Illustration : Getty, montage RE.
La cogénération a tout pour plaire. Elle peut alimenter toute une copropriété à la fois en chaleur et en électricité, en une seule installation moderne et compacte. Si la plupart des systèmes de cogénération utilisent aujourd’hui du gaz fossile, elle peut aussi utiliser des combustibles renouvelables. Son rendement global peut dépasser les 90 %. Mais pourquoi n’est-elle donc pas plus répandue, notamment en France ?
La cogénération permet de produire de l’électricité à partir d’un combustible, par exemple du gaz, tout en valorisant les pertes thermiques, par exemple pour le chauffage d’un bâtiment ou pour l’eau chaude sanitaire. Les cogénérateurs couvrent une large gamme de puissance, et notamment les plus petites puissances : mini-cogénération entre 50 et 500 kWe (« kilowatt électrique ») et micro-cogénération pour les puissances inférieures à 50 kWe. Ces deux dernières gammes permettent d’installer des équipements de cogénérations à l’échelle de copropriétés.
L’exemple d’une copropriété de 500 habitants
Le 4 septembre 2008, lors de l’assemblée générale des copropriétaires des « Floralies B » en Belgique, la décision est prise d’investir dans un système de cogénération pour couvrir simultanément les besoins en eau chaude, chauffage et… électricité. La copropriété a été construite en 1975 à proximité de Bruxelles. Il s’agit d’un immeuble de 13 étages comportant 190 appartements et occupé par près de 500 habitants. Ce sont plus de 2 300 MWhth/an (mégawattheures thermiques par an) de gaz naturel qui sont utilisés pour le chauffage de l’immeuble, pour un coût de 96 000 €/an, tandis que la consommation d’eau chaude sanitaire s’élève à 3 500 m³/an. L’électricité consommée pour les parties communes de la copropriété se chiffre à 112 MWhe/an.
Il y a été installé un cogénérateur au gaz naturel capable de produire 114 kWth de chaleur et 70 kWe d’électricité. Ce cogénérateur fonctionne approximativement 6 380 heures/an et produit environ 730 MWhth/an et 446 MWhe/an. Le rendement électrique net s’élève à 34,5 % tandis que le rendement thermique net est à 56,5 %. Du fait de son rendement global très élevé, cette installation économiserait annuellement 72 tonnes de CO₂.
Installation du cogénérateur aux Floralies B en Belgique / Images : Bruxelles Environnement
Les avantages de la cogénération en copropriété
Les avantages financiers sont de quatre types :
- Économies sur la facture de l’électricité, qui n’est pas achetée sur le réseau.
- Vente du surplus d’électricité éventuel au réseau.
- Gain sur la facture de chauffage, induit par la chaleur récupérée du générateur, qui n’a donc pas à être produite par une chaudière.
- Gain issu de la revente des certificats verts (en Belgique) octroyés pour la production d’électricité en cogénération. Les charges quant à elles sont constituées par l’achat du combustible pour le cogénérateur, l’amortissement de l’investissement, modulé des aides éventuelles et les coûts d’entretien de l’installation.
Dans le cas des Floralies, le gain annuel net s’élève à près de 30 000 €/an. Le coût d’investissement a été de l’ordre de 160 000 €, duquel il faut déduire une prime de 20 % de la région. Le temps de retour a donc été inférieur à cinq ans.
Il existe de nombreux exemples de copropriétés qui ont installé un cogénérateur, également en France. Pour citer un autre exemple, évoquons le quartier « du Mess » à la Rochelle, d’une centaine de logements sociaux construits sur l’ancien site militaire du « Cercle des Cordeliers ». Une chaufferie collective de deux chaudières à condensation de 187 kWth y est associée avec un cogénérateur au gaz naturel qui délivre 39 kWth de chaleur et 20 kWe d’électricité. L’installation du système de cogénération a notamment permis au projet d’obtenir le label « Effinergie+».
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Le bon dimensionnement de l’installation par rapport aux besoins réels est une étape aussi primordiale que difficile, car un cogénérateur doit être dimensionné de façon à valoriser en même temps la chaleur et l’électricité produites simultanément. Cependant, en regard de cette production, les besoins en chaleur et en électricité ne sont quant à eux pas nécessairement coordonnés dans des proportions entre chaleur et électricité égales à celles fournies par le cogénérateur.
