3. Le scénario 2050 souhaitable-probable (variante de base)
3.1. Hypothèses
Le scénario de référence a été construit sur la base des réflexions menées précédemment par un petit groupe d’experts composé de collaborateurs des SIG et du groupe Systèmes Énergétiques de l’UNIGE.
Ce scénario repose sur un ensemble cohérent d’hypothèses concernant l’évolution des variables de changement qui influencent directement l’évolution de la demande thermique (rénovation énergétique des bâtiments et sobriété énergétique, évolution du climat) et le développement des énergies renouvelables (déploiement des infrastructures et transformateurs permettant leur valorisation).
3.1.1. Évolution de la demande
L’évolution de la demande a été estimée en prenant en compte de l’évolution de 4 variables clés, à savoir :
l’évolution du climat, basée sur le nombre de DJ de chauffage ;
l’évolution démographique et le développement urbain qui l’accompagne ;
la rénovation énergétique des bâtiments peu performants ;
des actions de sobriété énergétique.
En ce qui concerne l’évolution du nombre de DJ20/12 de chauffage, l’hypothèse retenue est la prolongation de l’évolution tendancielle linéaire observée depuis 1960, soit une baisse de 13 K.jour/an.
En ce qui concerne l’évolution démographique, on estime qu’en 2050 la population dans le canton de Genève sera de 625'000 habitants5. Le rythme de construction des bâtiments neufs (logement et
5 Chiffre basé sur les prévisions de l’OCSTAT (scénario II) [21], de l’OFS (scénario AR-00-2015) [22] et du rapport
« Genève 2050 » (scénario 2) [23] avec une augmentation moyenne de la population variant entre 0.85% et 0.95% par an. Voir Annexe 2 – Évolution démographique à Genève.
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activité) correspond à 71 m2SRE par habitant supplémentaire. La consommation nette de ces nouveaux bâtiments s’élève à 180 MJ/m2/an6, dont 50% pour le chauffage et 50% pour la production d’ECS.
La rénovation énergétique est réalisée sur les bâtiments définis comme non performants soit ayant une demande spécifique de chaleur (chauffage plus ECS) supérieure à 300 MJ/m2SRE/an6. La demande après rénovation est fixée à 275 MJ/m2SRE/an6 et correspond aux meilleures rénovations existantes sur le canton [11]. Le taux de rénovation, défini comme étant le pourcentage de la surface chauffée du parc de bâtiments de 2014 (année de référence) non performants rénovés par an, est par hypothèse de 1.75%/an entre 2014 et 2035 et augmente à 2.25%/an entre 2035 et 2050. Ceci représente un taux moyen de 1.96%/an et correspond à rénover environ 70% du parc actuel non performant, soit presque 0.8x106 m2SRE/an, ou la rénovation thermique d’environ 8'000 logements par an.
Une baisse supplémentaire de la demande totale de chaleur en 2050 est envisagée par des actions de sobriété et d’optimisation énergétique dans le bâtiment (gain d’usage par des actions de type éco21).
On considère ainsi une réduction supplémentaire de 10% des consommations liées aux demandes thermiques pour la production d’ECS de tous les bâtiments du parc immobilier. Par ailleurs, une baisse supplémentaire de 10% de la demande de chauffage des bâtiments existants non performants et non rénovés est aussi prévue d’ici 2050 (action sur les chaufferies, équilibrage hydraulique, abaissement températures de chauffage).
L’évolution des surfaces chauffées et des demandes thermiques sont indiquées sur la Figure 57. La consommation des bâtiments neufs et performants ne représente qu’une faible partie de la demande totale de chaleur en 2050, les plus gros postes étant le parc bâti rénové (47%) suivi par l’existant non performant (27%).
Figure 5 : Évolution des surfaces chauffées du parc immobilier et de la consommation de chaleur dans le canton.
