Caché sans ménagement dans les locaux techniques de nos immeubles commerciaux et dans les sous-sols de nos résidences se cache un outil puissant de lutte contre la crise climatique. L'omniprésence de cet outil modeste est essentielle pour aider les services publics à atteindre leurs objectifs d'émissions, à réduire le gaspillage d'énergie et à accroître la flexibilité de la demande en période de croissance de la charge – répondre au chauffe-eau. Autrefois appareils électroménagers ennuyeux, les chauffe-eau électrifiés d'aujourd'hui sont des batteries thermiques connectées à Internet qui sont trois fois plus efficaces que leurs prédécesseurs. De plus, grâce à l’intégration au réseau, ils peuvent optimiser leur cycle de charge pour éponger la capacité solaire excédentaire à midi tout en répondant aux besoins de confort de leurs occupants. Ceci est d’autant plus prémonitoire que des scientifiques de l’Université de Cork en Irlande l’ont récemment déterminé que les toits américains pourraient accueillir suffisamment de capacité pour dépasser légèrement la demande énergétique totale actuelle du pays1. Cependant, nous devons surmonter trois obstacles principaux avant de libérer l’énorme potentiel d’énergie stocké dans l’eau chaude. 

Électrifier efficacement notre approvisionnement en eau chaude sanitaire 

Les obstacles à l'électrification efficace de notre approvisionnement en eau chaude coïncident bien avec ceux de Nick Brod.Trois défis en matière d'énergie propre que nous devons résoudre. Actuellement, environ 55 millions de foyers à l’échelle nationale utilisent l’électricité pour chauffer l’eau chaude. Les opportunités offertes à ces ménages les font passer d'unités à résistance électrique inefficaces à des chauffe-eau hybrides à pompe à chaleur (HPWH) hautement efficaces. Selon AO Smith, la demande moyenne d'un chauffe-eau à résistance électrique en fonctionnement est de 4,45 kW ; pour une pompe à chaleur, elle est de 0,97 kW, ce qui en fait quatre fois et demieplus efficace. De plus, les coûts accessoires de préparation, tels que la mise à niveau des panneaux, peuvent être largement évités puisque le client dispose des circuits nécessaires en place. En outre, une étude du Brattle Group a révélé qu'un HPWH typique de 50 gallons peut réduire les émissions de CO2 de 52% par rapport à une référence de résistance électrique lorsque le service public utilise un mélange de charbon et de gaz. 

Fuel Sources for Heat Pump Water Heaters

Plus de 60 millions de foyers utilisent actuellement du gaz naturel ou du propane pour chauffer leur eau chaude. L'opportunité pour ces clients est de passer à l'électricité, créant ainsi plus de capacité pour la batterie thermique distribuée du réseau et réduisant davantage les émissions. Ces clients vivent majoritairement dans des climats froids ou humides typiques du Nord-Est et du Midwest. Même si les données permettent de repérer facilement les opportunités, les aspects économiques de la décarbonisation doivent encore fonctionner pour ces clients. En plus du matériel et de la main d'œuvre, l'électrification de l'eau chaude comprend généralement d'autres coûts de préparation du client associés aux améliorations de plomberie ou d'électricité.

Water Heating By Climate Zone

Les programmes d’électrification environnementale actuels sont principalement ambitieux et ont eu un impact limité sur les clients. Bien que de nombreuses variables puissent avoir un impact sur la transformation du marché, le coût total d’une électrification efficace est généralement beaucoup plus élevé pour l’utilisateur final que l’installation d’une technologie gazière de base. Par conséquent, les décideurs politiques et les régulateurs devraient envisager une stratégie de superposition d'incitations racheter une plus grande part de la clientèle pour accélérer les efforts de réduction du gaspillage énergétique et de décarbonation.

Renforcer les compétences de la base commerciale 

Pour les clients disposant d’une infrastructure existante, les aspects économiques de HPWH fonctionnent bien. Energy Star estime que l'installation d'un HPWH permettrait à une maison typique d'économiser $330/an. L’économie peut même fonctionner pour les clients qui changent de combustible et qui peuvent investir dans des mises à niveau électriques pour installer une infrastructure EV ou PV. Cependant, l’essor de cette technologie a été obstinément lent, malgré de généreuses incitations pour les services publics conçues pour réaliser la transformation du marché. Même si de nombreux problèmes sont en jeu, l’un des obstacles permanents réside dans la réticence de la base d’alliés commerciaux à plaider en faveur des nouvelles technologies. Les plombiers et les techniciens CVC sont réticents à prendre des risques. Recommander une version plus récente de l'équipement existant est une tactique courante pour limiter les rappels et les plaintes. Les clients comptent particulièrement sur leur allié commercial pour les aider dans leur processus de prise de décision, car ils ne pensent pas à leur chauffe-eau avant de prendre une douche froide. Les services publics devraient sérieusement envisager d’éduquer directement leur clientèle sur les avantages des HPWH. Les clients instruits sont plus susceptibles d’inciter l’allié commercial réticent à proposer une solution plus efficace. La demande croissante des clients créera un effet boule de neige qui verra les distributeurs et les grossistes modifier leurs pratiques de stockage, permettant ainsi aux services publics de mettre en œuvre des programmes intermédiaires rentables à grande échelle.