Pour réduire ces contraintes d’adéquation entre la production et la demande pour les deux formes d’énergie à la fois, l’installation peut être reliée à un réseau externe. Typiquement, le surplus d’électricité peut être revendu à un réseau électrique, et, plus rarement, le surplus de chaleur peut être revendu à un réseau de chaleur. Toutefois, ces connexions ne sont pas toujours disponibles, et lorsque c’est le cas, des contraintes particulières peuvent s’appliquer et rendre l’injection difficile. De plus, en règle générale, le prix de vente de l’énergie injectée dans le réseau est plus faible que le prix d’achat de cette même énergie.
Cela conduit à chercher un dimensionnement du cogénérateur qui permette d’autoconsommer au maximum les deux formes d’énergie. Cela revient à maximiser le facteur de charge de l’installation. Dans l’exemple des Floralies B cité ci-dessus, cela a conduit à limiter le cogénérateur à la couverture des besoins en électricité des parties communes uniquement. Ce principe de dimensionnement conduit donc à prévoir une installation petite par rapport à l’ensemble des besoins du site.
Pour réaliser le dimensionnement, des sociétés vendent des prestations d’étude au préalable de l’installation de cogénérateur. Elles s’adressent généralement aux ensembles immobiliers de taille importante, comme des copropriétés, des logements sociaux, des hôpitaux, des installations de sport ou des piscines.
Un cogénérateur Smartblock / Image : CogenGreen.
De la cogénération à l’hydrogène et aux agrocarburants ?
Cogengreen chiffre les gains pour les copropriétés aux valeurs suivantes : une réduction jusqu’à 30 % de la facture énergétique, un temps de retour sur investissement de 3 à 5 ans en fonction de la taille et la localisation du projet et une réduction de 25 % des émissions de CO₂.
Par ailleurs, les cogénérateurs peuvent fonctionner avec toutes sortes de combustible : essence, diesel, bois, biomasse, mais en copropriété, le gaz naturel, le biogaz ou l’huile végétale sont recommandés. On peut noter à ce titre que la société Smartblock déclare « H2 ready » ses cogénérateurs de 7,5 kWe à 75 kWe. Ils ont été en effet testés avec un taux d’hydrogène de 10 % à 40 % dans le gaz naturel et ont montré des performances comparables au gaz fossile seul.
Parmi les sociétés s’occupant de cogénérateurs pour des copropriétés, citons également la société Go4green. Cette société belge propose de financer l’installation sur ses fonds propres. Cela permet notamment de réduire les difficultés des débats relatifs aux investissements en conseils de copropriété, débats rendus d’autant plus difficiles du fait des règles de majorité en vigueur.
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Au-delà de l’installation de cogénérateurs en copropriété, il y a un autre point commun qui relie les deux sociétés CogenGreen et Go4green [1] : elles sont belges. En effet, la réglementation en Belgique, notamment à Bruxelles, est favorable à la cogénération, notamment par le fait qu’elle permet de générer des certificats verts (quelques détails ici). Ces certificats verts sont revendus selon un prix de marché aux fournisseurs d’électricité, lesquels se voient imposer un quota d’achat annuel de ces mêmes certificats. L’utilisation d’agrocarburants permet d’augmenter la quantité de certificats verts générés – au prix toutefois d’une facture d’achat de combustible plus élevée.
La cogénération ne s’est toutefois pas beaucoup développée en France. En particulier, le contrat C16 d’obligation d’achat par EDF a été abrogé en 2021. Il permettait de revendre l’électricité en surplus à un tarif compris entre 135 et 150 €/MWh. Aujourd’hui, il n’est plus possible de bénéficier d’un mécanisme d’obligation d’achat pour des installations de petite taille. Les copropriétés déjà engagées conservent toutefois leur contrat. C’est pourquoi l’on constate, en début et fin de saison froide, une variation brutale de la part du gaz dans la production électrique nationale. Dans le graphique ci-dessous, l’on observe ainsi l’impact de l’arrêt des cogénérateurs sous contrat, le 1ᵉʳ avril à 2 h du matin, parmi la filière française de production d’électricité au gaz.
