Académicien Jiang Yi : Faire des bâtiments à la fois producteurs et consommateurs d’énergie et de puissance

Comment optimiser la forme du bâtiment afin d’installer davantage de surfaces photovoltaïques, de manière à transformer le bâtiment d’un simple consommateur d’énergie en un prosumeur d’énergie ?

Transformer les bâtiments de simples consommateurs d’énergie en producteurs d’énergie

Entretien avec Jiang Yi, académicien de l’Académie chinoise d’ingénierie et professeur à l’Université Tsinghua

Le « Quatorzième Plan quinquennal pour un système énergétique moderne » stipule clairement que la clé de la réduction des émissions de carbone dans le secteur de l’énergie réside dans la transformation bas-carbone des modèles d’utilisation de l’énergie. Au cours de la période du Quatorzième Plan quinquennal, des efforts accrus seront déployés pour renforcer la conservation de l’énergie et la réduction des émissions de carbone, et une maîtrise stricte et raisonnable de la croissance de la consommation de charbon sera mise en œuvre afin de promouvoir l’électrification bas-carbone des usages finaux de l’énergie.

Dans le cadre de l’accélération de la mise en place d’un système énergétique moderne, le secteur de la construction, en tant que l’un des trois principaux secteurs consommateurs d’énergie – à savoir l’industrie, les transports et la construction – doit accélérer le développement à grande échelle de bâtiments économes en énergie et à faible intensité carbone, afin de s’adapter au déploiement à grande échelle des nouvelles sources d’énergie et de favoriser l’émergence d’un modèle de développement et d’un mode de vie verts. Dans le processus de promotion de l’électrification et de la décarbonisation de l’énergie utilisée dans le bâtiment, quelles sont les questions clés et prioritaires qu’il convient de prendre en compte dans la recherche et la mise en œuvre ? Récemment, un journaliste de China Energy Media a interviewé Jiang Jiang, académicien de l’Académie chinoise d’ingénierie et professeur à l’Université Tsinghua, sur ces questions. 100 millions.

La mise en place d’un système énergétique moderne exige une transformation majeure des fonctions des bâtiments.

« Par le passé, dans une optique d’économie d’énergie, nous avons proposé d’adopter une conception passive afin de réduire les besoins du bâtiment en lui-même ; quant au système électromécanique, il convient d’en améliorer l’efficacité par une optimisation active. » Jiang Yi a déclaré que le secteur de la construction est étroitement lié à la consommation d’énergie et aux émissions de carbone, et que la promotion de la transition énergétique et de la neutralité carbone a imposé de nouvelles exigences à ce secteur.

« Pour le bâti, il convient d’ajouter une exigence fondée sur la conception passive : comment optimiser la forme du bâtiment afin d’y installer davantage de surfaces photovoltaïques, de manière à transformer le bâtiment d’un simple consommateur d’énergie en un producteur d’énergie ? S’agissant des systèmes électromécaniques, quatre exigences s’imposent : une électrification globale visant à éliminer les énergies fossiles, l’amélioration de l’efficacité des systèmes pour réduire la consommation d’énergie, la promotion de la décentralisation afin d’éviter les excédents d’offre, et le développement d’une consommation d’électricité flexible permettant d’assurer une utilisation efficace de l’éolien et du photovoltaïque », a souligné Jiang Yi.

Le 18e Forum ouvert de la Semaine académique sur l’efficacité énergétique des bâtiments de l’Université Tsinghua, organisé par le Centre de recherche en conservation de l’énergie des bâtiments de l’Université Tsinghua – où travaille Jiang Yi – vient de s’achever. Cette semaine académique est consacrée au thème « La voie vers la neutralité carbone dans le secteur du bâtiment en Chine et les progrès de la conservation de l’énergie et de la réduction des émissions de carbone dans les bâtiments publics ». Jiang Yi a déclaré que, du point de vue de l’intensité énergétique, les bâtiments publics sont des bâtiments civils à forte consommation d’énergie par unité de surface, et que leur consommation d’énergie par unité de surface est nettement supérieure à celle d’autres bâtiments civils, tels que les logements urbains et les habitations rurales.

En effet, en raison de la longue durée d’utilisation, de l’intensité énergétique élevée, des exigences de sécurité strictes, de la multiplicité des fonctions et de la complexité des systèmes d’équipements des bâtiments publics, ceux-ci figurent parmi les types de bâtiments civils présentant une intensité d’émissions de carbone élevée. Ils occupent une position clé dans les priorités et les objectifs de mission, notamment en matière d’efficacité énergétique des bâtiments.

