L'utilisation de chauffe-eau électriques pour stocker l'énergie renouvelable pourrait faire le travail de 2 millions de batteries domestiques

Directeur de recherche - Collaborations énergétiques stratégiques, Université de technologie de Sydney

David Roche travaille pour l'Institute for Sustainable Futures, qui a reçu un financement pour ce travail de l'Agence australienne des énergies renouvelables (ARENA).

L'Université de technologie de Sydney fournit un financement en tant que partenaire fondateur de The Conversation AU.

Voir tous les partenaires

La transition énergétique de l'Australie est bien engagée. Quelque 3 millions de foyers disposent de panneaux solaires sur les toits et les ventes de voitures électriques de taille moyenne explosent. Mais alors que nous travaillons vers des foyers entièrement électriques alimentés par des énergies renouvelables, avons-nous négligé une technologie clé, l'humble chauffe-eau électrique ?

Environ la moitié des ménages australiens utilisent des chauffe-eau électriques, tandis que les autres utilisent le gaz. Alors qu'y a-t-il de si génial avec les chauffe-eau électriques ?

Les chauffe-eau électriques offrent un moyen peu coûteux de stocker de grandes quantités d'énergie, sous forme d'eau chaude. Un radiateur avec un réservoir de 300 litres peut stocker à peu près autant d'énergie qu'un Tesla Powerwall de deuxième génération - à une fraction du coût.

Nos recherches à l'UTS Institute for Sustainable Futures ont révélé que les Australiens pourraient utiliser des chauffe-eau électriques domestiques pour stocker autant d'énergie que plus de 2 millions de batteries domestiques de ce type. Cela pourrait éventuellement permettre d'économiser plus de 6 milliards de dollars australiens par an sur nos factures d'énergie tout en nous rapprochant de zéro émission nette de carbone.

Notre rapport, publié aujourd'hui et financé par l'Agence australienne pour les énergies renouvelables (ARENA), recommande que, pour réduire de moitié les émissions d'ici 2030 et atteindre le zéro net d'ici 2050, nous ayons un besoin urgent de politiques pour remplacer rapidement les chauffe-eau à gaz par des chauffe-eau électriques "intelligents". Les radiateurs intelligents peuvent être allumés et éteints en réponse aux changements de l'offre et de la demande d'électricité sur le réseau.

Cela signifie que ces appareils de chauffage peuvent absorber l'excès d'énergie renouvelable "hors pointe", en particulier solaire, et ainsi nous aider à résoudre deux problèmes clés à la fois. Ils peuvent aider à réduire et éventuellement à éliminer les émissions de gaz à effet de serre. Et ils peuvent rendre notre réseau électrique plus stable en fournissant une demande flexible qui aide à équilibrer l'offre fluctuante des sources renouvelables.

Il existe trois principaux types de chauffe-eau électriques. Un radiateur "à résistance" conventionnel utilise l'électricité pour chauffer l'eau directement. Les chauffe-eau solaires utilisent la lumière du soleil et l'électricité, mais sont devenus moins populaires à mesure que de nouvelles unités de «pompe à chaleur» sont apparues. Ceux-ci récupèrent la chaleur de l'air et la "pompent" dans l'eau. Une pompe à chaleur consomme trois à quatre fois moins d'électricité qu'une résistance chauffante.

En 2010, un chauffe-eau électrique à résistance produisait généralement environ quatre fois plus d'émissions que son équivalent au gaz. Les émissions des pompes à chaleur étaient à peu près les mêmes que celles du gaz. C'est parce que les chauffe-eau électriques consomment beaucoup d'électricité, et la majeure partie provient de la combustion du charbon.

À mesure que nous produisons plus d'électricité à partir d'énergies renouvelables, cette image change radicalement. L'opérateur australien du marché de l'énergie, AEMO, publie des pistes régulièrement mises à jour vers un avenir énergétique propre. Dans le résultat le plus probable, le "scénario de changement radical", le gaz deviendra l'option de chauffage de l'eau la plus intensive à effet de serre d'ici 2030.

