Les installations de production combinée de chaleur et d’électricité (PCCE) sont l’une des technologies de chauffage les plus récentes. L’intérêt de ces installations est qu’elles produisent non seulement de la chaleur, mais aussi de l’électricité. L’article explique en détail ce que peut coûter une centrale de cogénération pour une maison individuelle.

Question : Comment fonctionnent les centrales de cogénération ?

Cela dépend essentiellement du type de centrale de cogénération dont il s’agit :

  • Installations à combustion interne
  • Installations avec moteur Stirling
  • Chauffages à piles à combustible

Les centrales de cogénération « typiques » sont des installations à combustion interne. Elles se composent d’un moteur et d’un générateur et d’une unité de chauffage.

Selon le type de centrale de cogénération, on peut utiliser du mazout, du gaz naturel ou du gaz liquide. Les combustibles entraînent un moteur qui produit de l’électricité par le biais d’un générateur connecté. La chaleur dégagée est récupérée avant d’être perdue et mise à disposition du circuit de chauffage ou transférée dans un réservoir tampon.

De telles installations produisent de l’électricité et de la chaleur dans un rapport d’environ 1:3, ce qui signifie que pour 1 kWh d’électricité, on obtient environ 3 kWh d’énergie thermique.

Les moteurs Stirling fonctionnent selon un autre principe : ici, la chaleur d’une source de chaleur externe fait monter et descendre un piston. Le mouvement ascendant et descendant du piston est utilisé pour entraîner un générateur qui produit à son tour de l’électricité.

La chaleur générée par la combustion externe peut ensuite être utilisée dans le circuit de chauffage pour produire de la chaleur ambiante et de l’eau chaude.

Au lieu de moteurs Stirling individuels, on utilise aujourd’hui généralement des moteurs dits linéaires, qui ont un rendement particulièrement élevé pour la production de chaleur.

L’avantage particulier des installations à moteurs Stirling réside dans le fait qu’elles permettent d’utiliser n’importe quelle source de chaleur. Il ne s’agit pas nécessairement de sources d’énergie fossiles comme dans le cas des installations à combustion interne – la biomasse (pellets, copeaux de bois), peu coûteuse et neutre en CO2, peut également être utilisée comme source d’énergie. Même l’énergie thermique du soleil (solaire thermique) peut être produite dans les installations Stirling pour la production combinée de chaleur et d’électricité. Un autre avantage des systèmes Stirling est leur fonctionnement silencieux et le rendement élevé de l’ensemble du système en ce qui concerne la production de chaleur. En revanche, le rendement pour la production d’électricité est plutôt mauvais, avec seulement 10 % à 20 %.

Le développement le plus récent dans le domaine des installations de cogénération est le chauffage par pile à combustible. Elle aussi produit à la fois de la chaleur de chauffage et de l’électricité.

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Si l’on applique à l’eau une tension suffisamment élevée, elle se décompose en hydrogène et en oxygène (l’appareil historique utilisé à cet effet s’appelle « appareil de décomposition de l’eau de Hoffmann »). Une pile à combustible inverse exactement ce processus : L’hydrogène et l’oxygène se rencontrent – ce qui libère de la chaleur, de l’énergie électrique et de l’eau.

L’hydrogène est produit à partir du gaz naturel

Dans ce cas, l’hydrogène nécessaire est obtenu à partir d’un raccordement au gaz naturel. Dans les petites installations, cela se passe le plus souvent en dehors de la pile à combustible – de telles installations sont également appelées piles à combustible à basse température. La raison en est simple : si l’hydrogène est extrait du gaz naturel dans la pile à combustible, comme c’est généralement le cas dans les grandes installations, les températures sont extrêmement élevées. Cela peut même être dangereux dans certains cas.

De toutes les installations de cogénération, les chauffages à pile à combustible ont le meilleur rendement et sont des systèmes relativement simples et très avantageux. Ils peuvent également fonctionner au biogaz si nécessaire, sont très silencieux et nécessitent très peu d’entretien. Un chauffage à pile à combustible ne produit presque aucune émission.

Comme toutes les installations de cogénération ne fournissent que des puissances constantes mais ne peuvent que difficilement couvrir les puissances de pointe, elles sont généralement couplées à des chauffages à condensation qui fournissent alors de l’énergie de chauffage supplémentaire en cas de besoins thermiques élevés. Mais cela augmente encore les coûts des installations de cogénération.

Question : Combien coûtent les centrales de cogénération en général ?

Il est impossible de répondre de manière générale à cette question – cela dépend toujours du type d’installation et de la puissance qu’elle fournit.

Mais en principe, vous pouvez partir du principe que les installations coûtent actuellement encore au moins 15 000 EUR. Pour la plupart des installations, les coûts d’acquisition se situent dans une fourchette de 20 000 à 30 000 EUR .

Ces prix sont valables pour les maisons individuelles et les maisons à deux logements ; pour les immeubles collectifs ou les immeubles locatifs, les coûts sont encore nettement plus élevés.

En revanche, les subventions sont encore élevées et, si le dimensionnement est correct et les conditions favorables, les économies possibles sur les coûts de chauffage et d’électricité sont importantes. Dans de nombreux cas, l’achat peut donc s’avérer rentable à long terme malgré les coûts élevés.

Un petit exemple de coûts dans la pratique

Nous faisons installer dans notre maison une petite installation avec un moteur Stirling.

Il ne s’agit bien sûr que d’un seul exemple de coût pour un appareil donné, utilisé dans un environnement particulier. Les coûts peuvent également varier considérablement dans d’autres cas.

Les subventions résultant de l’exploitation courante ne sont pas prises en compte : la KfW subventionne pour l’installation chaque kWh produit à hauteur de 5,41 cents/kWh sur 10 ans. A cela s’ajoutent d’autres aides, comme la taxe sur l’énergie qui n’est pas due.

