Chaudière à électrodes · Glossaire

Une chaudière à électrodes produit de la chaleur par voie électrique. Le courant traverse, par des électrodes, un milieu conducteur, le plus souvent de l'eau traitée, et la chauffe grâce à sa résistance électrique. Elle fait partie des technologies Power-to-Heat, car elle convertit de l'énergie électrique en chaleur utilisable pour un réseau de chaleur, un site industriel ou une installation de chauffage de plus grande taille. Avec une résistance chauffante classique, c'est d'abord un élément résistif métallique qui chauffe, puis il réchauffe l'eau. Dans la chaudière à électrodes, en revanche, la chaleur naît directement dans l'eau entre les électrodes. On peut se l'imaginer comme une très grande « bouilloire » sans résistance à spirale, fonctionnant en tension alternative.

La grandeur technique la plus importante est la puissance électrique, généralement indiquée en kilowatts ou en mégawatts. Dans le chauffage urbain, les chaudières à électrodes individuelles sont habituellement construites pour environ 5 à 50 mégawatts et raccordées à la moyenne tension. Les installations de plusieurs centaines de mégawatts se composent en général de plusieurs chaudières. Un exemple est l'installation de la centrale de cogénération Berlin-Mitte, de 120 mégawatts : elle comprend trois chaudières de 40 mégawatts chacune et dispose de ses propres transformateurs de 110 à 22 kilovolts. La quantité de chaleur produite se mesure en kilowattheures ou en mégawattheures. Une chaudière de 20 mégawatts de puissance électrique fournit à pleine charge, en une heure, un peu plus de 20 mégawattheures de chaleur, déduction faite de faibles pertes. Le courant est donc converti presque intégralement en chaleur. Ce chiffre ne décrit toutefois que la conversion dans la chaudière. Il n'en découle pas encore que l'usage dans le système énergétique soit pertinent, avantageux ou bon pour le climat.

Les températures atteignables dépendent de la conception. La chaudière de 20 mégawatts des Stadtwerke Erfurt, par exemple, chauffe l'eau jusqu'à 128 degrés Celsius. Cela suffit pour le départ des réseaux de chaleur typiques. Pour les procédés industriels, il existe aussi des modèles qui produisent de la vapeur.

Distinction par rapport à la résistance chauffante, à la pompe à chaleur et au stockage

Les chaudières à électrodes sont souvent mises dans le même panier que d'autres technologies de chaleur électrique. Pour l'évaluation au niveau du système, la distinction est pourtant importante. Une résistance chauffante ou chaudière à résistance convertit elle aussi le courant directement en chaleur, mais utilise pour cela des éléments chauffants solides. Pour de fortes puissances, on recourt en général à des chaudières à électrodes, pour des puissances plus faibles aussi à des chauffe-eau électriques instantanés. Les chaudières à électrodes se règlent rapidement. Selon le modèle, cela se fait par le niveau d'eau, la surface d'électrode active ou la conductivité de l'eau. Elles conviennent ainsi aux réseaux de chaleur et à l'industrie, où de fortes puissances doivent pouvoir être absorbées à court terme.

Une pompe à chaleur fonctionne différemment. Elle n'utilise pas le courant comme source de chaleur, mais élève la chaleur ambiante, la chaleur fatale ou la géothermie à un niveau de température supérieur. À partir d'un kilowattheure d'électricité, elle peut donc produire plusieurs kilowattheures de chaleur. Ce rapport s'appelle coefficient de performance, et coefficient de performance annuel lorsqu'il est moyenné sur une année entière. Une chaudière à électrodes n'atteint pas cette multiplication : d'un kilowattheure d'électricité, on obtient environ un kilowattheure de chaleur. En contrepartie, elle est techniquement plus simple, moins chère à l'achat par kilowatt et atteint plus facilement des températures élevées. Par unité de chaleur, elle consomme toutefois nettement plus d'électricité qu'une pompe à chaleur adaptée.

