Cogénération : production combinée de chaleur et d’électricité (CHP)

De quoi parle-t-on ?

La cogénération est un procédé de production combinée d'électricité et de chaleur largement utilisé dans des installations de grande puissance (de l'ordre du MW).

Elle est traditionnellement utilisée dans des centrales de production d'électricité. La chaleur fabriquée est utilisée dans des réseaux de chaleur pour le chauffage à proximité de la centrale.

On parle de micro-cogénération pour des puissances plus faibles (de l’ordre du kW), et notamment pour des habitations individuelles : on parle alors de micro-cogénération domestique.

Dans ce cas, la micro-cogénération est dimensionnée pour fournir le chauffage et l'eau chaude à une habitation, et produit en même temps de l'électricité. Un système de micro-cogénération regroupe donc trois fonctions en un seul produit : chauffage, eau chaude et électricité.

Il existe plusieurs technologies de micro-cogénération, avec des niveaux de maturité industrielle différentes : moteur gaz, Stirling, pile à combustible…

L’energie est utilisée de deux manières et permet d’obtenir un excellent rendement (jusqu’à 175 % sur énergie primaire avec une pile à combustible par exemple). Une chaudière à condensation couplée au système de micro cogénération permet d'assurer le complément des besoins de chauffage et d'eau chaude et de garantir le niveau de confort. Celle-ci fournit un appoint de chauffage pendant les périodes de grand froid ou lorsque la demande en eau chaude augmente.

Quel intérêt ?

Avec l'amélioration thermique des bâtiments résidentiels, les besoins en chauffage diminuent, tandis que les besoins en eau chaude et en électricité augmentent. La micro-cogénération offre un ratio adapté entre la production de chaleur et la production d'électricité.

De plus, lorsque l'électricité est générée dans une unité de production électrique à charbon, plus de 62 % de l'énergie principale se perdent sous forme de chaleur. Une perte supplémentaire de 6,5 % survient au moment du transfert sur le réseau. En fin de compte, seuls 36 % de l'énergie consommée pour produire l'électricité parviennent à l'utilisateur.

Au global, on estime qu’un système micro-cogénération par pile à combustible permet de réduire le besoin en énergie primaire jusqu’à 25 % et les émissions de CO2 jusqu’à 50 % par rapport à une production séparée de chaleur et d’électricité.

Avec un système de micro-cogénération la quantité d'électricité produite pour une habitation individuelle permet de couvrir la consommation électrique de base de la maison, c'est-à-dire la consommation permanente : appareils en veille, box internet, réfrigérateur... Environ 80 % de l'électricité qui sera produite par la pile à combustible sera utilisée directement dans la maison. On appelle cette démarche l'autoconsommation.

Au global, la micro-cogénération permet une meilleure indépendance vis-à-vis de l'augmentation du prix des énergies :

• En diminuant la consommation de gaz naturel pour le chauffage et l'eau chaude
• Côté électrique, l'électricité produite par la pile n'est plus achetée sur le réseau. Elle n'est donc plus soumise à la hausse des tarifs, ce qui donne une meilleure maitrise de sa facture au particulier.

Enfin, ce type de production d'électricité décentralisée et commandable contribue à la sécurité d'approvisionnement électrique lors des pics de consommation . La concomitance entre la période de production (de chaleur et d'électricité) de la pile et le besoin électrique lui confère une place complémentaire aux énergie renouvelables dans le réseau électrique intelligent de type smart grids.

Où en est-on ?

Parmi les solutions techniques de micro-cogénération, la pile à combustible SOFC est la plus prometteuse : cette technologie est caractérisée par un niveau de bruit extrêmement faible et par une fréquence de maintenance comparable à une chaudière à gaz traditionnelle.

VAILLANT a testé sur le terrain cette technologie dans le cadre du projet Européen ene.field.