mente sensiblement.
Pour aller plus loin, une étude similaire pourrait être menée sur l’impact du facteur d’énergie primaire sur les solutions activées pour atteindre des objectifs de consommation. Selon que ces objectifs soient définis en énergie finale ou primaire, et en considérant diffé- rentes valeurs du facteur d’énergie primaire, l’évolution des investissements mobilisés pour- rait être analysé.
5.4
Troisième cas d’étude : territoires variés
Cette dernière section présente une étude menée sur des territoires de typologie variées, présentant des moyens de chauffages et des performances thermiques initiales variées. Une étude prenant en compte le dimensionnement du réseau électrique permet de mettre en valeur l’importance de la prise en compte de ce contexte local mais aussi les implications de contraintes réseau sur les mesures à mettre en oeuvre.
5.4.1 Prise en compte du dimensionnement du réseau électrique
Déclinaison du problème d’optimisation
Objectif : Minimiser le coût total
Contraintes : Réduction des émissions de GES : 50%
Pointe de puissance électrique au jour le plus froid ≤ Pointe initiale Paramètres : Taux d’actualisation : 5%
Horizon : 20 ans
Les sections précédentes ont permis d’observer que, lorsque les réductions de la facture énergétique sont considérées dans la fonction de coûts à minimiser, les pompes à chaleur sont très largement mises en œuvre dans les territoires. En effet, leur grande efficacité per- met de facto de réduire les émissions de GES dues au chauffage. L’installation massive de systèmes de chauffage électrique peut en contrepartie poser des problèmes sur le réseau élec- trique. En effet, le réseau de distribution est un ouvrage fixe et ne peut transmettre plus de puissance que celle pour laquelle il a été dimensionné. La mise en place de nouveaux équi- pements électriques peut causer une augmentation de la pointe de consommation mettant en danger l’intégrité du réseau de distribution. Celui-ci devra alors faire l’objet de travaux de renforcement, coûteux et complexes.
Cette section présente un cas d’étude simplifié visant à quantifier l’impact de telles contraintes réseau sur les stratégies de rénovation à mettre en œuvre. Les deux hypothèses suivantes sont considérées :
• Tous les bâtiments sont sous le même départ HTA (moyenne tension) du réseau de distribution.
• Ce départ était parfaitement dimensionné dans le cas initial, c’est-à-dire qu’il ne peut accueillir de nouvelle puissance.
Une nouvelle contrainte est intégrée au problème d’optimisation des rénovations. Celle- ci impose que la puissance électrique observée à la température de base après rénovation ne dépasse pas celle observée dans la situation initiale (non rénovée). L’Équation (5.2) représente cette nouvelle contrainte.
Pelec(Z) ≤ P0elec (5.2)
La pointe de consommation électrique est définie comme la somme des pointes électriques de chaque bâtiment. Cette puissance maximum est égale à 1 si le chauffage fonctionne à l’électricité et 0 sinon (noté1elec). La puissance consommée à la température de base dépend de ηTbase, l’efficacité du système à cette température.
Pelec(Z) = ∑︂ b∈B Pbelec(Zb) (5.3) Pbelec(Zb) = ∑︂ s∈Sb 1elec ηTbase(Yb)P dim b (Xb) (5.4)
La Figure 5.12 présente, pour 4 des territoires utilisés dans la Section 2.6.3, les résultats d’optimisations avec et sans la contrainte liée au dimensionnement du réseau électrique. Ces territoires d’études présentent des typologies et des caractéristiques énergétiques différentes, mais surtout un taux de chauffage électrique initial variant d’un cas à l’autre. Ces optimisa- tions visent encore une fois la minimisation du NPC à un horizon de 20 ans, avec un objectif de réduction des émissions de GES de 50%.
On observe des comportements distincts pour chacun des territoires :
• Le territoire "Maisons mitoyennes" : L’électricité est très présente initialement au sein des modes de chauffage : 53.8% des surfaces sont chauffées via des systèmes électriques. Le réseau peut donc accueillir une grande puissance lors de la pointe. De ce fait, aucune évolution n’est observée entre la simulation contrainte par la pointe électrique et celle non contrainte.La rénovation thermique (qui réduit la pointe) et le remplacement de radiateurs électriques par des PACs, permet à la solution optimale non contrainte de ne pas poser de problème réseau.