« En tant que bâtiment public relevant du domaine clé de la conservation de l’énergie dans le secteur du bâtiment, il convient de passer d’une « double maîtrise » du volume total et de l’intensité de la consommation d’énergie à une « double maîtrise » du volume total et de l’intensité de la consommation d’énergie ainsi que des émissions de carbone ; de la poursuite de la conservation de l’énergie et de l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments et des systèmes, il s’agit désormais de renforcer la flexibilité et la résilience du système énergétique des bâtiments, de mettre en place un système énergétique « léger, stockage, direct et flexible » pour les bâtiments, les quartiers et les parcs, d’accroître l’utilisation des énergies renouvelables et d’absorber l’électricité issue des énergies renouvelables provenant du réseau ; de l’élaboration de règles, de réglementations et de systèmes de normes, il faut passer à des mesures plus scientifiques et plus strictes ; et de la simple conformité aux exigences de « économie d’énergie dès la conception », il convient d’instaurer, dans les meilleurs délais et de manière substantielle, un système de gestion de l’économie d’énergie et de la faible intensité carbonique couvrant l’ensemble du processus — de la phase de création du projet, en passant par la planification, la conception, les procédures d’appel d’offres et de soumission, l’installation et la construction, le réglage et la réception, jusqu’à l’exploitation, la maintenance et la mise à jour continues — afin de réduire significativement l’intensité des émissions de carbone des différents bâtiments publics. » Jiang Yi a ainsi mis en évidence la direction de transformation des bâtiments publics sous quatre aspects.

Bâtiment entièrement à énergie renouvelable – Musée de l’énergie du futur de Datong : Le musée de l’énergie du futur couvre une surface de construction d’environ 29 000 mètres carrés et une surface d’exposition d’environ 18 000 mètres carrés, comprenant trois étages hors sol et un étage souterrain. Il abrite la Salle de démonstration de la révolution énergétique, la Salle d’éducation scientifique sur l’énergie, la Salle d’expérience de la vie énergétique et la Salle d’exposition des technologies énergétiques. Il s’agit également d’une salle d’exposition polyvalente « six salles en une ». Il est en outre un bâtiment passif de grande taille à consommation d’énergie ultra-faible en Chine, avec des résultats remarquables.

Dans le cadre de l’objectif de « double carbone », « stockage léger, direct et flexible » deviendra une technologie d’assistance essentielle.

Comment améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments, réduire leur consommation d’énergie et recourir davantage aux énergies renouvelables pour compenser cette consommation ? La « Circulaire du Conseil des affaires d’État relative à l’impression et à la diffusion du Plan d’action pour le pic des émissions de carbone avant 2030 » définit clairement l’« action de pic des émissions de carbone dans le secteur de la construction urbaine et rurale ». Le niveau d’électrification finale consiste à concevoir un bâtiment « photovoltaïque–stockage, direct et flexible », intégrant la production d’électricité photovoltaïque, le stockage d’énergie, la distribution d’électricité en courant continu et une consommation d’énergie flexible.

« Lumière, stockage, alimentation en courant continu et flexibilité » constitue l’acronyme de l’application de la production d’électricité photovoltaïque, du stockage d’énergie, de la distribution d’électricité en courant continu et de l’utilisation flexible de l’énergie dans le secteur de la construction. Il s’agit de réaliser une interaction harmonieuse entre le bâtiment et le réseau électrique.

« Le système de distribution d’énergie pour les bâtiments fondé sur le “stockage optique, direct et flexible” deviendra une technologie d’accompagnement essentielle permettant aux bâtiments et aux services compétents de réaliser l’objectif des “deux carbone”. » Jiang Yi a notamment expliqué l’application des systèmes d’énergie zéro carbone dans le sous-centre de Pékin et a suggéré que la nouvelle zone de Tongzhou à Pékin encourage les bâtiments urbains à adopter la méthode du « stockage lumineux, direct et flexible » associée à une charge ordonnée.

Jiang Yi a présenté un calcul au journaliste : un immeuble de bureaux de 10 000 mètres carrés, équipé de 100 bornes de recharge et raccordé à 100 véhicules, peut probablement consommer 1 mégawatt de production photovoltaïque, qu’elle provienne de l’installation elle-même ou du réseau extérieur. Si 60 % à 70 % des immeubles de bureaux et environ 40 % des logements résidentiels étaient convertis à un modèle « stockage d’énergie par la lumière, utilisation directe et flexible », cela permettrait pratiquement de résoudre le problème de l’absorption de l’électricité éolienne à Tongzhou.

« Les bâtiments “solaire-stockage-zhi-rou” ne peuvent fonctionner qu’avec une électricité zéro carbone. Supposons que tous les bâtiments de Tongzhou soient des bâtiments “solaire-stockage-zhi-rou” et qu’il existe, à distance, une vaste centrale éolienne et solaire. Chaque nuit, on transmet à cette centrale la consommation totale d’électricité du lendemain ainsi que la courbe de charge de la consommation; le centre de contrôle, en se fondant sur les prévisions météorologiques, détermine l’évolution de la production éolienne et photovoltaïque et établit la courbe de consommation de chaque bâtiment pour le jour suivant, de manière à assurer une absorption efficace de l’énergie éolienne et photovoltaïque tout en minimisant, dans le même temps, le volume d’ajustement de l’accumulation d’énergie de chaque bâtiment. Si le bâtiment est ajusté strictement conformément à la courbe de consommation d’électricité requise, il peut alors atteindre une consommation d’électricité zéro carbone », a supposé Jiang Yi.

