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Étude sur les réseaux de chaleur et de froid au Japon

Le Service Économique Régional de Tokyo de l’Ambassade de France au Japon a publié, en juin 2018, une étude sur les réseaux de chaleur et de froid sur le territoire nippon.

Cette étude propose un état des lieux des réseaux de chaleur et de froid au Japon, couplée à une analyse de leur actuelle trajectoire de développement, ainsi que quelques points de comparaison avec la France.

Elle s’appuie sur l’analyse de documents officiels et non officiels disponibles sur internet, concernant les réseaux de chaleur et de froid au Japon et en France. Cette analyse documentaire a été complétée par un entretien avec l’association japonaise du chauffage urbain.

Cette étude est relayée sur le site réseaux de chaleur du Cerema également.

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Convergence des réseaux : électricité, chaleur et communications électroniques

La notion de smart grid est généralement associée aux réseaux d’électricité qui, assistés de capteurs et moyens de communication entre les différents éléments, deviennent capables de mieux gérer les flux pour équilibrer besoins et sources de production. Une évolution particulièrement bienvenue lorsqu’on cherche à exploiter des énergies renouvelables, souvent plus diffuses et moins « stables » que les systèmes centralisés basés sur les énergies fossiles ou nucléaire.

Ce principe de smart grid appliqué aux réseaux de chaleur se développe également, comme en attestent par exemple le soutien accordé par l’ADEME à un projet de R&D de smart grid solaire thermique, ou encore le concept de réseau de chaleur très basse température à sources diffuses et multiples.

Mais on peut aller encore un peu plus loin, avec un concept de smart grid multi-énergie, capable de gérer aussi bien la production et distribution de chaleur et d’électricité. En Allemagne, Deutsche Telekom se lance ainsi sur le marché de l’énergie en combinant les 3 volets – électricité, chaleur et communications électroniques :

Deutsche Telekom fait ses premiers pas sur le marché de l’énergie. Le groupe de télécommunications allemand a annoncé, vendredi 13avril, son intention d’offrir aux régies municipales du pays des solutions clés en main leur permettant de gérer à distance les pics de demande et les variations de la production d’électricité issue des énergies renouvelables.
L’idée ? Installer chez les particuliers de petites centrales de cogénération reliées à Internet, capables de produire électricité et chaleur dans les maisons à la demande, quand le réseau municipal délivre moins d’électricité. Par exemple quand le soleil ne brille pas ou le vent souffle peu. [Le Monde – 16/04/12]

Si une telle approche ne signifie pas nécessairement le couplage à un réseau de chaleur, on imagine facilement l’intérêt que pourrait avoir le fait d’y relier toutes ces petites centrales de cogénération coordonnées les unes aux autres par internet. On peut également imaginer des systèmes de stockage d’énergie mutualisés (la chaleur se stockant bien plus facilement que l’électricité), permettant de passer plus facilement les pointes, sur le principe de ce qui est souvent mis en place sur les réseaux de chaleur faisant appel au solaire thermique (voir Les nouvelles sources d’énergie pour les réseaux de chaleur).

Cette idée de réseaux multi-énergie interconnectés était également évoquée dans le point que nous réalisions sur ce blog concernant les réseaux de chaleur et de froid au Japon, en septembre 2010 :

Une des pistes pour l’évolution des réseaux au Japon est la « trigénération », qui permet de produire sur un même site de la chaleur, du froid et de l’électricité. Ils bénéficieront par ailleurs plus facilement (comparativement à des systèmes individuels) des avancées techniques en matière de production d’énergie à haute efficacité. Les réseaux de chaleur et de froid seront par ailleurs une maille des futurs réseaux d’énergie intelligents (“smart grids”), qui s’appuieront sur les technologies de l’information et de la communication pour optimiser la gestion des multiples sources d’énergie disponibles, en fonction des fluctuations de la demande et de la production.

Nouvelle fiche: les réseaux de chaleur en Europe et dans le monde

https://i2.wp.com/www.cete-ouest.developpement-durable.gouv.fr/IMG/jpg/image_fiches_pour_diaporamas_articles_etc_miniature_et_fond_blanc__cle1531b2.jpgLe CETE de l’Ouest publie une nouvelle fiche de sa série consacrée aux réseaux de chaleur. Elle est consacrée aux réseaux de chaleur dans les autres pays que la France, en Europe, en Amérique du Nord, en Russie et en Asie.

