Alimenter les bâtiments en Suisse au moyen d’une combinaison d’énergies renouvelables

Estimer le potentiel des systèmes hybrides d’énergies renouvelables (HyREP) dans les zones urbaines est un défi énorme. L’objectif du projet était de développer une nouvelle approche cohérente pour évaluer l’HyREP en Suisse au moyen des technologies de Big Data Mining et des méthodes statistiques avancées, y compris l'apprentissage automatique (ML).

  • Portrait / description du projet (projet de recherche terminé)

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    Les bâtiments représentent l'une des plus grandes parts de la demande en énergie en Suisse: ils constituent plus de 40% de la demande globale et plus de 30% de la demande en électricité. Afin de réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, ils doivent devenir plus efficients et miser en priorité sur les sources d’énergie renouvelable. Estimer l’HyREP pour l’environnement construit est en conséquence devenu un enjeu extrêmement important en Suisse, particulièrement pour les municipalités, les propriétaires immobiliers et les services publics. De telles estimations fournissent des informations très concernant la production d'énergie renouvelable ainsi que leur potentiel pour satisfaire la demande d'énergie dans l'environnement bâti.

  • Contexte

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    Les systèmes hybrides d'énergie renouvelable combinent diverses sources d’énergies renouvelables: solaire, éolienne et géothermique de surface. Dans le secteur du bâtiment, de telles installations réduisent de façon substantielle la taille des centrales électriques, la capacité nécessaire de stockage de l’énergie et l’ensemble des coûts d’exploitation. Dans la perspective du virage énergétique, il est important d’évaluer le potentiel des ressources combinées d'énergie renouvelable dans l'environnement bâti. Cela aidera les acteurs concernés du bâtiment en Suisse à définir leurs stratégies et prendre leurs décisions.

  • Objectif

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    L'objectif du projet était d'évaluer le potentiel des systèmes hybrides d’énergies renouvelables (HyREP) dans l'environnement construit au niveau national, avec une application à la Suisse. Ce dernier décrit les schémas spatiaux et temporels des différentes sources d'énergie renouvelable (SER) pour la production d'électricité et de chaleur. Celles-ci peuvent être combinées à d'autres sources d'énergie non renouvelables afin d'évaluer leur complémentarité et leur potentiel pour répondre à la demande en énergie de l'environnement construit. Les sources d'énergie renouvelable examinées dans cette étude sont l'énergie éolienne, le photovoltaïque et la chaleur géothermique de surface. Ce sont trois sources d'énergie renouvelables pour lesquelles des objectifs ambitieux ont été fixés dans les «Perspectives énergétiques 2050».

  • Importance / Application

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    Grâce à des approches Big Data, le projet a permis d’estimer la quantité d'électricité et de chaleur qui pourrait être produite dans toute la Suisse à partir des énergies solaire et éolienne, ainsi que de la géothermie de surface. Les résultats peuvent avoir un impact sur la politique énergétique de ce pays, et les méthodes fondées sur les données peuvent également être utilisées dans d'autres pays. La base de données sur les énergies renouvelables nous permet de visualiser la variation spatio-temporelle des sources d’énergie renouvelable pour des bâtiments individuels et des municipalités partout en Suisse.

  • Résultats

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    Le projet était centré sur l'estimation spatiale et temporelle du potentiel technique des sources d'énergie renouvelables à grande échelle. Le potentiel technique se définit comme l'énergie maximale (électricité ou chaleur) qui peut être produite avec une technologie spécifique aux énergies renouvelables. L'estimation tient compte des contraintes physiques, géographiques et techniques, qui ont été traitées séparément pour les trois formes d'énergie (éolienne, solaire et géothermique de surface). Les résultats comprennent des bases de données régionales et nationales sur le potentiel des énergies renouvelables qui peuvent être utilisées pour étudier les systèmes hybrides d'énergies renouvelables, du niveau des quartiers au niveau national, sur la base de données homogènes à l’échelle de la Suisse.

    Une méthode générique centrée sur les données a été développée sur la base du Big Data Mining, des statistiques spatiales et de l'apprentissage automatique afin de promouvoir la modélisation à haute résolution des systèmes hybrides d'énergies renouvelables (solaire, éolien et géothermique). Des progiciels contenant des modèles développés pour d’autres applications et extensions sont également disponibles. La méthode d'estimation du potentiel des systèmes hybrides d’énergies renouvelables a été appliquée au parc immobilier de la Suisse. Cela a permis de comparer le potentiel des systèmes hybrides d’énergies renouvelables pour différents types de villes et de bâtiments (par exemple, rural/urbain ou résidentiel/industriel), ainsi que pour différentes régions de Suisse, et de tirer ainsi des conclusions utiles pour le développement futur des énergies renouvelables. Les incertitudes des valeurs estimées et prédites (niveaux de confiance et erreurs de prédiction) ont été déterminées et présentées à l'aide de cartes interactives et d'outils de visualisation pour faciliter la prise de décision.

  • Titre original

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    Hybrid renewable energy potential for the built environment using big data: forecasting and uncertainty estimation