Libérer l’énergie inactive de l’eau chaude grâce aux commandes

Le passage de l'approvisionnement en eau chaude du pays à l'électricité est essentiel pour respecter nos engagements climatiques, car 18% de l'énergie consommée par un ménage type provient du chauffage de l'eau. Cependant, une électrification efficace ne fera pas, à elle seule, avancer de manière significative la décarbonation. Au lieu de cela, l’électrification doit se produire parallèlement à la construction d’un réseau de contrôle qui déplace la charge des périodes de production thermique à prix élevé vers des périodes d’abondance des énergies renouvelables.

La première opportunité réside dans les 55 millions d’unités actuellement installées, principalement regroupées dans le Sud et le Sud-Ouest. Une autre façon de le dire est de dire que nous avons 55 millions de batteries inutilisées pendant une crise climatique. Ce sont généralement des unités à résistance électrique de taille moyenne, environ 50 gallons. Ces unités doivent être équipées d'un contrôleur de chauffe-eau compatible Internet qui automatise les fonctions de transfert de charge en réagissant à un signal déclenché par le réseau, tel qu'une alerte d'émissions ou en préchargeant les tarifs TOU dans le micrologiciel de l'appareil pour optimiser la charge en période d'abondance. De plus, des unités individuelles peuvent être regroupées dans le Cloud pour fournir aux opérateurs de réseau une ressource flexible pour équilibrer l'intermittence des énergies renouvelables. Trever Swanson, responsable de programme chez APS, a travaillé avec l'équipe technologique de DNV pour développer des solutions client qui protègent le confort des occupants, réduisent les coûts et aident APS à mieux gérer les pics. Selon Trevor :

« Je pense que le contrôle des chauffe-eau pour déplacer la charge vers les heures creuses peut être un grand avantage pour un client disposant d'un plan d'utilisation en fonction de l'heure d'utilisation… De plus, lorsqu'ils sont regroupés, comme dans un complexe d'appartements, cela peut également profiter au service public. Une véritable mesure gagnant-gagnant. – Trevor Swanson, gestionnaire de programme, APS

Un avantage non énergétique de ces contrôleurs est qu’ils collectent des données de tension, ce qui permet de prédire quand les éléments chauffants tomberont en panne. En conséquence, les unités dont les éléments chauffants sont défaillants devraient être des cibles privilégiées pour un remplacement rapide par un HPWH plus efficace.

 Sur le sujet, les HPWH sont désormais équipés d'un port CTA-2045. Cette norme permet une fonctionnalité de réseau plug-n-play via une interface de type USB, éliminant ainsi le besoin d'installer un contrôleur de mise à niveau et d'embaucher un professionnel de l'électricité qualifié. Ici, le propriétaire n'a qu'à connecter l'appareil à un réseau local, et le réseau peut gérer la complexité en arrière-plan sans perturber le confort. Cela est possible grâce aux progrès de l’apprentissage automatique et au calendrier prévisible de la plupart des ménages. 

Les plats à emporter

Les chauffe-eau sont des batteries invisibles et omniprésentes qui peuvent contribuer de manière significative aux efforts de décarbonisation des bâtiments. Les batteries thermiques peuvent être optimisées pour se charger pendant les périodes d’abondance des énergies renouvelables, puis maintenir cette charge pendant les périodes de prix élevés. Cette stratégie contribue à réduire le coût énergétique du client et fournit aux opérateurs de réseau une ressource flexible capable de produire des MW de capacité une fois regroupées. Les États disposant de niveaux élevés de chauffe-eau électriques existants devraient immédiatement commencer à développer des programmes qui installent des contrôleurs compatibles Internet qui sont sensibles au réseau et aux prix. À plus long terme, ils devraient poursuivre la formation des clients et le développement de la main-d’œuvre pour faciliter les efforts de transformation du marché HPWH. Les États disposant de faibles niveaux de chauffe-eau électriques existants devraient immédiatement adopter des politiques de changement de combustible qui offrent des incitations cumulables pour contribuer à réduire le fardeau économique pesant sur les clients. Pour obtenir le maximum d’avantages, ils devraient exiger que les unités subventionnées soient sensibles au réseau afin de maximiser le potentiel de cette ressource énergétique distribuée.

Wesley (Wes) Whited

Wesley (Wes) blanchi

Consultant principal, conception de programmes, DNV

Nous sloi Blanchi est consultant principal et directeur de la conception de programmes chez DNV. Il travaille au sein d'une équipe interfonctionnelle d'ingénieurs et de consultants qui conçoivent des programmes de technologies propres pour les services publics appartenant à des investisseurs. M. Blanchi est un leader d'opinion reconnu dans le domaine des commandes d'éclairage en réseau et écrit fréquemment sur les impacts des technologies IoT sur l'environnement bâti. M. Blanchi est titulaire d'un BA de Nous sIl est diplômé de l'Université de Virginie (WVU) et titulaire d'un MBA de la Capital University. Il vit à Asheville, en Caroline du Nord, avec sa femme et ses deux chiens.

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