Un stockage de chaleur n'est pas non plus une chaudière à électrodes : la chaudière produit de la chaleur, le stockage la déplace dans le temps. Dans la pratique, les deux sont souvent combinés. La chaudière peut produire de la chaleur lorsque l'électricité est bon marché ou lorsque le réseau compte beaucoup d'électricité éolienne et solaire, et un stockage d'eau chaude ou de vapeur la restitue plus tard. Sans stockage, la chaleur doit être consommée immédiatement. La flexibilité de la chaudière est alors limitée par le besoin de chaleur du moment, en été par exemple par le faible besoin d'eau chaude.

Rôle dans le réseau de chaleur et dans le système électrique

Les chaudières à électrodes sont surtout pertinentes là où de grandes quantités de chaleur sont de toute façon produites et distribuées de manière centralisée : dans les réseaux de chaleur et les grands réseaux de quartier, pour l'approvisionnement industriel en vapeur et sur des sites disposant déjà d'une technique de chaudières. Elles peuvent y compléter ou remplacer en partie les chaudières fossiles de pointe. Ces chaudières couvrent aujourd'hui souvent les pointes de charge les jours froids, les cas de secours ou de courtes fenêtres de fonctionnement. Une chaudière à électrodes peut assumer de telles tâches si le raccordement électrique, la capacité du réseau, la température et la rentabilité conviennent. La littérature spécialisée voit pour les chaudières électriques dans le chauffage urbain surtout un rôle de chaudière de pointe, car elles demandent peu d'investissement.

Pour le système électrique, la chaleur produite n'est pas seule à compter. Une chaudière à électrodes est une charge pilotable qui peut absorber du courant supplémentaire. Cela vaut la peine lorsque l'électricité est bon marché sur le marché ou lorsqu'un gestionnaire de réseau incite à une consommation supplémentaire ou la demande selon certaines règles. La chaudière contribue ainsi à la flexibilité. C'est le plus efficace lorsque le soutirage d'électricité ne doit pas coïncider, dans la même heure, avec le besoin de chaleur. Cela exige des stockages de chaleur, des programmes de fonctionnement adaptés et des contrats entre l'approvisionnement en chaleur, le marché de l'électricité et l'exploitation du réseau.

Sur le plan technique, les chaudières à électrodes réagissent rapidement et se prêtent donc en principe à un pilotage flexible de la charge. Que cette capacité soit utilisée dépend des règles du marché, des redevances de réseau, des prélèvements, de la puissance de raccordement, de la responsabilité d'équilibre et des contraintes d'exploitation. Une installation techniquement flexible peut malgré tout rarement fonctionner économiquement si des coûts élevés d'achat d'électricité ou des taxes rendent l'exploitation peu attrayante. À l'inverse, elle peut devenir intéressante en cas de prix négatifs de l'électricité ou très bas, tant que la chaleur remplace des combustibles fossiles ou peut être stockée.

Cadre juridique en Allemagne : utilisation face aux congestions du réseau

En Allemagne, deux règles utilisent spécifiquement les chaudières à électrodes en cas de congestions du réseau. Toutes deux visent à éviter que l'électricité d'installations renouvelables soit écrêtée. La première est le § 13, alinéa 6a, de la loi sur l'industrie énergétique (EnWG). Selon celui-ci, les gestionnaires de réseau de transport peuvent conclure des contrats avec les exploitants d'installations de cogénération : en cas de congestion, l'installation de cogénération injecte moins d'électricité, et l'approvisionnement en chaleur est maintenu au moyen d'électricité livrée sur le plan comptable, par exemple via une chaudière à électrodes. Les conditions comprennent notamment : l'installation de cogénération se situe en dehors de la région sud définie par la loi, a été mise en service avant le 14 août 2020 et a une puissance électrique supérieure à 500 kilowatts. Le gestionnaire de réseau de transport rembourse en une fois l'investissement dans la production de chaleur électrique. Les contrats durent au moins cinq ans, au plus jusqu'à fin 2033. Au total, une puissance de production de chaleur électrique de 2 gigawatts au maximum peut ainsi être créée (selon la version de la loi consultée).

