Réduire les émissions de gaz à effet de serre en utilisant l’énergie gratuite (1e partie)

Il y a beaucoup de formes d’énergies gratuites et l’on doit débuter en mentionnant qu’il y a toujours un coût relié aux installations requises pour l’utiliser. Le vent et le soleil sont des bons exemples, bien qu’ils soient gratuits, leurs utilisations ne sont toujours pas compétitives avec les énergies fossiles.

La co-génération

Il est connu que la combustion pour produire de l’énergie électrique est inefficace. De façon générale, la combustion d’une unité d’énergie (fossile ou bio) produit un tiers d’énergie mécanique et deux tiers de chaleur perdu, qui devient gratuite si elle est récupérée.

La co-génération n’est pas une invention récente, mais les économies associés à l’utilisation de la chaleur perdu ne justifient généralement pas le coût des installations requises. Aujourd’hui la donne est légèrement différente car il faut tenir compte des émissions de gaz à effet de serre.

Je dis à dessin ‘légèrement différente’ car même si l’intention est noble, il n’y aura pas d’évolution dans cette direction sans un modèle économique viable (lire profitable) pour les investisseurs.

Le problème de base est similaire à celui des énergies renouvelables. Le marché énergétique actuel est centralisé et contrôlé par des multinationales qui s’assurent de maintenir leurs quasi-monopoles pour faire croître leurs profits. Dans ce contexte, une centrale thermique de 500MW qui voudrait faire de la co-génération devrait diffuser sa chaleur résiduelle sur quelques centaines de milliers de logements, ce qui est peu réaliste.

J’ai déjà mentionné dans un article précédent que le besoin d’une forte décentralisation de la production d’énergies renouvelables allait conduire à une plus grande démocratisation de la production d’énergie. Cela demeure vrai pour la co-génération.


L’autonomie énergétique d’un grand bâtiment

Considérez la figure jointe. Un immeuble de grande taille installe une génératrice électrique fonctionnant au gaz, celle-ci est suffisamment puissante pour couvrir la demande électrique du bâtiment.

Les gaz d’échappements de la génératrice, très chaud, sont expulsés dans un réservoir thermique qui, dans le cas d’un immeuble en hauteur, aurait la taille d’une cage d’ascenseur. Ce réservoir sera le lieu d’une grande quantité d’échanges de chaleur qui ne seront pas nécessairement synchrones avec la production d’électricité. Nous fabriquerons donc une aire d’écoulement intérieur importante emballée dans une épaisse structure de béton qui elle sera bien isolée, le but étant de maintenir une température interne de l’ordre de 200 degrés centigrade avec une bonne inertie thermique.

Nous introduisons des échangeurs de chaleur ‘A’ dans notre réservoir thermique pour chauffer le bâtiment à demande. Notons qu’il ne s’agit pas de thermopompe, le mécanisme requis est donc minimal. Nous avons aussi des échangeurs ‘B’ qui assurent le chauffage de l’eau, et des échangeurs ‘C’ qui utilisent la chaleur pour climatiser l’immeuble en été. Ce dernier procédé est peu efficace, mais rentable si la chaleur utilisé est gratuite.

Le bilan économique

Au départ, la valeur de l’électricité produite n’est pas associée au prix d’achat de l’électricité par le réseau, mais au prix de vente aux consommateurs. Il y aura donc un gain de 3 à 10 c/KWh, dépendamment du marché local, qui justifiera généralement l’ensemble du coût des installations. Si nous acceptons que la totalité du système est amorti par la production d’électricité, le bilan économique est simple : Le chauffage, l’eau chaude et la climatisation sont gratuits. Cette très importante réduction des coûts d’opérations (ou augmentation des revenus) pourrait aller jusqu’à doubler la valeur marchande de certains immeubles commerciaux!

Le bilan carbone

Dans un contexte où l’électricité locale est propre (hydroélectricité ou nucléaire), une augmentation de l’efficacité des échanges de chaleur pourrait signifier une réduction de l’empreinte carbone du chauffage de 10 à 15%. Dans un environnement où l’électricité est d’origine fossile, le bâtiment propose alors une réduction d’émission de GES de 50 à 60%.

La bi-énergie

Puisque la génératrice produit de l’électricité en fonction de la demande, il est facile de la jumeler avec des composantes d’énergies solaires ou éoliennes qui seraient associées à l’immeuble. La puissance installée des sources d’énergies propres pourrait même être importante car si occasionnellement leurs productions excédaient les besoins de l’immeuble, celles-ci pourraient être transformées en chaleur et être entreposées dans le réservoir thermique.

Pourquoi cela ne se fera probablement pas

Il n’y a pas d’innovation technologue importante dans ce modèle, alors pourquoi n’est-il jamais appliqué?

Comme mentionné plus haut, c’est toujours une question d’argent. Le législateur encaisse des droits importants sur l’électricité et le gaz, ses revenus seraient donc coupés de moitié dans ce modèle. Il est probable que le cadre réglementaire requis pour ce genre d’installation ne sera jamais à l’ordre du jour.

De plus, là où les immeubles sont chauffés au gaz, il y a de forte chance pour qu’une bonne partie de l’électricité du réseau aie aussi cette origine. Il est donc peu probable que cette industrie mettra elle-même de l’avant des solutions qui réduirait sa demande globale.

 

MODÈLE D’AFFAIRE D’HYDRO-QUÉBEC POUR L’EXPORTATION.

