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Couplage chaleur-force (CCF)
CCF – Couplage chaleur-force (ou cogénération)
Un bâtiment consomme de la chaleur et de l'électricité. Et c'est pendant les jours gris et très froids d'hiver qu'il en a le plus besoin – et des deux en même temps. Or, l'hiver, c'est aussi la saison où le soleil est le moins présent pour donner de l'énergie aux capteurs thermiques et photovoltaïques. Et c'est aussi la saison où les centrales hydroélectriques et nucléaires du pays ne suffisent pas à couvrir la demande accrue de courant: la Suisse doit importer de l'étranger (surtout d'Allemagne) de l'électricité produite notamment dans des centrales thermiques qui brûlent des combustibles fossiles et dégagent donc beaucoup de pollution et de CO2. Comme ce courant provient de loin, il subit des pertes sur la longueur des lignes de transport.
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Une installation CCF (couplage chaleur-force) produit simultanément de la chaleur et de l'électricité. Ici, la chaleur du moteur à piston et de l'échappement est récupérée pour alimenter le circuit de chauffage; un générateur entraîné par le moteur produit de l'électricité pour le bâtiment et/ou le réseau électrique.
Production simultanée de chaleur et d'électricité
En Suisse, la très grande majorité des bâtiments sont chauffés avec des chaudières à mazout ou à gaz. Ces chaudières ont fait de gros progrès techniques au cours des dernières années pour utiliser au mieux leur combustible. Malgré tout, brûler du mazout, du gaz naturel – ou même du bois – pour chauffer un bâtiment reste un gaspillage sur le plan de la thermodynamique: le processus de combustion passe par une flamme à plus de 1000°C pour transférer finalement de l'énergie à un circuit d'eau de chauffage qui n'en demande pas autant: 30 à 70°C suffisent suivant le bâtiment.
Pour tirer le meilleur parti d'un combustible, il vaut théoriquement mieux l'utiliser dans une installation qui produit simultanément de la chaleur et de l'électricité (CCF, couplage chaleur-force), et utiliser une partie de cette électricité pour actionner une (des) pompe(s) à chaleur. Au bilan final, c'est comme si la chaudière fournissait, en plus de la chaleur, un tiers gratuit d'énergie électrique.
Ainsi une installation CCF peut avoir un bilan énergétique et environnemental bien meilleur que si on produit séparément de la chaleur avec une chaudière à combustible en Suisse, et de l'électricité à l'autre bout de l'Europe avec une centrale thermique. Mais, dans la pratique, les besoins de chaleur et d'électricité ne sont pas toujours synchrones, si bien qu'une CFF est rarement une bonne solution individuelle. Par contre, elle peut être très efficace si elle est bien gérée au sein d'un parc de bâtiments reliés par un réseau de chaleur à distance, ou si l'électricité qu'elle produit sert à alimenter des bâtiments qui utilisent des pompes à chaleur.
La planification énergétique territoriale tire le meilleur des CCF
Le principe du "couplage chaleur-force" (CFF) est connu depuis longtemps, et un millier d'installations différentes en taille et en technologie existent dans le pays. Elles fonctionnent avec un moteur à pistons ou une turbine à vapeur (au mazout, au diesel, au bois, au gaz naturel/biogaz), couplé à un générateur d'électricité. La chaleur du moteur et des gaz d'échappement est récupérée pour servir au chauffage des bâtiments, à la production d'eau chaude ou à des processus industriels. Des installations CCF équipent notamment des stations d'épuration ou de compostage: elles consomment le biogaz produit par la fermentation des boues et des déchets végétaux.
Pour des raisons de rentabilité économique, une grande installation CCF doit tourner de 3000 à 5000 heures dans l'année, soit un temps plus long que la période de chauffage. On la dimensionne généralement pour couvrir les besoins en chaleur de base des bâtiments et non pas la totalité – ce qui lui permet de tourner à un régime constant. D'autres sources de chaleur sont donc nécessaires pour couvrir les pics de demande.
Pour profiter pleinement des avantages des installations CCF, il faut donc une planification énergétique territoriale qui prenne en compte les besoins en chauffage et en électricité, tout en considérant les impacts sur l'environnement. Une vision d'ensemble est d'autant plus nécessaire que le marché propose désormais des petites installations CCF au gaz naturel/biogaz et à pellets de bois pour les petits immeubles ou les maisons individuelles: les "chaudières électrogènes" (l'électricité est produite par un mouvement mécanique ou avec des piles à combustible). Si le courant n'est pas utilisé dans le bâtiment, il peut servir à alimenter la pompe à chaleur de son voisin, ou être injecté dans le réseau selon un contrat de rachat avec la compagnie locale d'électricité, comme c'est le cas avec les panneaux solaires photovoltaïques.
Une installation CCF est au bon endroit :
- Si elle est intégrée dans la planification énergétique territoriale.
- Si sa chaleur et son électricité sont utilisées intégralement.
- Si, en plus de chauffer un (des) bâtiment(s), une partie de son électricité permet de remplacer des chaudières à mazout ou à gaz par des pompes à chaleur, augmentant ainsi le rendement du combustible pour le chauffage et abaissant les émissions totales de polluants et de CO2.
- Si, par nécessité d'utiliser ou de vendre sa chaleur, elle ne décourage pas l'isolation du (des) bâtiment(s) et la pose de capteurs solaires.
www.powerloop.ch, Association professionnelle (CCF, Power to Gas, alimentation de secours)
www.biomassesuisse.ch, Association Biomasse suisse
www.svgw.ch, Société suisse de l'industrie du gaz et des eaux