Dans cette tâche, nous nous intéresserons de plus près à la 4e génération d’énergie urbaine et aborderons les grands principes de ces systèmes durables. Depuis ses modestes débuts à la fin du XIXe siècle, l’énergie urbaine fournit une énergie fiable et rentable. Aujourd’hui, la production centralisée d’eau chauffée ou réfrigérée est l’une des clés pour surmonter les défis de l’urbanisation rapide et du changement climatique. Cependant, l’énergie urbaine est encore en plein évolution et d’intenses travaux de recherche ont ouvert la voie aux énergies dites de 4e génération– un système écoénergétique innovant à fort potentiel. Mais quelles sont les différences entre la 4e génération et celle que nous utilisons aujourd’hui ?

Eh bien, la principale caractéristique des systèmes d’énergie urbaine de 4e génération est une température d’alimentation en eau plus basse. Comme les bâtiments sont de plus en plus économes en énergie, il sera possible d’abaisser considérablement la température de l’eau – sans compromettre le confort du consommateur. Aujourd’hui, l’alimentation en eau est généralement de 90 °C, mais pour aider à réduire les pertes de chaleur, les systèmes de 4e génération permettent d’abaisser cette température à seulement 50 °C. Il en va de même pour la climatisation urbaine – ici seulement, la température d’alimentation passera d’environ 6 °C à 12 °C.

Ces nouveautés en matière de température de l’eau présentent des avantages indéniables :

– Tout d’abord, il faut moins d’énergie pour chauffer ou refroidir l’eau, ce qui permet de réduire les coûts et les émissions de CO2.

– D’autre part, cela réduit les pertes d’énergie dans le réseau de distribution, qui surviennent dans les tuyaux sous la forme de pertes thermiques.

– Enfin, la tuyauterie subit bien moins de contrainte thermique, de manière à empêcher les fuites et à augmenter la durée de vie du système.

On constate toutefois un autre avantage essentiel : L’alimentation en eau à basse température dans le chauffage urbain permet à la centrale d’énergie urbaine d’accroître sa part des sources d’énergie renouvelable et d’inclure des sources à basse température comme l’énergie géothermique. Elle augmente également l’efficacité des capteurs solaires thermiques, de l’énergie éolienne et de la chaleur excédentaire de process industriels. De cette façon, les centrales peuvent s’appuyer sur une combinaison de sources accessibles localement pour soutenir une production durable. 

Les centrales d’énergie urbaine de 4e génération auront également la possibilité de stocker la chaleur excédentaire sur de longues périodes. Par exemple, le stockage saisonnier dans de grands puits souterrains dotés d’une forte isolation permet aux centrales de collecter l’énergie solaire durant l’été pour chauffer les maisons pendant l’hiver. Cette utilisation d’une énergie qui, sans cela, serait gaspillée, est un aspect important de l’amélioration de la durabilité dans ce secteur.

On trouve un autre point de vue intéressant sur la 4e génération du chauffage urbain, qui est le concept de producteurs consommateurs. Un producteur consommateur est un consommateur d’énergie qui contribue également à la production d’énergie, par exemple, en consommant de l’énergie sur un réseau, avant de renvoyer de l’énergie sur ce même réseau. Pour créer des producteurs consommateurs, l’un des moyens possibles consiste à installer des panneaux solaires sur les bâtiments ou à utiliser la chaleur excédentaire renvoyée par les petits utilisateurs. L’intégration des producteurs consommateurs augmentera la production globale d’énergie verte sans augmenter l’empreinte CO2 et permettra de réduire les coûts énergétiques du côté du consommateur.

Alors que toutes ces perspectives ouvrent de grandes opportunités pour réduire notre consommation énergétique à l’échelle mondiale, il y a encore quelques défis à relever. Par exemple, lorsque vous réduisez la température d’alimentation en eau, vous obtenez un delta T inférieur. À cause de ce delta T inférieur, vous courez le risque que les consommateurs à l’extrémité opposée du réseau n’atteignent pas la pression différentielle minimale, à moins que les centrales n’augmentent la pression du côté de l’approvisionnement.

Cependant, ce défi peut être surmonté en appliquant les principes de l’Énergie Urbaine Dynamique : 

Au lieu de compter sur une seule pompe d’approvisionnement puissante à la centrale, l’énergie urbaine dynamique utilise une variété de pompes qui opèrent sur le trajet de l’eau vers le consommateur. Ce faisant, les pompes peuvent fonctionnent à vitesse bien inférieure et en économisant plus d’énergie. À l’aide de pompes à vitesse variable pour alimenter de plus petites sections de la grille, le système est également capable de s’adapter aux exigences réelles au lieu de fonctionner à plein régime. Un fonctionnement à plein régime peut provoquer une réduction de la pression dans le réseau, ce qui augmente le risque de fuites.

En résumé :

La 4e génération d’énergie urbaine fournit une eau chauffée à basse température et une eau réfrigérée à plus haute température aux bâtiments économes en énergie. Cela diminue la consommation et le gaspillage d’énergie, tout en augmentant la durée de vie du système et l’adaptabilité à différents types de combustibles. Les sources d’énergie renouvelable, le stockage saisonnier, les producteurs consommateurs et l’utilisation stratégique des pompes à vitesse variable permettent d’affirmer que la 4e génération de chauffage urbain est une solution viable pour faire face aux grands défis énergétiques du XXIe siècle.