• Le territoire "Mixte" : seule une faible proportion des surfaces sont initialement chauf- fées à l’électricité (6.8%). Les systèmes de chauffage au gaz sont majoritaires avec plus de 60% des surfaces chauffées. En conséquence, le réseau n’est pas dimensionné pour supporter une forte charge électrique. Si le scénario non contraint intègre de nom- breuses PACs, celles-ci entraînent un dépassement de la capacité d’accueil. Le scénario contraint emploie moins de PAC. En revanche, une réduction supplémentaire de la de- mande via la rénovation thermique est nécessaire pour atteindre l’objectif macro de réduction des émissions de GES.
5.4. Troisième cas d’étude : territoires variés
Mixte Rural
Centre−bourg Maisons mitoyennes
État initial Sans contrainte réseau Avec contrainte réseau État initial Sans contrainte réseau Avec contrainte réseau État initial Sans contrainte réseau Avec contrainte réseau État initial Sans contrainte réseau Avec contrainte réseau 0 1 2 3 4 5 0.00 0.25 0.50 0.75 0 5 10 0 1 2 3 4 Besoin de chauff age (GWh) Bois chaudiere poele Electricité chaudiere PAC air/air PAC air/eau radiateurs Fioul chaudiere poele Gaz chaudiere
Figure 5.12 – Contraintes sur le réseau électrique : Évolution du besoin et modes de chauffages utilisés
• Les territoires "Rural" et "Centre-bourg" : Ces deux territoires sont dans des situations intermédiaires. Le chauffage électrique est bien présent initialement (40.8% et 56.1% respectivement). La contrainte sur la pointe électrique a peu d’influence sur les mesures de rénovation thermique activées. En revanche, on observe une réduction du besoin couvert par les PACs et une (ré)apparition des chaudières au bois. Celles-ci bénéficient du faible contenu carbone de leur combustible, ce qui les rend compétitives pour atteindre l’objectif macro.
Cette étude admet des hypothèses simplificatrices et modélise la contrainte en puissance uniquement de manière à conserver la structure linéaire du problème. Cependant, elle permet de tirer deux conclusions principales :
• On observe un comportement très différent d’un territoire à un autre, en fonction notamment du contexte local (systèmes de chauffage, performances thermiques, etc.). Cette observation appuie l’importance d’une modélisation fine et détaillée du territoire afin de prendre en compte ce type de subtilités.
ce chapitre, semble logique aux vues de leur grande efficacité. Néanmoins, nous avons montré que leur intégration sur le réseau peut poser problème. L’augmentation de la puissance appelée les jours les plus froids de l’année peut amener à un besoin de ren- forcement du réseau électrique. Pour éviter ces coûts, et une trop forte augmentation de la thermo-sensibilité électrique à l’échelle nationale, le développement de systèmes hybrides semble particulièrement intéressant. L’utilisation d’une chaudière d’appoint pour les jours les plus froids de l’année permet d’éviter de tels problèmes.
Cette étude ouvre la voie à une planification énergétique prenant en compte les problé- matiques réseau. Pour aller plus loin, il pourrait être intéressant de coupler l’optimisation des mesures de rénovation énergétique avec une modélisation détaillée du réseau électrique de type Optimal Power Flow (OPF), qui ont notamment fait l’objet de précédentes thèses au sein du centre PERSEE [104, 105]. Les approches OPF cherchent à minimiser des coûts réseau totaux en prenant en compte les contraintes de tension et d’intensité sur le réseau.
Dans cette optique, une collectivité pourrait collaborer avec le gestionnaire de réseau (par exemple Enedis) afin d’intégrer le tracé et le dimensionnement du réseau électrique dans l’optimisation des rénovations énergétiques des bâtiments. La collectivité s’assurerait alors d’activer les leviers nécessaires pour amener son territoire dans la direction souhaitée, tout en prenant en compte des contraintes techniques.