La seconde règle est le § 13k EnWG, « Utiliser au lieu d'écrêter » (« Nutzen statt Abregeln »), en vigueur depuis le 29 décembre 2023. La veille, les gestionnaires de réseau de transport prévoient quelle quantité d'électricité issue d'installations renouvelables devrait vraisemblablement être écrêtée en raison de congestions dans des régions dites de décharge. Ils attribuent une partie de ces quantités à des charges enregistrées, pouvant être enclenchées en supplément, qui reçoivent pour cela une rémunération. Depuis le 1er octobre 2024, une phase d'essai de deux ans avec attribution simplifiée était en cours à cet effet. Une procédure d'appel d'offres concurrentielle est ensuite prévue. Un exemple est la chaudière à électrodes de 20 mégawatts des Stadtwerke Erfurt : elle est en service depuis mai 2025, est financée par 50Hertz et exploitée selon le § 13k. Ces règles ne valent que pour l'Allemagne, et la procédure qu'une installation donnée peut utiliser dépend de l'emplacement, de l'enregistrement et du contrat.

Dans de tels projets, le gestionnaire de réseau de transport participe souvent au financement. Dans le projet de 120 mégawatts de Berlin-Mitte, le fournisseur de chaleur BEW construit l'installation et 50Hertz assume l'essentiel du financement. La mise en service est prévue pour fin 2028. De telles installations sont donc aussi un outil de gestion des congestions du réseau, et pas seulement de production de chaleur.

Rendement élevé, efficacité limitée

Le rendement de conversion élevé conduit souvent à une évaluation simplifiée. Que presque chaque kilowattheure d'électricité devienne de la chaleur semble efficace. Comparé à une pompe à chaleur, le chauffage direct à l'électricité est toutefois gourmand en électricité. Une pompe à chaleur avec un coefficient de performance annuel de trois fournit, à partir de la même quantité d'électricité, environ trois fois plus de chaleur. La chaudière à électrodes est donc surtout pertinente lorsque les pompes à chaleur sont difficiles à mettre en œuvre sur le plan technique ou économique : à très hautes températures, pour de courtes pointes de charge, en l'absence de source de chaleur, avec peu de place, comme réserve ou pour quelques heures de fonctionnement avec une électricité très bon marché.

Le bilan climatique dépend du moment du fonctionnement. Une chaudière à électrodes n'est pas automatiquement neutre pour le climat du simple fait qu'elle fonctionne à l'électricité. Ce qui compte, c'est quelles centrales fournissent l'électricité supplémentaire à l'heure considérée. C'est ce que décrit le facteur d'émission marginal. Si cette électricité provient majoritairement de centrales fossiles, le bilan peut être défavorable. Si la chaudière utilise de l'électricité qui serait sinon écrêtée et qu'elle remplace une chaudière à gaz, les émissions diminuent nettement. La notion d'« électricité excédentaire » exige donc de la prudence. L'électricité n'est pas déjà excédentaire parce que beaucoup de vent ou de soleil est injecté. Ce qui compte, ce sont le prix de marché, la situation du réseau, la capacité des lignes et le fait que des installations renouvelables seraient sinon réellement écrêtées.

L'emplacement compte aussi. Les réseaux électriques sont liés aux lignes. Une chaudière qui soutire du courant pendant que, dans une autre zone du réseau, des éoliennes sont écrêtées n'empêche pas nécessairement cet écrêtement. Les charges flexibles aident surtout là où elles se trouvent bien placées par rapport à la congestion, donc le plus souvent en aval, là où l'électricité ne peut pas être évacuée. C'est précisément pourquoi les instruments cités sont liés à des régions de décharge ou à des congestions du réseau de très haute tension. En l'absence de tels signaux de localisation et de réseau, une consommation d'électricité supplémentaire peut même augmenter les coûts globaux.

Conditions économiques et institutionnelles

Les chaudières à électrodes coûtent relativement peu par kilowatt de puissance et sont techniquement simples. Cela les rend attrayantes même pour quelques heures de fonctionnement par an. Les coûts courants dépendent en revanche fortement du prix de l'électricité, des redevances de réseau, des impôts et prélèvements ainsi que du prix du combustible remplacé. Pour une chaudière de pointe au gaz, le combustible, les coûts du CO₂ et le rendement déterminent les coûts. Pour la chaudière à électrodes, l'approvisionnement en électricité, la puissance de raccordement et les coûts réglementaires passent au premier plan. Le raccordement au réseau avec ses propres transformateurs et installations de commutation peut précisément représenter un poste de coûts important.