En réalité, les politiques et les projets pilotes de compensation de la réponse du côté de la demande mis en œuvre par le Jiangsu, le Zhejiang, Shanghai, le Guangdong et d’autres provinces et villes favoriseront le développement des technologies d’efficacité énergétique des bâtiments flexibles. Prenons l’exemple de la province du Guangdong : en novembre 2020, le Bureau de l’énergie du Guangdong et le Bureau de régulation de l’énergie du Sud ont publié la « Lettre sollicitant des commentaires sur des documents tels que les “Mesures de gestion de la compensation de capacité du marché de l’électricité du Guangdong (en application provisoire, projet soumis à consultation)”, précisant que les systèmes de stockage d’énergie du côté des utilisateurs, les véhicules électriques, les bornes de recharge et d’autres ressources dotées de capacités de régulation de la charge peuvent participer en tant qu’entités du marché. Dans une première phase, le stockage d’énergie indépendant et le stockage d’énergie du côté de la production ne sont toutefois pas inclus dans le champ des transactions sur le marché.

Jiang Yi a déclaré que l’augmentation continue du montant de la rémunération pour la réponse du côté de la demande et la participation progressive d’un nombre croissant d’acteurs du marché aux services auxiliaires du marché de l’électricité favoriseront l’application, à une échelle plus large, des technologies d’énergie flexible dans le secteur du bâtiment.

« Les bâtiments passeront d’acteurs purement consommateurs d’énergie à des systèmes complexes intégrant la production, la consommation, la régulation et le stockage d’énergie, réalisant ainsi une transition qui les fera évoluer d’une simple position de consommateurs d’énergie et d’un mode de consommation rigide vers une participation accrue à la conception, à la régulation et à la gestion flexible de la charge au sein des systèmes d’énergie à faible teneur en carbone, et deviendront ainsi un élément essentiel du système d’énergie à faible teneur en carbone de demain. »

Nous estimons que, comme le souligne le « Rapport annuel de recherche sur le développement de la conservation de l’énergie dans le bâtiment en Chine 2022 (numéro spécial consacré aux bâtiments publics) » qui vient de paraître, dans le système énergétique moderne, chaque pièce et chaque bâtiment situés à proximité des êtres humains feront partie d’un « appel unique » ; une importante avancée a ainsi été réalisée dans le cadre d’une seule et même initiative.

Source : China Electric Power News

Remarque : Le « prosumer », ou consommateur productif, est un concept forgé par Alvin Toffler en 1980. À sa création, bien qu’il ait été largement salué par le professeur Kotler, le maître du marketing mondial, il n’a guère suscité d’écho. Depuis le XXIe siècle, la notion de prosumers a de nouveau retenu l’attention des milieux académiques.

En mars 2009, un groupe d’universitaires internationaux s’est réuni à l’Université Goethe, en Allemagne, pour assister à un séminaire intitulé « Revisiter les prosumers », et a par la suite publié un recueil d’essais portant le même titre ; toutefois, le terme n’a pas pour autant gagné en popularité. En 2013, le rapport annuel sur les applications photovoltaïques publié par l’Agence internationale de l’énergie a introduit pour la première fois la notion de prosumer afin de désigner les utilisateurs décentralisés de photovoltaïque qui à la fois consomment et produisent de l’électricité, et cette définition est restée en vigueur jusqu’à aujourd’hui. Les utilisateurs décentralisés de photovoltaïque exploitent des toitures inutilisées et d’autres ressources pour installer des systèmes photovoltaïques, mettre en place des centrales photovoltaïques et participer à l’ensemble des activités de production d’électricité. Par.

Avec la forte croissance de la capacité installée photovoltaïque à l’échelle internationale, le concept de prosumateur photovoltaïque décentralisé s’est rapidement popularisé et est devenu un terme courant dans la littérature internationale sur les énergies décentralisées. En outre, le concept et la vague de l’économie du partage, qui ont pris leur essor vers 2008 et se sont affirmés en 2013, ont considérablement renforcé l’influence du concept de prosumateurs. Après tout, les acteurs de l’économie du partage sont souvent qualifiés de prosumateurs.

Au cours des dernières années, les prosumers sont devenus un thème important dans la littérature internationale; ils y sont d’autant plus présents dans les ouvrages consacrés au photovoltaïque décentralisé et à l’économie du partage, ce qui en fait un nouveau centre d’intérêt pour la recherche.