, plutôt qu'au charbon, au pétrole et au gaz naturel (le processus connu sous le nom d'électrification des bâtiments ou de décarbonisation des bâtiments) est une étape cruciale vers la réalisation des objectifs climatiques mondiaux de zéro net.

Cependant, la plupart des modèles de décarbonisation des bâtiments n'ont pas tenu compte des fluctuations saisonnières de la demande d'énergie pour le chauffage ou le refroidissement. Il est donc difficile de prédire ce qu'un éventuel passage à un chauffage tout électrique plus propre dans les bâtiments pourrait signifier pour le réseau électrique national, en particulier pendant les pics de consommation d'énergie.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Boston University School of Public Health (BU.S.PH), Harvard T.H. La Chan School of Public Health (Harvard Chan School), l'Oregon State University (OSU) et l'équipe à but non lucratif Home Energy Efficiency Team (HEET) ont examiné ces changements saisonniers de la demande d'énergie et ont constaté que la consommation d'énergie mensuelle varie considérablement et est la plus élevée en hiver. mois.

Publié dans Rapports scientifiques , l'étude a présenté une nouvelle modélisation de plusieurs scénarios d'électrification de bâtiments et a constaté que cette augmentation saisonnière de la demande d'énergie hivernale sera difficile à satisfaire par les sources renouvelables actuelles, si les bâtiments passent à un chauffage électrifié à faible efficacité.

Les résultats soulignent la nécessité pour les bâtiments d'installer des technologies de chauffage domestique plus efficaces, telles que des pompes à chaleur géothermiques.

"Notre recherche révèle le degré de fluctuation de la demande d'énergie des bâtiments et les avantages de l'utilisation de technologies de chauffage extrêmement efficaces lors de l'électrification des bâtiments", déclare le Dr Jonathan Buonocore, responsable de l'étude et auteur correspondant, professeur adjoint de santé environnementale à BU.S.PH. "Historiquement, cette fluctuation de la demande énergétique des bâtiments a été gérée en grande partie par le gaz, le pétrole et le bois, qui peuvent tous être stockés tout au long de l'année et utilisés pendant l'hiver. Les bâtiments électrifiés et le système électrique qui les prend en charge devront fournir ce même service de chauffage fiable en hiver. Des technologies de chauffage électrique plus efficaces réduiront la charge électrique mise sur le réseau et amélioreront la capacité de répondre à cette demande de chauffage avec des énergies renouvelables sans combustion."

Pour l'étude, Buonocore et ses collègues ont analysé les données énergétiques des bâtiments de mars 2010 à février 2020 et ont constaté que la moyenne mensuelle totale de la consommation d'énergie aux États-Unis, basée sur l'utilisation actuelle des combustibles fossiles, ainsi que sur l'utilisation future de l'électricité en hiver, varie. par un facteur de 1,6 x, avec la demande la plus faible en mai et la demande la plus élevée en janvier.

Les chercheurs ont modélisé ces fluctuations saisonnières dans ce qu'ils appellent la "courbe du faucon", puisqu'un graphique de l'évolution de la consommation d'énergie mensuelle représente la forme d'un faucon. Les données montrent que la demande de chauffage en hiver pousse la consommation d'énergie à son plus haut niveau en décembre. et janvier, avec un pic secondaire en juillet et août en raison du refroidissement, et les niveaux les plus bas en avril, mai, septembre et octobre.

Les chercheurs ont également calculé la quantité d'énergie renouvelable supplémentaire, en particulier l'énergie éolienne et solaire, qui devrait être générée pour répondre à cette demande accrue en électricité. Sans stockage, réponse à la demande ou autres tactiques pour gérer la charge du réseau, les bâtiments auraient besoin d'une augmentation de 28 fois de la production éolienne en janvier ou d'une augmentation de 303 fois de l'énergie solaire en janvier pour faire face aux pics de chauffage en hiver.

