Dans le cadre de la transition énergétique et de la décarbonation de l’industrie, les entreprises – en particulier celles à forte intensité énergétique – ont besoin de solutions plus efficaces et durables pour répondre à leurs besoins en chaleur et en électricité. Deux technologies jouent ici un rôle clé : la cogénération et les pompes à chaleur. Lorsqu’elles sont combinées, ces technologies créent une synergie puissante qui permet de réduire les émissions de CO₂ tout en augmentant l’efficacité énergétique globale.
Dans cet article, nous expliquons le fonctionnement de ces deux systèmes, les avantages de leur combinaison et leurs applications potentielles dans le secteur industriel.
Comment fonctionne la cogénération ?
Les systèmes de cogénération sont conçus pour produire simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir d’une seule source d’énergie, comme le gaz naturel ou le biogaz. Ce processus optimise l’utilisation de l’énergie primaire, avec des rendements souvent supérieurs à 90 % et une économie primaire de plus de 25% par rapport à la production séparée d’électricité et de chaleur. L’électricité générée peut être consommée directement ou injectée dans le réseau, tandis que la chaleur résiduelle est valorisée pour le chauffage, la production de vapeur ou l’eau chaude.
Cela se traduit par une efficacité énergétique élevée et une réduction de la consommation d’énergie primaire. En revanche, l’investissement initial est relativement important, et la rentabilité reste sensible aux prix du combustible et aux tarifs d’injection.
Malgré la diminution progressive des aides à la cogénération, cette technologie continue de jouer un rôle essentiel dans la transition énergétique des entreprises. Lire aussi notre article sur ce sujet.
Et la pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur extrait la chaleur d’une source externe – air, eau ou sol – pour l’élever à un niveau de température adapté à des usages de chauffage dans les bâtiments ou les processus industriels. Son efficacité est exprimée par le COP (Coefficient de Performance), qui se situe généralement entre 3 et 4. Autrement dit, son rendement est 3 à 4 fois supérieur à celui d’un chauffage électrique classique.
Le chauffage par pompe à chaleur est une solution électrique, avec des coûts d’exploitation faibles, qui permet de réduire significativement les émissions de CO₂. Toutefois, pour les applications industrielles nécessitant des températures élevées, le COP diminue et les coûts d’investissement augmentent, et il est également essentiel de disposer d’une alimentation électrique suffisante.
Une combinaison gagnante
Associer une installation de cogénération à une pompe à chaleur permet de tirer parti des atouts mutuels. L’électricité produite par la cogénération peut alimenter directement la pompe à chaleur, augmentant ainsi considérablement le rendement global du système.
De plus, la chaleur résiduelle de la cogénération peut servir de source d’énergie pour la pompe à chaleur, rendant le processus encore plus efficace.
Le résultat?
- Des rendements 3 à 5 fois supérieurs à un chauffage électrique conventionnel.
- Une production flexible de chaleur et de froid.
- La valorisation optimale de l’énergie produite, avec moins de pertes.
- La possibilité de piloter de manière intelligente en fonction de l’offre et de la demande.
En outre, cette combinaison offre une flexibilité précieuse dans un contexte de fluctuations des prix de l’énergie. Lorsque les prix de l’électricité sont élevés ou que le réseau est sous tension, il est judicieux de faire fonctionner la cogénération et d’utiliser l’électricité produite localement. À l’inverse, lorsque les prix sont bas – voire négatifs –, il peut être avantageux de recourir davantage aux technologies électriques, comme la pompe à chaleur.
Cette approche hybride améliore non seulement l’efficacité énergétique, mais également la performance économique des installations thermiques.
Des applications industrielles à fort potentiel
La combinaison cogénération – pompe à chaleur est particulièrement intéressante dans les secteurs où la demande en chaleur et en électricité est constante et élevée, tels que :
- Industrie chimique et pharmaceutique : pour des processus nécessitant de la chaleur à basse et haute température.
- Industrie agroalimentaire : pour la production d’eau chaude, de vapeur et le refroidissement.
- Cultures sous serre : chauffage des serres et des ballons tampons, avec adaptation flexible à la demande énergétique.
- Hôpitaux et piscines : pour une production continue de chaleur et de froid avec un rendement élevé.
Notre cogénération de 635 kWe au CenterParcs Erperheide fournit de l’électricité et de l’eau chaude à Aqua Mundo. Grâce à la pompe à chaleur intégrée, la chaleur résiduelle des gaz de combustion et du circuit LT est également utilisée à bon escient. Le parc de vacances à Peer produit ainsi 790 tonnes de CO2 en moins chaque année.
Chez Luminus Solutions, nous avons également déjà étudié cette combinaison technologique pour divers clients dans l’industrie pharmaceutique et alimentaire. Nos analyses démontrent clairement le potentiel de la valorisation de la chaleur résiduelle issue dans l’industrie.
Sur un site pharmaceutique, nous avons étudié une solution où une pompe à chaleur est utilisée pour récupérer la chaleur du réseau de froid de l’usine et la convertir en eau de chauffage pour la climatisation du bâtiment. Les simulations ont montré que plus de 98 % de la demande en chaleur pourrait ainsi être couverte. Une piste prometteuse pour une entreprise qui vise la neutralité carbone d’ici 2040.
Dans une entreprise agroalimentaire gantoise, nous avons évalué une solution de couplage intelligent entre refroidissement et chauffage. En récupérant la chaleur résiduelle des systèmes de refroidissement pour chauffer à la fois les processus de cuisson (haute température) et les eaux de nettoyage (basse température), nous prévoyons une réduction potentielle de 65 % de la consommation de gaz naturel et une baisse annuelle de 750 tonnes des émissions de CO₂.
Un regard vers l’avenir
Avec la croissance des énergies renouvelables et la baisse des coûts des technologies durables, la combinaison cogénération – pompe à chaleur deviendra de plus en plus attrayante.
Des innovations comme le pilotage intelligent ou l’intégration avec des stockages d’énergie (thermique et électrique) amélioreront encore l’efficacité de ces systèmes. Une gestion énergétique intelligente sera essentielle pour maximiser leur performance et leur synergie.
La transition vers des combustibles à faible teneur en carbone – comme le biogaz ou le biopropane – ouvre également la voie à de nouvelles réductions des émissions de CO₂.
Conclusion
La combinaison de la cogénération et des pompes à chaleur représente une solution puissante pour les entreprises souhaitant améliorer leur efficacité énergétique et réduire leur empreinte carbone. Luminus Solutions propose un accompagnement professionnel, de l’étude à la réalisation, pour permettre aux entreprises de tirer pleinement parti de la synergie entre ces deux technologies durables.