Le 1ᵉʳ avril, la plupart des cogénérateurs de France n’injectent plus leur production sur le réseau. La part du gaz dans le mix électrique chute donc brutalement / Image : RTE Eco2Mix.
On peut penser en effet que les très faibles émissions du secteur électrique en France rendent peu pertinent la cogénération, du strict point de vue des émissions carbone. L’électricité produite en cogénération viendrait alors en substitution de sources d’électricité moins carbonées comme le nucléaire, l’hydraulique, l’éolien et le solaire. Pour le reste, une copropriété qui souhaiterait investir dans un cogénérateur pour d’autres raisons, notamment si elle a accès à une source biomasse à faible coût, ne pourrait donc la valoriser qu’en autoconsommation.
[1] nous ne disserterons pas sur le point commun supplémentaire entre les deux sociétés, et qui réside dans le choix d’inclure le mot « green » dans leur nom, choix qui, s’il devait être discuté, concernerait alors beaucoup d’entreprises…
Commentaires
Des certificats verts pour du gaz, voilà tout est dit.
Merci pour cet article ! En le lisant je me suis posé la question de la différence au niveau intensité carbone avec une pompe à chaleur pour l'ensemble de la copropriété. J'avais l'intuition qu'utiliser un gaz fossile serait de toutes façons néfaste (sans même se poser la question la question des rejets de NOx et SOx, dangereux pour la santé), mais je n'avais pas fait l'analyse en détail. Voici quelques chiffres.
La combustion d'1 kWh d'énergie contenu dans du gaz natural produit 180g CO2e. Avec un rendement thermique de 56.5% on doit donc brûler 1.77 kWh de gaz pour créer 1 kWht, soit 318.58 g CO2e, tout en créant aussi 610 Whe (vu les 34.5% de rendement électrique). Pour créer les 730 MWht annuel on relachera donc 232 536 kg CO2e dans l'atmosphère. On produira aussi 446 MWhe qui, en remplaçant l'équivalent de l'éléctricité utilisée sur le réseau prévient la dépense en France de 101 gCO2e/kWhe (moyenne 2022) soit 45 046kg CO2e pour les 446MWhe (sans compter les pertes de transport). On arrive donc à un total de 187490 kg CO2e (avec la moyenne 2022 de la Belgique on arrive à 154040kg CO2e). C'est sans compter les fuites de gaz pendant le transport et le stockage qui augmentent l'intensité carbone de l'énergie finale.
Faisons maintenant le même calcul avec une pompe à chaleur. Les pompes à chaleur ont un SCOP variant de 2 à 5 (généralement plutôt de 3 à 4 apparemment). Un kWhe d'entrée produit donc de 2 à 5 kWht de sortie. Pour produire les 730 MWht il faudrait donc entre 365MWh et 146MWh prélevé sur le réseau. Cela correspondrait pendant l'année 2022 à entre 36865 kg CO2e et 14746 kg CO2e en France (en utilisant la moyenne 2022 encore). Pour la Belgique ça donne entre 64240 kg CO2e et 25696 kg CO2e.
Dans tous les cas de figure on a donc une économie de CO2 majeure en utilisant une pompe à chaleur plutôt que du gaz en cogénération (même en ayant compté le CO2 évité par la production d'éléctricité en cogénération donc). On peut aussi noter que l'ensemble des pays du monde sont engagés (avec plus ou moins de célérité selon les régions, mais de manière rapide en Europe en tout cas) dans la réduction de l'intensité carbone de leur production éléctrique, ce qui va amener les pompes à chaleur à être encore plus vertueuse d'un point de vue CO2 dans les années qui viennent, ce qui n'est pas le cas pour le gaz.
Je suis conscient du fait que l'installation d'une pompe à chaleur en habit collectif ancien n'est pas toujours possible (pour des raisons techniques ou économiques), mais il me semble évident qu'il s'agit d'une option à considérer avant la cogénération si des travaux doivent être effectués. On pourra aussi rajouter que de plus en plus d'endroits interdisent le gaz dans le logement neuf (en France il est interdit en individuel depuis 2022 et sera interdit en collectif au 1er Janvier 2024, New York vient de prendre l'interdiction de l'interdire en 2026 (complètement, y compris pour la cuisine), voir https://edition.cnn.com/2023/05/03/us/new-york-natural-gas-ban-climate/index.html).