Mais avec des énergies renouvelables plus efficaces, telles que les pompes à chaleur à air (ASHP) ou les pompes à chaleur géothermiques (GSHP), les bâtiments n'auraient besoin que de 4,5 fois plus de production d'énergie éolienne en hiver ou de 36 fois plus d'énergie solaire, ce qui "aplatirait" la courbe Falcon en réduisant une nouvelle demande d'énergie est placée sur le réseau électrique.

"Ce travail montre vraiment que les technologies, tant du côté de la demande que de l'offre, ont un rôle important à jouer dans la décarbonation", déclare le co-auteur de l'étude, le Dr Parichehr Salimifard, professeur adjoint au College of Engineering de l'Oregon State University. Des exemples de ces technologies du côté de l'approvisionnement en énergie sont le chauffage géothermique des bâtiments et les technologies d'énergie renouvelable qui peuvent fournir de l'énergie à toute heure, dit-elle, comme les énergies renouvelables couplées au stockage à long terme, les ressources énergétiques distribuées (DER) à toutes les échelles et la géothermie. production d'électricité dans la mesure du possible. "Celles-ci peuvent être associées à des technologies du côté de la demande - c'est-à-dire dans les bâtiments - telles que les mesures d'efficacité énergétique passive et active des bâtiments, l'écrêtage des pics et le stockage d'énergie dans les bâtiments. Ces technologies au niveau des bâtiments peuvent à la fois réduire la demande énergétique globale des bâtiments en réduire à la fois la demande d'énergie de base et maximale, ainsi que lisser les fluctuations de la demande d'énergie du bâtiment et, par conséquent, aplatir la courbe Falcon."

"La Falcon Curve attire notre attention sur une relation clé entre le choix de la technologie d'électrification des bâtiments et l'impact de l'électrification des bâtiments sur notre réseau électrique", déclare la co-auteure de l'étude, Zeyneb Magavi, co-directrice exécutive de HEET, un incubateur de solutions climatiques à but non lucratif. .

Magavi prévient que cette recherche ne quantifie pas encore cette relation sur la base de courbes d'efficacité saisonnière mesurées pour des technologies spécifiques, ou pour des échelles de temps ou des régions plus granulaires, ou n'évalue pas les nombreuses stratégies et technologies qui peuvent aider à relever le défi. Tout cela doit être pris en compte dans la planification de la décarbonation.

Pourtant, selon Magavi, cette recherche indique clairement que "l'utilisation d'une combinaison stratégique de technologies de pompes à chaleur (air, sol et réseau), ainsi que le stockage d'énergie à long terme, nous aidera à électrifier les bâtiments plus efficacement, économiquement et équitablement. La courbe Falcon nous montre un chemin plus rapide vers un avenir énergétique propre et sain."

"Notre recherche montre clairement que lorsque l'on tient compte des fluctuations saisonnières de la consommation d'énergie apparentes dans la courbe Falcon, la volonté d'électrifier nos bâtiments doit être associée à un engagement en faveur de technologies économes en énergie pour garantir que les efforts de décarbonisation des bâtiments maximisent les avantages pour le climat et la santé", déclare l'auteur principal de l'étude, le Dr Joseph G. Allen, professeur agrégé de sciences de l'évaluation de l'exposition et directeur du programme Healthy Buildings à la Harvard Chan School.

"Notre travail ici montre une voie pour l'électrification des bâtiments qui évite de dépendre des combustibles fossiles et évite les combustibles de combustion renouvelables, qui peuvent encore produire de la pollution de l'air, et éventuellement perpétuer les disparités dans l'exposition à la pollution de l'air, bien qu'ils soient climatiquement neutres", déclare Buonocore. "Éviter des problèmes comme celui-ci est la raison pour laquelle il est important que les experts en santé publique soient impliqués dans l'élaboration des politiques énergétiques et climatiques." + Explorer plus loin

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