Question : de quoi dépendent les coûts d’une centrale de cogénération en général ?

De nombreux facteurs entrent évidemment en ligne de compte pour les coûts d’acquisition :

  • quel système est utilisé
  • quelle est la taille de l’installation
  • si un réservoir tampon est utilisé
  • si l’installation est raccordée au réseau public afin de pouvoir bénéficier d’une rétribution de la réinjection dans le réseau
  • quels sont les systèmes de charge de pointe à intégrer le cas échéant
  • quelles subventions peuvent être obtenues pour le système en question
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Tous ces facteurs doivent être pris en compte si l’on veut estimer approximativement le coût d’acquisition.

En règle générale, il est recommandé de faire concevoir et dimensionner un système concrètement pour sa propre maison, car la taille de l’installation est tout à fait déterminante pour le coût du système.

En règle générale, il faut également établir un profil de charge qui montre quels sont les besoins en énergie et à quelles heures. C’est la seule façon d’évaluer correctement la taille de l’installation la mieux adaptée et de déterminer quel système de chauffage d’appoint doit être installé et avec quelle puissance.

Question : qu’en est-il des frais de chauffage avec de tels systèmes – est-ce que cela est rentable ?

Une centrale de cogénération est généralement rentable

Une centrale de cogénération est généralement rentable

Ici aussi, il faut bien sûr toujours évaluer le cas particulier – en termes généraux, il existe au moins la possibilité que de telles installations soient nettement rentables et que les coûts d’acquisition puissent souvent être amortis en quelques années seulement.

La condition préalable à une utilisation rentable est en tout cas une répartition de la charge aussi équilibrée que possible et le dimensionnement correspondant du système.

De plus, une centrale de cogénération ne produit de l’électricité que si de la chaleur est également nécessaire. Comme le rendement d’une centrale de cogénération est toujours le plus élevé lorsqu’elle fonctionne de manière constante, il convient, pour des raisons d’efficacité, de planifier une période de charge du système aussi longue que possible. Cela se fait souvent à l’aide d’un réservoir de stockage qui absorbe l’énergie thermique produite lorsqu’elle n’est pas nécessaire. L’énergie thermique peut alors être prélevée sur le réservoir tampon pour le chauffage ou l’eau chaude nécessaire.

En principe, plus une centrale de cogénération fonctionne longtemps, plus elle est rentable. .

Il est préférable de consommer soi-même l’électricité produite – en raison de la faible rémunération de la réinjection dans le réseau, l’injection dans le réseau public n’est aujourd’hui souvent pas rentable financièrement.

Des accumulateurs d’électricité suffisamment dimensionnés peuvent aider à garantir l’utilisation de l’électricité autoproduite même aux heures de pointe et à devenir ainsi largement indépendants du fournisseur d’électricité. Les coûts parfois encore élevés des accumulateurs d’électricité exigent toutefois une planification très minutieuse en amont afin de ne pas gaspiller inutilement les coûts.

Dans le calcul de rentabilité, il convient également de prendre en compte les subventions (5,41 centimes d’euro/kWh pendant 10 ans) ainsi que les allègements fiscaux dont bénéficient les propriétaires de centrales de cogénération.

Question : Quels sont les frais courants à prendre en compte pour une centrale de cogénération ?

Les frais courants sont souvent sous-estimés et ne sont souvent pas pris en compte dans le calcul de la rentabilité.

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En règle générale, les coûts d’entretien de la plupart des installations à combustion interne se situent en moyenne autour de 3 centimes/kWh . En cas de cycles fréquents (mise en marche et arrêt automatique de l’installation), les coûts peuvent être plus élevés. De même, plus tard, lorsque l’installation est âgée, les coûts d’entretien et de maintenance sont systématiquement plus élevés en raison du grand nombre de pièces mobiles.

Il convient de noter que pour de nombreuses subventions, il faut également présenter un contrat d’entretien complet d’au moins 10 ans. Les coûts de ces contrats d’entretien sont alors plus élevés, généralement autour de 5 centimes/kWh.

Il faut donc prévoir ces coûts dans tous les cas, ainsi que les coûts des réparations dues, des pièces de rechange et de la révision générale nécessaire de l’installation après un certain nombre d’heures de fonctionnement.

D’autres types d’installations entraînent souvent des coûts d’entretien nettement moins élevés – le chauffage à pile à combustible est par exemple relativement facile à entretenir.

Question : Est-ce qu’un chauffage à pile à combustible est plus rentable que d’autres centrales de cogénération ?

Au Japon, le chauffage par pile à combustible est l’alternative de chauffage la plus populaire depuis quelques années déjà, mais on ne peut pas en déduire une rentabilité particulière.

En principe, le chauffage par pile à combustible n’est rentable que si les besoins en chaleur sont suffisamment élevés et constants et si la consommation d’électricité du ménage n’est pas trop faible.

Plus le besoin de chaleur est faible et sporadique, plus la rentabilité du chauffage à pile à combustible est mauvaise. Si, en plus, la consommation d’électricité est si faible qu’une grande partie de l’électricité produite doit être injectée dans le réseau public, les chances d’amortissement sont déjà très faibles.

Le chauffage par pile à combustible est un système de chauffage très avancé et vraiment écologique – mais un calcul de rentabilité préalable est absolument nécessaire et incontournable. Dans de nombreux foyers, même cette forme de centrale de cogénération au rendement élevé ne pourra pas être amortie. Cela n’est possible que si les conditions sont réunies.

Dans d’autres cas en revanche, un chauffage à pile à combustible peut tout à fait permettre de réaliser des économies massives et être rentabilisé en quelques années seulement.

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