Installation d'environ 600 millions de pompes à chaleur couvrant 20% des besoins de chauffage des bâtiments requis d'ici 2030

Nov 11, 2023

Rapport technologique

Licence

AIE (2022), Installation d'environ 600 millions de pompes à chaleur couvrant 20 % des besoins de chauffage des bâtiments requis d'ici 2030, AIE, Paris https://www.iea.org/reports/installation-of-about-600-million-heat- pompes-couvrant-20-des-bâtiments-besoins-de-chauffage-requis-d'ici-2030, Licence : CC BY 4.0

Cette analyse fait partie d'une série de notre nouveau rapport, Voies technologiques et d'innovation pour des bâtiments prêts à zéro carbone d'ici 2030, et fournit la vision stratégique des experts des programmes de collaboration technologique (TCP) de l'IEA sur la manière d'aider à atteindre certains des les jalons à court terme les plus percutants pour le secteur des bâtiments décrits dans la feuille de route Net Zero d'ici 2050 de l'AIE ; le titre de chaque rapport reflète l'un de ces jalons. En savoir plus sur le rapport et explorer les TCP.

Les pompes à chaleur électriques à haut rendement sont la principale technologie permettant de réduire les émissions de chauffage dans le secteur des bâtiments dans le scénario Émissions nettes nulles d'ici 2050 (scénario NZE). Le nombre de pompes à chaleur installées dans le monde passe de 180 millions en 2020 à environ 600 millions en 2030. Au moins trois fois plus performantes que les chaudières à combustibles fossiles traditionnelles, l'installation de pompes à chaleur dans les bâtiments individuels devrait passer de 1,5 million par mois actuellement à environ 5 millions d'ici 2030.

La montée en puissance rapide des pompes à chaleur facilite l'élimination complète des nouvelles chaudières à combustibles fossiles d'ici 2025 - une étape clé dans le scénario NZE. Les pompes à chaleur associées au stockage d'énergie peuvent absorber les fluctuations de la production renouvelable variable, ce qui permettra de produire environ 40 % de l'électricité par le solaire photovoltaïque et l'éolien d'ici 2030. La rénovation du parc immobilier existant au niveau zéro carbone permet également aux pompes à chaleur de fonctionner encore plus efficacement dans ce segment.

Les pompes à chaleur sont beaucoup plus écoénergétiques que les autres technologies de bâtiments renouvelables et conventionnelles, y compris les chaudières à hydrogène et à biomasse à faibles émissions. Une fois installée et exploitée correctement, une unité d'électricité utilisée par une thermopompe fournit de trois à cinq unités de chaleur en moyenne pendant la saison de chauffage. En revanche, une unité d'électricité utilisée par un électrolyseur pour produire de l'hydrogène, qui est ensuite brûlé, produit 0,6 à 0,8 unités de chaleur. Le rendement d'une chaudière à biomasse à haut rendement est d'environ 0,9 unité. L'efficacité des pompes à chaleur a augmenté régulièrement au cours des dernières décennies grâce à la recherche, à la concurrence, aux normes de performance d'efficacité minimale (MEPS) et aux systèmes d'étiquetage énergétique. De plus, les pompes à chaleur sont des fournisseurs multiservices puisqu'elles peuvent répondre aux besoins de chauffage, de refroidissement et de déshumidification. Différents types de pompes à chaleur conviennent à différentes applications et régions. Il existe des pompes à chaleur air-air, air-eau, eau chaude et géothermique. Une conception améliorée peut encore améliorer leur efficacité. Par exemple, l'efficacité énergétique saisonnière peut atteindre 500 % à 1 000 % dans les bâtiments commerciaux pour la demande de chauffage et de refroidissement.

Les pompes à chaleur peuvent également contribuer à atteindre les objectifs nationaux concernant la part des énergies renouvelables dans le mix. Lorsqu'ils sont associés à un système photovoltaïque intégré au bâtiment ou alimentés par de l'électricité renouvelable hors site, ils constituent une solution entièrement renouvelable, faisant de l'électrification un levier important pour éliminer progressivement les combustibles fossiles. Les pompes à chaleur peuvent déjà être intégrées au niveau du quartier et de la ville. Les thermostats intelligents et les commandes actives peuvent libérer leur potentiel de réponse du côté de la demande et aider à atteindre des parts plus élevées d'énergies renouvelables variables dans le réseau.