D'ici 2040, une fois la transition vers un système d'électricité renouvelable en grande partie achevée, les émissions des chauffe-eau à résistance et à pompe à chaleur seront bien inférieures à celles de leurs homologues au gaz.

Les chauffe-eau peuvent durer 15 ans ou plus. Ainsi, le stock de radiateurs dans nos maisons pour les deux prochaines décennies dépend de ce que nous installons aujourd'hui. Le remplacement des radiateurs à gaz par des radiateurs électriques doit donc être une priorité immédiate dans notre transition énergétique.

Notre travail a exploré une gamme de scénarios, chacun avec un mélange différent de technologies de chauffage de l'eau. L'un était une ligne de base de statu quo où les chauffe-eau à gaz restent répandus. Dans des scénarios alternatifs, le gaz est progressivement éliminé au cours des 10 à 20 prochaines années.

Nous avons constaté que le remplacement du gaz par le chauffage électrique de l'eau nous aiderait non seulement à atteindre l'objectif zéro émission plus rapidement, mais aussi à économiser de l'argent.

Le gaz est cher et il est peu probable qu'il soit beaucoup moins cher. Les énergies renouvelables abondantes offrent un excès d'électricité bon marché que les chauffe-eau peuvent aider à absorber. Saisir cette opportunité pourrait permettre d'économiser plus de 6 milliards de dollars par an sur nos factures d'énergie d'ici 2040.

Le solaire et l'éolien sont désormais les technologies les moins chères que nous ayons jamais eues pour produire de l'électricité. Mais pour maintenir un système électrique stable, nous devons faire correspondre la demande avec l'offre fluctuante provenant de sources renouvelables. Les batteries offrent une solution partielle, mais restent relativement coûteuses.

Les chauffe-eau électriques offrent un moyen beaucoup moins cher de stocker de grandes quantités d'énergie et offrent la flexibilité de la demande dont le réseau a besoin.

Nos recherches ont révélé que, par rapport à la situation de référence du statu quo, un scénario qui met l'accent sur la flexibilité de la demande à l'aide de chauffe-eau électriques intelligents pourrait fournir 30 GWh supplémentaires de capacité de demande flexible quotidienne. Cela équivaut à plus de 2 millions de batteries domestiques sur le marché national de l'électricité, qui fournit de l'électricité à l'est et au sud de l'Australie.

Depuis les années 1950, «l'eau chaude hors pointe» a vu les fournisseurs d'électricité australiens éteindre les chauffe-eau domestiques pendant la journée et les allumer la nuit pour mieux faire correspondre la demande et l'offre. En retour, les clients bénéficiaient de prix fortement réduits.

Au cours des dernières décennies, nous nous sommes éloignés de l'eau chaude électrique hors pointe, à mesure que les incitations diminuaient et que de plus en plus de maisons étaient connectées au gaz naturel.

Alors que nous électrifions notre eau chaude, quelle technologie adopter : résistance ou pompe à chaleur ? La réponse est les deux.

Notre recherche a exploré le compromis entre les chauffe-eau à résistance hautement flexibles et les pompes à chaleur hautement efficaces mais moins flexibles.

Les pompes à chaleur consomment moins d'électricité et coûtent moins cher à faire fonctionner. Lorsque les prix de l'électricité sont élevés ou que le flux d'énergie est limité, l'utilisation de pompes à chaleur est logique. Cependant, ils ont un coût initial plus élevé et ne conviennent pas à toutes les maisons. De nombreux appartements, par exemple, n'ont pas accès à un espace extérieur approprié.

Et parce qu'elles consomment moins d'électricité, les pompes à chaleur offrent une demande moins flexible. Alors que les énergies renouvelables, en particulier l'énergie solaire, alimentent de plus en plus notre réseau, la capacité des radiateurs électriques à résistance à absorber l'excès d'énergie renouvelable "hors pointe" est un gros avantage.

Avec les bonnes politiques et les réformes du marché, nous bénéficierons tous d'un système qui récompense une fois de plus les clients avec de l'électricité hors pointe bon marché en échange de la possibilité pour les opérateurs de réseau d'éteindre et de rallumer nos chauffe-eau selon les besoins.