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L’énergie et l’économie circulaire au LIST

Économie circulaire

Publié le
lundi 3 décembre 2018 à 04:00

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Depuis quelques années, l’économie circulaire (EC) suscite un très vif intérêt de la part des acteurs publics comme privés au Luxembourg. Bien que l’accent ait, jusqu’à présent, principalement été mis sur la valorisation durable des ressources matérielles, la production et l’utilisation de l’énergie sont également des aspects clés des multiples facettes de l’EC (Figure 1).

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Énergie et économie d’énergie

Dans un rapport de 2018 relatif à l’économie circulaire dans le secteur de l’énergie en Finlande , Deloitte, a identifié trois thèmes principaux : l’exploitation des ressources naturelles pour la production d’énergie, la consommation d’énergie des utilisateurs finaux et la récupération de la chaleur résiduelle.

Concernant la production d’énergie, l’utilisation de ressources naturelles limitées doit évoluer vers des sources renouvelables. Bien que l’utilisation de ces sources soit en augmentation, plusieurs obstacles majeurs doivent encore être surmontés avant que notre production d’énergie puisse se baser à 100 % sur les énergies renouvelables : l’adaptation des infrastructures de réseau aux nouvelles exigences, le potentiel limité dans des emplacements géographiques donnés, etc. L’un des principaux défis concerne la manière de gérer la fluctuation des sources renouvelables conformément au côté de la demande. Nos systèmes énergétiques ont besoin de bien plus de flexibilité et de structures appropriées, afin que l’énergie renouvelable, lorsqu’elle est disponible, soit entièrement valorisée.

Bien que ces sources se renouvellent constamment, elles doivent tout de même être utilisées efficacement. Une consommation d’énergie durable et efficace implique que les usines de production d’énergie soient adaptées à la demande finale. Réduire les pertes au minimum conduit non seulement à une utilisation efficace des énergies renouvelables, mais aussi à de plus petites usines et donc à une réduction des coûts d’exploitation et d’investissement. Un haut niveau d’efficacité énergétique de nos appareils ainsi que des processus industriels sont donc nécessaires pour permettre le déploiement viable de systèmes d’énergie renouvelable. Mais l’optimisation des processus constitue une tâche complexe, nécessitant une approche intégrée (et donc des outils d’évaluation quantitative appropriés) afin de s’assurer que l’ensemble du système soit réellement plus efficace.

Enfin, lorsque l’efficacité de ces processus ne peut être améliorée davantage, les opportunités de continuer à valoriser l’énergie résiduelle doivent être évaluées. En particulier si l’on prend en compte la récupération de la chaleur excédentaire, les premières évaluations théoriques ont estimé qu’environ 90 % de la demande en chauffage des secteurs des services et résidentiels européens pouvaient être couverts par la chaleur résiduelle provenant de sources industrielles et autres. Cependant, cette valorisation est également limitée par de multiples obstacles : le manque d’informations relatives à la chaleur excédentaire disponible, la viabilité économique en concurrence avec d’autres alternatives de chauffage, la complexité due au grand nombre de variables à prendre en compte, etc.

Le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) a déjà abordé plusieurs de ces défis par le passé.

Contribution du LIST aux sujets liés liés à l’énergie dans le cadre de l’économie circulaire.

Concernant la valorisation de la chaleur résiduelle, le LIST a contribué dans le passé au développement d’un logiciel ciblant l’optimisation des processus industriels et la récupération de la chaleur (www.einstein-energy.net). Il a développé des modèles permettant la quantification et la répartition spatiale de la demande en chaleur domestique et du potentiel de chaleur résiduelle, donnant lieu au premier outil de système d’information géographique (SIG) en ligne sur ce sujet au Luxembourg. Une base de données complémentaire des flux industriels de chauffage et de climatisation a également été créée à un stade ultérieur. Dans le cadre d’une thèse de doctorat, une méthode d’optimisation (OptiHeat) maximisant les profits des meilleures opportunités de valorisation de la chaleur résiduelle a fait l’objet d’un prototype. La méthode a été spécialement formulée pour les sociétés de services énergétiques et a démontré que cette valorisation est viable au Luxembourg (Figure 2).

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Le LIST a également collaboré avec des industries sur le thème de l’efficacité des processus, comme Kronospan à Sanem. Dans le projet LIFE « Factory of the Future », le LIST a soutenu la société avec ses compétences d’évaluation du cycle de vie pour atteindre ses objectifs d’amélioration de l’efficacité énergétique. Plusieurs mesures économes en énergie ont été évaluées, puis mises en œuvre lorsqu’elles étaient jugées pertinentes. En parallèle, l’utilisation des déchets de bois en tant que carburant a pu augmenter en raison d’une meilleure préparation de la biomasse.

Le LIST travaille sur l’utilisation des énergies renouvelables depuis de nombreuses années, principalement en lien avec la biomasse et les systèmes photovoltaïques (PV). Au cours des dernières années, l’accent a été mis sur la caractérisation des performances des systèmes PV dans des conditions extérieures réelles, le LIST établissant son propre champ d’essai extérieur. Pour traiter la fluctuation de l’approvisionnement des systèmes PV, un modèle de prévision capable de prédire la production d’énergie a également été développé récemment. Des systèmes de réseaux intelligents, nécessaires pour atteindre l’objectif 100 % d’énergies renouvelables, ont également été ciblés. Par exemple, des prototypes d’optimisation des réseaux augmentant la part renouvelable des systèmes électriques ont été développés. Plusieurs options de contrôle augmentant la capacité d’hébergement des réseaux de distribution ont été évaluées dans un projet avec Sudstroum.

Avec la création du groupe Sustainable Energy System (voir encart), le LIST va davantage se concentrer sur des systèmes de gestion de réseau intelligent soutenant le déploiement d’énergies renouvelables dans les réseaux électriques. En collaboration avec le fournisseur d’énergie Electris, les méthodes de prévision pour les systèmes PV seront encore améliorées. Dans le cadre du projet de recherche Combi-Cast, financé par le Fonds national de la recherche (FNR) du Luxembourg, des méthodes d’intelligence artificielle seront déployées pour combiner trois différents modèles de prévision en fonction des conditions climatiques, de l’heure de la journée et d’autres facteurs, afin d’améliorer la fiabilité des prévisions. Dans le cadre du projet gENESIS, récemment financé par le FNR, un système de gestion de l’énergie dans des bâtiments ne consommant quasiment pas d’énergie sera développé. En se basant sur une programmation mathématique, des modèles d’optimisation pour la conception et l’exploitation des services d’utilité publique (appareils intelligents, systèmes de stockage, etc.), intégrés dans des réseaux électriques intelligents, seront formulés et feront l’objet de prototypes.

À moyen terme, des idées de recherche de suivi seront examinées davantage (par exemple quant à l’utilisation de systèmes de stockage embarqués pour la gestion de la chaleur rurale, ou la production d’électricité à partir de la chaleur résiduelle). Ainsi, le LIST continuera de remplir son rôle de RTO offrant des outils et prototypes concrets d’aide à la décision au secteur de l’énergie et aux utilisateurs finaux, tout en les intégrant dans la transition vers l’économie circulaire, qui est nécessaire pour un développement durable de notre société.

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Le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)

Publié le
lundi 3 décembre 2018


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