Exemple de pratique

Hybridbox : la fusion intelligente de l'électricité solaire, de la chaleur et de la mobilité

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La boîte hybride innovante redéfinit l'approvisionnement en énergie des bâtiments modernes : grâce à l'interaction parfaite entre la centrale de cogénération et la pompe à chaleur, l'électricité solaire est utilisée de manière optimale et stockée de manière saisonnière, ce qui garantit dans la maison solaire futuriste de l'Umwelt Arena Schweiz un approvisionnement en chaleur, en électricité et en froid hautement efficace, à faibles émissions et adapté aux besoins.
«Les exigences énergétiques qui se posent dans un bâtiment sont multiples», explique Walter Schmid. «Nous avons besoin de chaleur ambiante, d'eau chaude, d'électricité et éventuellement de refroidissement. Pour répondre à ces besoins, nous disposons aujourd'hui de différentes technologies, généralement des appareils testés et éprouvés. Mais l'objectif était depuis longtemps de réaliser ici une combinaison systématique qui allie les avantages respectifs et exploite les complémentarités judicieuses».»

Combinaison des technologies

Tant le couplage chaleur-force avec le développement des centrales de cogénération que le succès des pompes à chaleur sont des éléments pour lesquels l'interaction mutuelle a été comprise il y a des années déjà comme une voie souhaitable vers encore plus d'efficacité. La réalisation de solutions combinées adaptées à une application dans le domaine du bâtiment s'est toutefois fait attendre longtemps. Jusqu'à ce que Walter Schmid, inventeur de Kompogas et initiateur de l'Arène de l'Environnement, lance la boîte hybride en tant qu'innovation. En collaboration avec des partenaires engagés (ABB, CTA, AVESCO, PRO-ENERGIE Projekt- und Energiemanagement GmbH, RZ Energiemanagement GmbH), il a réalisé l'association compacte d'une pompe à chaleur avec une petite centrale de cogénération ainsi qu'une commande et une utilisation de la chaleur résiduelle appropriées. La première version de la boîte hybride a bientôt pu être présentée comme nouveauté à l'Umwelt Arena Schweiz. Elle est désormais utilisée dans une maison solaire nouvellement construite.

Réduction des émissions garantie

«La centrale de cogénération intégrée peut être alimentée en biogaz ou en méthane renouvelable et fonctionne alors avec un bilan CO2 neutre à 100%», explique Roger Balmer. Mais elle peut aussi fonctionner avec du gaz naturel conventionnel et, en combinaison avec la pompe à chaleur intégrée, elle permet de réduire les émissions de CO2 de moitié environ. Aujourd'hui, la boîte hybride est disponible en trois niveaux de puissance (30, 60 et 240 kW) et peut donc être utilisée dans des immeubles collectifs de moyenne et grande taille, des zones résidentielles, des bâtiments commerciaux et administratifs ainsi que des bâtiments classés monuments historiques.

La réduction de la consommation d'énergie primaire repose sur l'utilisation de sources de chaleur environnementales ou de rejets thermiques par la pompe à chaleur, qui a été conçue comme une unité spéciale sol-eau. Il est possible d'utiliser l'air extérieur, les rejets thermiques ou toutes les autres sources de chaleur accessibles via une eau glycolée. Grâce à l'association avec un système interne de récupération de chaleur, un rendement élevé peut être atteint même à basse température. Avec la centrale de cogénération, la boîte hybride offre des températures de départ jusqu'à 80 °C pour l'eau chaude sanitaire. De plus, la pompe à chaleur permet de soutenir des processus de refroidissement jusqu'à -14 °C.

Grâce à son système de commande moderne, la boîte hybride peut réagir de manière flexible à l'offre et à la demande d'électricité existantes, le fonctionnement géré par la chaleur mettant toujours l'accent sur un approvisionnement en chaleur adapté aux besoins de chaque bâtiment avec un accumulateur de chaleur dimensionné en conséquence.

Boîte hybride dans le projet de phare solaire à Zurich-Leimbach

«Dans l'immeuble d'habitation de la Zwirnerstrasse à Zurich-Leimbach, la boîte hybride est au cœur du système énergétique exemplaire», explique Roger Balmer. «La chaleur et l'électricité sont fournies dans la centrale énergétique pour les onze appartements de la maison solaire. Après l'immeuble d'habitation autosuffisant en énergie de Brütten, Umwelt Arena Schweiz a de nouveau montré, avec ce nouveau projet phare, une solution d'avenir pour l'approvisionnement énergétique des bâtiments à faibles émissions. Et au milieu de tout cela se trouve la boîte hybride».»

L'immeuble collectif équipé sur le toit et les façades de plus de 1 000 modules photovoltaïques de même dimension produit de l'électricité solaire, l'excédent estival étant transformé en méthane renouvelable dans une installation Power-to-Gas externe avec un apport de CO2 et stocké temporairement dans le réseau de gaz naturel suisse existant. De cette manière, l'électricité solaire produite en trop peut être déplacée de manière saisonnière et utilisée pour la mise à disposition d'énergie en hiver. Toutefois, si l'électricité solaire est disponible en quantité suffisante un jour d'hiver ensoleillé, elle est directement utilisée par la pompe à chaleur de la boîte hybride. Dans le cas contraire, la boîte hybride passe au mode gaz de la centrale de cogénération et utilise le méthane stocké dans le réseau. La centrale de cogénération intégrée produit alors de la chaleur et de l'électricité, l'éventuel surplus d'électricité pouvant être utilisé pour la mobilité électrique des habitants ou être injecté dans le réseau électrique public. Mais le gaz électronique produit peut également être utilisé pour les véhicules fonctionnant au gaz.

Le couplage chaleur-force, sur lequel repose la boîte hybride, remplit de manière optimale la mission de production simultanée de chaleur et d'électricité dans le bâtiment. En combinaison avec une pompe à chaleur adaptée, qui utilise la chaleur ambiante ou les rejets thermiques, il est possible d'obtenir des gains d'efficacité et de réduire les émissions.

Contact :
Walter Schmid
Environnement Arena Suisse
CH-8957 Spreitenbach
arèneenvironnementale.ch

Roger Balmer
PRO-ENERGIE Gestion de projets et d'énergie GmbH
CH-8370 Sirnach
pem-gmbh.com
roger.balmer@pem-gmbh.com
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