6 Demande thermique pour l’année de référence 2014.
7 Les données 2035 présentées dans cette étude correspondent à celles des scénarios construits en 2015 par L.
Quiquerez [1, 2]. Une mise à jour a été réalisée dans le cadre de cette étude pour prendre en compte les nouvelles estimations concernant : l’évolution du nombre habitants et les demandes thermiques associées, les projets d’extension et de densifications des CAD, ainsi que le nouveau calendrier de développement de la géothermie haute température à Genève. On note, en revanche, que les changements prévus n’ont pas d’impact majeur sur inputs énergétiques ramenés au nombre d’habitants (MWh/hab.), ni sur les émissions spécifiques de CO2 (tCO2/hab.) (cf. Annexe 3 – Quantification 2035, évolutions et mise à jour).
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Tableau 1 : Indicateurs sur l’évolution des surfaces chauffées et la consommation de chaleur dans le canton entre 2014 et 2050.
3.1.2. Déploiement des systèmes de production, stockage et transport de chaleur L’intégration massive des EnR&R nécessite le développement coordonné d’infrastructures pour la production et la distribution de chaleur. On peut citer en particulier le déploiement des réseaux CAD nécessaires à la distribution des EnR&R intrinsèquement de grande taille comme la géothermie, ainsi que le recours aux pompes à chaleur (PAC) pour mobiliser les ressources disponibles à faibles températures.
Le taux de pénétration des différentes technologies d’approvisionnement de chaleur des bâtiments est indiqué dans le Tableau 2 (valeurs en pourcentage de la SRE totale couverte), les données 2014 et 2018 étant basées sur des statistiques officielles [6] et la couche IDC du SITG [9].
Tableau 2 : Taux de pénétration (en pourcentage SRE) des technologies d’approvisionnement en chaleur dans le canton entre 2014 et 2050.
Évolutions indicateurs 2014 Réf. 2018 2035 1 2050 base
Population [hab.] 482 500 501 750 557 000 625 000
DJ20/12 [K.j] 2 818 2 766 2 545 2 350
existant perf. [GWh/an] 520 513 482 413
existant rénov. [GWh/an] 0 158 915 1 547
existant non-perf. [GWh/an] 3 893 3 569 2 090 910
Demande [kWh/hab.] 9 148 8 586 6 709 5 296
1. En 2016, l'État a mis à jour les estimations sur le nombre d'habitants dans le canton de Genève. Un supplément de 23'000 hab. est prévu par rapport aux anciennes projections. Les valeurs pour l'année 2035 n'on pas été corrigées et correspondent à celles des scénarios crées en 2015 [1, 2].
2. Valeur moyenne sur la période 2014 - 2050.
Technologie d'approvisionnement 2014 Réf. 2018 2035 2050 base
SRE [106 m2] 41.7 43.1 47.0 51.8
Chaudières gaz individuelles 49.7% 53.3% 37.3% 2.1%
Chaudières mazout individuelles 38.7% 32.1% 10.1% 0.8%
Chaudières bois individuelles 1 0.7% 0.7% 2.0% 0.6%
PAC individuelles 1.0% 1.0% 20.3% 42.5%
CAD 9.9% 12.9% 30.3% 54.0%
1. Dans le scénario 2035, le potentiel pour le développement du bois-énergie correspond au potentiel total existant dans toute l'agglomération du Grand-Genève. Pour le scénario 2050, seulement le potentiel du canton de Genève est utilisé afin d'éviter les possibles conflits d'usage.
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En 2050, on fait l’hypothèse que la surface totale des panneaux solaires thermiques pour la production d’ECS s’élève à 0.38x106 m2, soit un ratio de 0.6 m2/hab.. Par simplification, les panneaux solaires thermiques sont distribués de manière homogène dans tout le canton et sont utilisés conjointement avec les autres sources d’approvisionnement de chaleur indiquées dans le Tableau 2. Pour les panneaux solaires du type PV, l’hypothèse est d’installer une surface totale de 3.55x106 m2 d’ici 2050 (environ 700 MW). À savoir que la surface totale des toitures existantes et bien exposées à Genève s’élève actuellement à 5.70x106 m2 selon les estimations de G. Desthieux et al. [12, 13].