Résumé :

En Europe, les réseaux de chaleur couvrent 10% des besoins de chauffage, avec des situations très différentes d’un pays à un autre, en grande partie en raison des politiques et du cadre légal définis par les différents États. Dans de nombreux pays d’Europe, le chauffage urbain est vu comme un moyen d’améliorer l’efficacité énergétique, tout en facilitant l’utilisation d’énergies renouvelables. Sur les autres continents, les situations sont également très contrastées. La Russie concentre 55% de la puissance mondiale du chauffage urbain, tandis qu’aux États-Unis, berceau du chauffage urbain moderne, les réseaux ne couvrent que 4% des besoins de chauffage. Au Canada, se développent depuis une dizaine d’années de petits réseaux, alimentés par la biomasse ou le soleil. Au Japon, les réseaux distribuent plus de froid que de chaleur et sont intégrées dans la stratégie du pays pour une société décarbonée. En Chine, dont la principale source d’énergie est le charbon, les réseaux reliés à des cogénérations peuvent contribuer à limiter les émissions de CO2 du pays.

A lire sur le site internet du CETE de l’Ouest :

Les réseaux de chaleur et de froid au Japon

Depuis la publication initale de cet article, des informations plus récentes sont désormais disponibles. À ce titre, nous vous invitons à prendre connaissance d’une publication (juin 2018) du Service Économique Régional de Tokyo de l’Ambassade de France au Japon, au  sujet des réseaux de chaleur et de froid sur le territoire nippon.

Les informations présentées dans cet article proviennent essentiellement des 2 sources suivantes :

Plus que dans tout autre pays du monde, les réseaux de chaleur au Japon sont également des réseaux de froid : depuis le milieu des années 1990, ils distribuent davantage de froid que de chaleur. Aujourd’hui, les réseaux de chaleur et de froid sont intégrés dans la stratégie japonaise pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre, qui s’appuie sur une amélioration de l’efficacité énergétique, le développement de réseaux multi-énergie interconnectés, et la mobilisation de sources d’énergies renouvelables et de récupération encore sous-exploitées.

Historique de la chaleur et du froid urbains au Japon

Exposition universelle d'Osaka - 1970Le premier réseau de chaleur et de froid japonais a été mis en place en 1970 sur le site de l’exposition universelle d’Osaka. Ce dispositif était vu à l’époque comme un moyen de contribuer à la préservation de la qualité de l’air, dans un contexte de forte croissance économique du pays. Les gouvernements locaux ont alors accéléré l’adoption des réseaux, en particulier dans les métropoles comme Tokyo.

A partir de 1972, les installations de production de chaleur et de froid d’une puissance de 21GJ/h (soit environ 5,8 MW) sont considérées comme des infrastructures de service public. Cette puissance correspond approximativement à la capacité nécessaire pour climatiser 2500 logements ou 50000m² de bureaux. Les exploitants de telles installations doivent en conséquence obtenir une licence délivrée par le ministère sous conditions de tarifs et avec l’engagement de couvrir de façon permanente les besoins de chaleur et de froid dans la zone définie.

En 1975, le Japon compte 21 réseaux en service. De nombreux projets de développement sont prévus dans de nombreuses villes, mais les crises pétrolières entraînent un ralentissement de la croissance du marché du chauffage et du froid urbains. Ainsi, seuls 15 nouveaux réseaux apparaissent entre 1975 et 1980.

Les années 80 sont économiquement plus fastes pour le Japon, ce qui a des répercussions positives sur le développement des réseaux. En 1986, 42 réseaux de chaleur et de froid sont en fonctionnement. En 2002, ils sont 147, exploités par 90 opérateurs. Depuis, ces nombres ont peu évolué ; selon l’association japonaise du chauffage urbain, cette stagnation est largement liée au fait que le développement urbain à grande échelle est en déclin.