Résumé d’un mémoire présenté à la commission sur les enjeux énergétiques du Québec.

Tous conviennent de la nécessité d’augmenter de façon très importante la production d’énergie propre pour combattre la production de gaz à effet de serre, et de façon générale, pour réduire la pollution générée par la combustion d’énergie fossile.

La production d’énergie propre fait face à plusieurs problèmes qui peuvent se résumer en deux mots ; des coûts de production trop élevés et une disponibilité aléatoire ou insuffisante.

Le contexte

Les trois principales sources d’énergie propre sont l’hydroélectricité, l’éolien et le solaire. Mis à part le solaire qui est presque inexistant au Québec, le nouvel éolien et les nouveaux barrages hydrauliques produisent de l’électricité à des coût qui approche lentement la parité. Cette équivalence de coût est nécessaire pour favoriser une hybridation du système de production d’électricité. Alors que l’hydraulique offre un levier formidable pour compenser le caractère aléatoire de l’éolien et du solaire, il est impensable pour l’instant d’introduire dans le réseau de façon transparente de l’électricité hydraulique patrimoniale à 2c le KWh, de l’énergie éolienne à 11c et du solaire à 20-35c.

Le nouvel éolien et le nouvel hydraulique pourrait être introduit dans le réseau de distribution de façon transparente. Un barrage de 1000 MW pourrait être jumelé à 2000 MW de fermes éoliennes, et offrir une production 100% modulable équivalente à celle d’un barrage de 2000 MW. La seule contrainte physique, le barrage doit être muni de plus de turbines.

Dans un contexte où le Québec a une capacité de production électrique supérieure à ses besoins, et où une nouvelle production hybride d’énergie propre n’est pas compétitive avec l’énergie fossile américaine, cette merveilleuse opportunité est inutile.  

La proposition 

« On peut dire que près de 100% de l’électricité consommé au Québec est livré à partir des plus grands accumulateurs d’énergie électrique au monde »

On ne parle pas ici de pompage/turbinage, mais d’un système d’accumulation 100% efficace. Nous avons besoin d’électricité, nous ouvrons une valve, la demande baisse, nous fermons la valve.

« C’est notre capacité d’accumulation électrique qu’il faut vendre à l’exportation. »

Les américains (et les ontariens) ont investi de façon massive dans l’éolien, mais ils restent pris avec le problème de l’intermittence qui les empêche de fermer des centrales électriques à énergie fossile, même si certaines sont désuètes.

Plutôt que de tenter de vendre des nouveaux blocks d’énergie à l’exportation, il faut favoriser les échanges à parités. Par exemple, nous acceptons de livrer à demande 10 TWh d’électricité à l’un de nos voisins, et en échange nous acceptons d’acheter les même 10 TWh lorsqu’ils sont en situation de surplus. Il est déjà commun de payer plus cher pour l’électricité à demande en période de pointe, cette tendance va s’accentuer avec l’augmentation de la production d’énergie intermittente, (éolien et solaire) et les cas de surplus par période de grand vent sont connus en Europe. 

La vente d’électricité à 6c/KWh en période de forte demande permettrait à nos voisins de limiter la pression sur les ‘spot prices’ des périodes de pointes. Un achat des surplus de nos voisins, par exemple la nuit ou par grand vents, pourrait se faire à 3c/KWh, ce qui nous permettrait d’approvisionner la province à un coût comparable à celui de nos barrages patrimoniaux, mais en conservant notre hydroélectricité pour plus tard.

Une telle entente nous procurerait donc un bénéfice de 3 c/KWh, sans faire aucune ponction sur nos réserves énergétique.

Cette stratégie comporte aussi un levier politique important. Nos voisins du sud prennent très au sérieux, et avec raison, leur sécurité énergétique. Ce protectionnisme a été et demeure un obstacle à l’exportation d’électricité par Hydro-Québec. Dans un contexte d’échange paritaire, il n’y a aucune importation nette d’énergie, donc à priori la résistance politique tombe.

Les contraintes physiques

Cette stratégie commerciale n’est pas sans coût. Bien que le Québec aie des surplus de capacité électrique, nous avons encore une capacité de pointe insuffisante. Pour pouvoir offrir des échanges d’électricité à ses voisins, Hydro-Québec devra :

1-    Investir dans la capacité de pointe de production d’électricité de ses barrages. Par exemple un barrage ayant huit turbines pourra être augmenté à douze turbines. Sans augmenter la capacité annuelle, qui est tributaire du flux de la rivière harnaché, nous augmentons la capacité ponctuelle de production. Par contre, toute l’installation de base restant la même, le coût de cet ajout ne devrais pas dépasser les 10 ou 15% de ceux d’un nouveau barrage.

Peut-être n’est-il pas trop tard pour modifier la fonction des barrages de La Romaine?

2-    Il faudra aussi investir dans la capacité du réseau de distribution. Le réseau d’Hydro-Québec comporte beaucoup de redondances qui faciliteront la transition, mais la capacité de plusieurs segments devra être augmenté.

Dans le contexte d’un échange important d’électricité avec un profit net de 3 c/KWh, Hydro-Québec pourrait investir massivement pendant 5-7 ans et générer une activité économique supplémentaire très importante. Par la suite, les profits pourront être redistribué à son actionnaire.

Pour un Québec plus prospère,

François Gagnon  ing.

Président, Wind-Do Inc.