Les infrastructures de production centralisée pour l’approvisionnement CAD, ainsi que pour le stockage et transport sont indiquées dans le Tableau 3. L’approvisionnement en EnR&R dans les CAD provient essentiellement de la récupération des rejets thermiques à haute température (55 MW depuis Cheneviers IV, 12 MW depuis le CCF bois déchet et 7 MW non-identifié), de la géothermie de moyenne et grande profondeur et des PAC intégrées aux réseaux.
On fait également recours aux centrales de cogénération au gaz (CCF gaz) afin de couvrir une partie des besoins électriques des PAC centralisées et individuelles et ceci dans la continuation des scénarios prospectifs faits pour l’année 2035. Pour respecter les nouveaux objectifs de la politique énergétique et climatique cantonaux et limiter les émissions de CO2, il faut qu’une partie non-négligeable du gaz utilisé soit d’origine renouvelable (biogaz et gaz de synthèse – voir Annexe 4 – P2G : ressources et production).
Le déploiement des infrastructures pour le stockage saisonnier de chaleur est aussi prévu. L’objectif étant d’augmenter l’utilisation des rejets thermiques sur toute l’année avec le déphasage énergétique des rejets estivaux vers l’hiver. Les seules contraintes à son fonctionnement sont la capacité énergétique maximale d’énergie dans le stock (25 GWh), la puissance maximale d’injection/extraction (10 MW) et les pertes thermiques (20% de la chaleur injectée) [2].
Des chaudières d’appoint sont aussi prévues dans le système pour couvrir les besoins de pointes lors de vagues de froid. Pour les détails sur les hypothèses concernant l’estimation des puissances des chaudières d’appoint, merci de se référer au rapport [2].
Tableau 3 : Indicateurs sur les infrastructures sur les réseaux CAD.
À noter que le dimensionnement des PAC et des puissances liées à l’exploitation de la géothermie en directe est basé sur l’estimation actuelle des gisements techniquement et économiquement réalisables d’ici 2050 dans le canton de Genève, valeurs indiquées dans le Tableau 4.
Par ailleurs, on part de l’hypothèse que les CAD auront une température de fonctionnement compatible avec l’intégration du renouvelable (CAD de 4e génération [14]) facilitant ainsi l’intégration des PAC et de la géothermie directe dans le système.
Production, stockage, transport 2014 Réf. 2018 2035 2050 base
Rejets thermiques (direct) [MW] 45 45 45 74
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Tableau 4 : Gisements mobilisables à Genève en GWh/an. À noter que l’évaluation des gisements, ne prend pas en compte de manière systématique de l’intermittence des certaines ressources, ni des besoins liés. Source : [15].
On suppose que l’exploitation des nappes à moyenne et grande profondeur (1'000 à 2'500 m) permettra d’extraire plus de 60 MW en direct (soit l’équivalent de 14 doublets avec un débit moyen de 144 m3/h et une température de réinjection à 25°C8 [16]). Une vision schématique de l’intégration de la ressource géothermique dans le CAD est disponible sur la Figure D (Annexe 5 – Géothermie de grande profondeur : enjeux liés à la valorisation thermique et/ou électrique) et sur la Figure E (Annexe 6 – Intégration des ressources géothermales de moyenne profondeur). L’estimation du nombre de doublets géothermiques imaginés sur le territoire se base notamment sur les expériences d’exploitation de la géothermie de moyenne profondeur dans le bassin parisien [17] (voir l’Annexe 7 – Estimation du nombre de doublets géothermiques pour plus de détails sur la méthodologie).
Afin de remonter aux inputs énergétiques, les rendements indiqués dans le Tableau 5 ont été retenus pour les différentes infrastructures de production, de transport et de stockage d’énergie.
Tableau 5 : Rendement des systèmes de production, de transport et stockage d’énergie.