Dans plusieurs régions, les pompes à chaleur ont déjà une part de marché considérable en raison de leur coût total du cycle de vie avantageux, en particulier dans les pays nordiques européens (par exemple, la Norvège, la Suède, le Danemark et la Finlande), mais aussi en France. En Suède, 29 % de la demande de chauffage dans les bâtiments est couverte par des pompes à chaleur et le chiffre correspondant pour la Finlande est de 15 %. Dans d'autres régions (par exemple, certaines parties des États-Unis et du Japon), les pompes à chaleur représentent déjà une part importante des marchés du chauffage car elles peuvent également répondre à la demande de refroidissement. Au Japon, un climatiseur réversible est généralement le seul appareil de chauffage des locaux en raison d'une demande de chauffage modérée par rapport aux besoins de refroidissement. Aux États-Unis, environ 40 % des maisons unifamiliales neuves sont chauffées par des pompes à chaleur. Dans ces pays, le marché et les chaînes de valeur sont bien développés, et la sensibilisation et l'acceptation des utilisateurs finaux sont toutes deux élevées. Dans plusieurs autres pays, la part de marché est importante pour les maisons neuves car les pompes à chaleur sont souvent la meilleure option pour répondre aux normes de performance énergétique fixées par les nouvelles réglementations en matière de construction.

Même si la pénétration globale augmente, les pompes à chaleur sont encore une solution plutôt rare pour remplacer les systèmes de chauffage existants en raison de coûts initiaux plus élevés ou d'un manque de sensibilisation et de savoir-faire parmi les installateurs et les concepteurs. Dans ces pays, l'achat de pompes à chaleur est parfois incité et promu, comme en Allemagne, en Italie, au Royaume-Uni, aux États-Unis et en République populaire de Chine (ci-après la « Chine »). Pour accroître la sensibilisation et l'acceptation des utilisateurs finaux, certains programmes incluent des incitations financières, mais également une éducation sur les avantages des pompes à chaleur pour les consommateurs.

Les pompes à chaleur sont une technologie performante et mature. Cependant, des améliorations technologiques et des systèmes sont nécessaires pour les intégrer et utiliser leur plein potentiel dans les systèmes énergétiques à émissions nettes nulles. L'efficacité du système de pompe à chaleur et son impact peuvent être améliorés grâce à l'intégration intelligente du système avec le PV, le stockage d'énergie, le contrôle et l'e-mobilité. Dans certaines situations, la capacité des pompes à chaleur à fonctionner de manière flexible peut être plus importante que l'atteinte d'un rendement de haut niveau.

Dans la crise énergétique mondiale actuelle, les pompes à chaleur ont été identifiées comme une solution pour renforcer la sécurité énergétique. En Europe, le plan REPowerEU présenté par la Commission propose de doubler le taux de déploiement des pompes à chaleur dans les années à venir afin de réduire la dépendance au gaz naturel russe. Aux États-Unis, les pompes à chaleur ont été identifiées comme une technologie prioritaire dans le Defense Production Act (DPA) pour que le pays s'approprie son indépendance énergétique propre.

L'un des principaux défis de la technologie est les coûts initiaux plus élevés par rapport aux options de chauffage à base de combustibles fossiles. Dans certaines régions, cela peut être compensé par des coûts de fonctionnement inférieurs et des coûts de cycle de vie totaux avantageux. La rentabilité des pompes à chaleur par rapport à leurs alternatives aux combustibles fossiles est en effet également liée aux prix du pétrole, du gaz, du charbon et de l'électricité, qui ont atteint des niveaux record depuis l'invasion de l'Ukraine par la Russie, rendant leur utilisation particulièrement attractive aujourd'hui. Leur compétitivité dépend également du mix de production d'électricité ainsi que de la manière dont les différents combustibles sont taxés et subventionnés. Les taxes et les subventions devraient refléter la priorité donnée aux pompes à chaleur (par exemple, les redevances liées à une saturation plus élevée des sources d'énergie renouvelables à déplacer des prix de l'électricité vers les prix des combustibles fossiles). Par rapport à d'autres technologies zéro émission, les pompes à chaleur sont souvent, mais pas toujours, l'alternative la plus rentable sur la base du cycle de vie.

Au-delà des raisons économiques, les enjeux sont liés aux restrictions d'espace ou au dimensionnement du système de distribution de chauffage, et dans certains cas au remplacement des radiateurs par des unités plus grandes puisque l'efficacité d'une pompe à chaleur dépend de la température des radiateurs et donc de leur taille. Dans cette mesure, le déploiement des pompes à chaleur s'accompagne de plans de rénovation pour les bâtiments les moins performants car cela pourrait conduire à des températures de distribution plus basses pour satisfaire la demande de chaleur, permettant de faire fonctionner les pompes à chaleur à des niveaux d'efficacité plus élevés. Cependant, l'efficacité des pompes à chaleur devrait et pourrait encore être améliorée, en particulier pour les températures extérieures les plus froides.