Situation actuelle

En 2008, il y a 148 réseaux au Japon, exploités par 86 opérateurs. Ils sont concentrés dans les zones urbaines les plus denses et desservent en tout 48674000 m² de surface construite, avec une quantité totale d’énergie (chaleur + froid) livrée de 25 millions de GJ (soit environ 0,6 Mtep). En volume, le froid est plus important que le chauffage : en 2007, les réseaux ont distribué 15400 TJ de froid (0,37 Mtep), contre 9600 TJ de chaleur (0,23 Mtep). La consommation de froid est supérieure à la consommation de chaleur depuis 1994 ; depuis le début des années 2000, la consommation de chaleur est stable, tandis que la consommation de froid continue d’augmenter régulièrement.

Evolution de la demande de chauffage et de froid urbains au Japon entre 1985 et 2007 (source JHSUA)

Les énergies fossiles sont les principales sources des réseaux. Les équipements utilisés aujourd’hui exploitent la cogénération. L’utilisation de pompes à chaleur et la récupération de chaleur de l’incinération des déchets, des réseaux d’eaux usées et des métros se développent.

L’association japonaise du chauffage et du froid urbains évalue entre 30% à 60% les gains en matière d’émission de CO2 permis par les réseaux actuels, comparativement aux autres solutions de production de chauffage et de climatisation.

Une étude conduite par le ministère de l’économie, du commerce et de l’industrie a quant à elle montré que le chauffage et le froid urbains permettent d’économiser en moyenne 15% d’énergie.

Principaux avantages des réseaux de chaleur et de froid dans le contexte actuel au Japon

  • économies d’échelle grâce à la taille des réseaux et au système de contrôle centralisé, permettant d’utiliser des sources d’énergie à haute efficacité énergétique et des sources non exploitables dans des systèmes individuels
  • réduction de la consommation énergétique mais aussi réduction des nuisances, telles que la pollution de l’air, la pollution sonore, les vibrations engendrées par les systèmes individuels de chaleur et de climatisation
  • sécurité : pas d’équipements ni de produits dangereux dans les immeubles ;
  • économie d’espace dans les immeubles ; pas de cheminées et tours de refroidissement sur les toitures, intérêt esthétique et architectural

Perspectives

Afin d’atteindre ses objectifs en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre, le gouvernement japonais souhaite passer d’une logique de systèmes énergétiques en « patchwork » (systèmes à l’échelle d’un bâtiment ou d’un lieu) à une approche intégrée, autour du concept de « Aera Energy Network » (systèmes à l’échelle de plusieurs bâtiments ou d’une zone). Ceci afin d’atteindre plusieurs objectifs :

  • permettre à plusieurs bâtiments de bénéficier de l’efficacité énergétique accrue des systèmes de production centralisée
  • permettre des interconnexions entre les installations et les bâtiments
  • utilisation de sources actuellement sous-exploitées

Le chauffage et le froid urbain sont ainsi vus par le gouvernement japonais comme un moyen important de contribuer à la réduction des émissions nationales de GES.

le quartier de Tokyo Sky Tree actuellement en construction sera alimenté par le premier réseau de chaleur géothermique japonais (photo: TOBU RAILWAY CO. & TOBU TOWER SKY TREE CO)

Une des pistes pour l’évolution des réseaux au Japon est la « trigénération », qui permet de produire sur un même site de la chaleur, du froid et de l’électricité. Ils bénéficieront par ailleurs plus facilement (comparativement à des systèmes individuels) des avancées techniques en matière de production d’énergie à haute efficacité. Les réseaux de chaleur et de froid seront par ailleurs une maille des futurs réseaux d’énergie intelligents (« smart grids »), qui s’appuieront sur les technologies de l’information et de la communication pour optimiser la gestion des multiples sources d’énergie disponibles, en fonction des fluctuations de la demande et de la production.

Les réseaux permettront dans les années à venir de développer l’utilisation de sources d’énergies aujourd’hui sous-exploitées, telles que la chaleur des rivières et de la mer, la géothermie, la chaleur des égouts, le froid de la neige et de la glace, la chaleur de récupération de l’incinération des déchets et des réseaux ferroviaires souterrains. Projet emblématique, le quartier de Tokyo Sky Tree actuellement en construction sera alimenté par le premier réseau de chaleur géothermique japonais.