Qu’est‑ce que le stockage d’énergie thermique?

Le stockage d’énergie thermique (TES) permet de conserver l’énergie lorsqu’elle est abondante et de l’utiliser lorsqu’elle est la plus nécessaire, améliorant l’efficacité et la fiabilité des systèmes de chauffage et de refroidissement. On peut l’ajouter à un système de chauffage ou de refroidissement existant, agissant comme une batterie thermique pour gérer l’utilisation énergétique.

La batterie thermique se charge durant les périodes creuses en accumulant du chauffage (ou du refroidissement) pour une utilisation ultérieure. Ensuite, lorsque la demande est élevée durant les heures de pointe, l’énergie stockée est déchargée dans le système pour fournir chauffage (ou refroidissement) au besoin.

Ce concept n’est pas nouveau; il a été largement adopté en Amérique du Nord dans plusieurs applications — des patinoires aux universités, en passant par les réseaux d’énergie de quartier.

Il existe deux types de TES :

• le stockage saisonnier, qui compense les écarts entre l’été et l’hiver;
• le stockage quotidien, qui gère les écarts jour‑nuit.

Cet article se concentre sur le stockage quotidien.

Pour déterminer comment le TES peut bénéficier à votre installation, la première étape consiste à analyser toutes les charges thermiques actuelles (et futures), c’est‑à‑dire les besoins en chauffage et en refroidissement de l’opération. Cela permet d’illustrer les exigences quotidiennes et annuelles, guidant ainsi la conception pour choisir la meilleure solution TES.

Lorsqu’on analyse une période de 24 heures, on observe généralement une différence importante entre la charge aux heures de pointe (durant le jour, lorsque l’occupation est élevée) et hors pointe (habituellement la nuit, lorsque la demande est faible).

En ajoutant un TES, le système peut emmagasiner de l’énergie durant la nuit, lorsque la demande est faible. Plus tard, durant les périodes achalandées, il peut libérer cette énergie stockée. Cette stratégie permet de répondre aux besoins de pointe sans ajouter d’équipement supplémentaire comme des groupes frigorifiques ou des thermopompes.

Choisir le bon système TES

Les systèmes TES utilisent soit le stockage sensible, soit le stockage latent. Chaque type présente des avantages et des inconvénients selon les besoins de l’installation.

• Le stockage sensible est le plus courant. Il utilise un fluide monophasique (souvent de l’eau) refroidi ou chauffé à la température requise et conservé dans un grand réservoir pour une utilisation ultérieure. L’eau reste sous forme liquide — elle ne change pas d’état.

• Le stockage latent est moins commun et repose sur le changement d’état du fluide, généralement pour les systèmes d’eau glacée. Aussi appelé « batterie de glace », ce système gèle l’eau durant les périodes creuses et la fait fondre durant les périodes de pointe pour refroidir la boucle d’eau.

Le stockage latent peut entreposer la même quantité d’énergie thermique dans environ le huitième de l’espace requis pour le stockage sensible, le rendant beaucoup plus compact. Par contre, le stockage sensible est généralement plus simple à exploiter et moins coûteux à installer.

Chaque type ayant ses forces, le choix dépend de vos besoins et contraintes spécifiques.

Avantages pour les utilisateurs de TES

Le stockage thermique augmente la capacité du système de façon rentable, sans devoir ajouter de groupes frigorifiques ou de thermopompes. En fait, l’installation d’un TES coûte environ 40 % moins cher par kilowatt ajouté qu’une augmentation équivalente à l’aide d’équipements traditionnels.

Le TES est aussi particulièrement utile en cas de panne de courant. Il peut fonctionner avec une alimentation d’urgence limitée, utilisant moins du cinquième de l’énergie requise par des groupes frigorifiques ou des thermopompes pour un rendement équivalent. Cette efficacité est cruciale pour maintenir les opérations jusqu’au retour du courant.

Le TES améliore aussi la résilience du système. Si un groupe frigorifique ou une thermopompe tombe en panne, l’énergie stockée peut fournir du chauffage ou du refroidissement durant les réparations.

De plus, les réservoirs TES sont extrêmement durables. Ils maintiennent une efficacité optimale tout au long de leur durée de vie et ne se dégradent pas. Cette robustesse en fait un investissement idéal pour les entreprises souhaitant réduire leurs émissions et leurs coûts.