Un autre défi pourrait être lié aux autorisations d'installation d'unités extérieures, à la fois pour des raisons sonores et visuelles.

En outre, même si les pompes à chaleur sont bien connues et adoptées par les utilisateurs finaux sur certains marchés matures, la sensibilisation et l'acceptation sont faibles dans de nombreux autres pays. Pour pouvoir multiplier le nombre de pompes à chaleur installées chaque mois, les constructeurs doivent multiplier les livraisons et les installateurs doivent être formés en nombre et qualité suffisants. La responsabilité en la matière devrait être partagée entre le secteur public et le secteur privé. Les pouvoirs publics devraient soutenir et encourager la reconversion et le perfectionnement de la main-d'œuvre (y compris les installateurs, les planificateurs, les architectes, les ingénieurs et les entrepreneurs) et encourager les programmes de formation organisés par le secteur privé.

Sources : AIE HPT Annexe 49 – Conception et intégration de pompes à chaleur pour nZEB et IGS, TU Braunschweig ; Projet R&D "Stratégies d'exploitation des bâtiments EnergiePLUS à l'exemple de la Berghalde" (BBSR Fkz SWD - 10.08.18.7-13.33).

Stratégies

Recommandations politiques

Création de marché et normes

Éliminer l'installation de nouvelles chaudières à combustible fossile

Interdictions.Abandon du chauffage aux combustibles fossiles dans les chaudières en interdisant les nouvelles installations.

Améliorer les normes minimales de performance énergétique (MEPS) et les systèmes d'étiquetage

MEPS et étiquettes. Promouvoir le développement de normes et de systèmes d'étiquetage pour un fonctionnement intelligent et flexible des pompes à chaleur. Maintenir et affiner (le cas échéant) les systèmes d'étiquetage et les MEPS pour améliorer l'efficacité et encourager un étiquetage approprié pour différents climats.

Instruments de planification

Intégrer les pompes à chaleur, le stockage et la planification du réseau électrique

Planification énergétique nationale.Développer des instruments nationaux intégrés de planification énergétique et les intégrer dans les procédures de planification pour coordonner la production d'énergie propre et renouvelable telle que l'énergie éolienne et solaire, permettre le renforcement du réseau électrique, fournir un soutien à l'installation de stockage d'énergie dans les goulots d'étranglement et promouvoir le déploiement de pompes à chaleur.

Permettre aux consommateurs/prosommateurs d'électricité de communiquer entre eux et avec le réseau électrique

Protocoles de communication de données.Promouvoir le développement de normes et de protocoles de communication ouverts et partagés pour différentes technologies d'énergie propre, les bâtiments, les services publics, la recharge des véhicules électriques et le réseau électrique.

Instruments économiques et financiers

Priorisation des pompes à chaleur par la fiscalité, les subventions et la suppression des subventions des solutions de chauffage fossiles

Taxe carbone, systèmes d'échange de droits d'émission (ETS) et subventions. Refléter la teneur en carbone dans les incitations à la tarification de l'énergie. Stimuler la rénovation écoénergétique avec des incitations (en particulier pour les bâtiments les moins performants) et inclure les pompes à chaleur dans les programmes de rénovation.

Adopter des instruments financiers pour rendre les pompes à chaleur plus abordables pour les habitants à faible revenu/vulnérables

Taxe carbone, systèmes d'échange de droits d'émission (ETS) et subventions.Cibler les subventions pour les rénovations énergétiques et le chauffage et la climatisation sans énergie fossile et économes en énergie pour les habitants à faible revenu (c'est-à-dire en utilisant les revenus de l'ETS et des taxes).

Soutien public à la R&D

R&D pour la mise à l'échelle des pompes à chaleur

Allouer des fonds.Fournir un soutien financier pour améliorer les performances, l'esthétique, l'acceptation des utilisateurs, la flexibilité et l'intégration avec d'autres technologies et dans différents climats des pompes à chaleur.

R&D pour améliorer l'économie circulaire

Allouer des fonds.Affecter des fonds au recyclage et à la réutilisation des matériaux et composants des pompes à chaleur.

Éducation et formation

Renforcement des capacités

Renforcement des capacités des installateurs de pompes à chaleur.Fournir une formation, une qualification et une certification suffisantes (nombre et qualité) des installateurs de pompes à chaleur pour l'installation de pompes à chaleur à guichet unique.

Instruments pour accroître l'acceptation par les utilisateurs finaux

Campagnes d'information.Promouvoir des campagnes éducatives pour accroître la confiance des utilisateurs dans les technologies des pompes à chaleur et les avantages en termes de coûts.

Une vision stratégique des programmes de collaboration technologique de l'IEA

Rapport technologique — septembre 2022

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