Croissance des réseaux d’énergie de quartier

L’énergie de quartier est en forte croissance en Amérique du Nord. En 2023, l’International District Energy Association (IDEA) a signalé une augmentation de près de 5 % des bâtiments utilisant ces services, poursuivant une tendance haussière de dix ans.

On estime que plus de 660 réseaux d’énergie de quartier sont actuellement en service aux États‑Unis. Au Canada, le CEEDC recense 256 sites, portant le total nord‑américain à plus de 900 systèmes en opération.

Le marché nord‑américain du chauffage urbain devrait croître de 5,4 % annuellement entre 2022 et 2028, selon Research and Markets. D’ici 2028, on prévoit que la valeur du marché américain atteindra 32,77 milliards de dollars. Au Canada, un taux de croissance encore plus élevé de 7,8 % est anticipé, tandis que le Mexique devrait croître de 6,9 %.

Données de l’IDEA montrant la croissance des espaces raccordés aux réseaux d’énergie de quartier en Amérique du Nord.  (Cet article est disponible en anglais seulement)

Avantages du TES pour les usagers des réseaux d’énergie de quartier

La plupart des clients des réseaux d’énergie sont soumis à des tarifs d’électricité basés sur la période d’utilisation ou la demande de pointe. Ces modèles encouragent à limiter l’utilisation en période de pointe et à la déplacer hors pointe. C’est là que le TES devient précieux, permettant un transfert de charge et une réduction des coûts.

En dimensionnant et en utilisant stratégiquement un TES, les exploitants peuvent stocker de l’énergie aux heures creuses et la libérer aux heures de pointe. Cela peut réduire partiellement ou complètement la demande de pointe selon la taille du système et l’espace disponible.

La pression pour décarboner les réseaux d’énergie de quartier stimule également l’adoption du TES. De plus en plus d’opérateurs cherchent à réduire leurs émissions de portée 2, générées par l’électricité utilisée pour faire fonctionner les réseaux. L’intégration du TES aide à gérer cette énergie de façon plus efficace.

Avec l’essor de l’énergie renouvelable — éolienne et solaire — la dépendance aux combustibles fossiles diminue. Cependant, ces sources ne produisent pas nécessairement l’énergie au moment où elle est requise. Par exemple, l’énergie éolienne n’est disponible que lorsque le vent souffle.

Cela crée des variations dans le réseau susceptibles d’entraîner des modèles tarifaires plus agressifs. Même les utilisateurs dotés de production renouvelable sur site doivent gérer ces fluctuations.

Le TES permet de mieux gérer cette variabilité : les utilisateurs peuvent charger leur système lorsque l’énergie est bon marché et abondante, puis utiliser l’énergie stockée lorsque l’électricité est coûteuse ou rare. Cette stratégie optimise à la fois les coûts et la consommation énergétique.

La tendance vers l’électrification entraîne également une demande accrue pour des mises à niveau de l’infrastructure électrique. Le TES peut réduire ce besoin en remplaçant l’ajout de groupes frigorifiques ou de thermopompes supplémentaires. Cela facilite l’électrification, diminue la pression sur le réseau et soutient l’adoption accrue d’énergie renouvelable.

Votre installation peut‑elle bénéficier du TES?

Le stockage d’énergie thermique est une solution polyvalente capable de s’adapter à la diversité des réseaux d’énergie de quartier. Qu’il s’agisse d’un petit ou d’un grand système, d’un profil de charge particulier ou d’un contexte tarifaire spécifique, le TES peut être personnalisé pour répondre aux besoins. La technologie est éprouvée et offre une vaste gamme d’options permettant d’élaborer une solution sur mesure.

Bien qu’il n’existe pas de solution universelle, les avantages du TES sont nombreux. La majorité des systèmes thermiques peuvent profiter de cet investissement stratégique, aujourd’hui et dans l’avenir. Un fournisseur expérimenté peut vous aider à sélectionner l’approche optimale pour votre situation.

À l’avenir, l’énergie urbaine ne se limite plus à la production. L’accent mondial se tourne vers la distribution intelligente, l’entreposage efficace et l’optimisation de l’utilisation.

Alors que nous avançons vers un avenir énergétique plus propre et efficace, les systèmes d’énergie de quartier couplés au TES ne sont plus une option — ils deviennent essentiels. En adoptant ces technologies dès maintenant, les villes et communautés posent les bases d’un avenir plus durable et énergétiquement résilient.