Pour les exploitants de chauffage urbain, la planification devient ainsi plus exigeante. Outre le besoin de chaleur, ils doivent aussi garder à l'œil les prix de l'électricité, les niveaux de remplissage des stockages, les restrictions de réseau, le mode de fonctionnement de la cogénération, les exigences de réserve et les coûts d'émission. La chaudière à électrodes est en concurrence avec les chaudières à biomasse, les grandes pompes à chaleur, la chaleur fatale, le solaire thermique, la cogénération et les chaudières fossiles de pointe. Quelle installation fonctionne en premier résulte des coûts variables, des charges minimales, des exigences de température et des contrats.

Sur le plan institutionnel, plusieurs acteurs sont impliqués. Le fournisseur de chaleur planifie la sécurité d'approvisionnement dans le réseau de chaleur. Le gestionnaire du réseau électrique examine la puissance de raccordement et la compatibilité avec le réseau. Le marché de l'électricité fournit les signaux de prix pour le mode de fonctionnement et le décompte. La réglementation fixe quels coûts s'appliquent au soutirage d'électricité et si les charges flexibles sont traitées différemment. Des conflits surgissent lorsqu'une installation serait pertinente pour le réseau de chaleur, mais cause de lourds coûts de réseau au raccordement électrique ou réagit mal en cas de congestion.

Interprétations erronées typiques

« Les chaudières à électrodes résolvent tout problème d'excédent. » Cela méconnaît qu'elles dépendent de la demande de chaleur, du stockage, du raccordement au réseau et de l'emplacement. La chaleur se stocke certes souvent à moindre coût que l'électricité, mais pas indéfiniment ni sans pertes ou coûts d'infrastructure. Sans soutirage de chaleur organisé, une chaudière à électrodes reste un consommateur d'électricité supplémentaire à forte puissance de raccordement.
« Le Power-to-Heat, c'est la même chose qu'une chaudière à électrodes. » Le Power-to-Heat comprend aussi les grandes pompes à chaleur, les résistances chauffantes, les chauffe-eau électriques instantanés, la chaleur de procédé électrique industrielle et les systèmes hybrides. La chaudière à électrodes y est la solution pour la chaleur électrique directe de forte puissance et de réglage rapide, et non celle qui a le plus faible besoin d'électricité par unité de chaleur.
« Plus de consommation d'électricité signifie plus de consommation d'énergie. » Lorsqu'une chaudière à électrodes remplace du gaz, la consommation d'électricité augmente tandis que l'utilisation de combustible fossile diminue. Pour l'évaluation comptent le combustible remplacé, les heures de fonctionnement, le facteur d'émission de l'électricité, l'effet sur le réseau et les coûts du système. Une chaudière à électrodes réduit l'utilisation d'énergie primaire surtout lorsqu'elle utilise de l'électricité renouvelable qui serait sinon écrêtée. Comme elle n'intègre pas de chaleur ambiante, cet effet est plus faible qu'avec les pompes à chaleur.

En résumé, la chaudière à électrodes désigne une production de chaleur puissante et directement électrique. Ses atouts sont une technique simple, un réglage rapide, un faible investissement par kilowatt et une bonne intégration dans les réseaux de chaleur centralisés. Sa faiblesse est le besoin élevé d'électricité par unité de chaleur. Elle est pertinente là où besoin de chaleur, stockage, prix de l'électricité, situation du réseau et production fossile remplacée concordent. En Allemagne, c'est le cas en particulier lors de congestions du réseau, où elle absorbe de l'électricité qui serait sinon écrêtée.

Sources

Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) § 13 Systemverantwortung der Betreiber von Übertragungsnetzen — Bundesministerium der Justiz / Bundesamt für Justiz (gesetze-im-internet.de); unbekannt (konsolidierte Fassung, abgerufen 2026-11-11). § 13 Abs. 6a
Nutzen statt Abregeln — Netztransparenz.de (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber); unbekannt. Einführungstext zu § 13k EnWG
Power-to-Heat-Anlagen in der Fernwärmeversorgung (Dissertation) — Deutsche Nationalbibliothek (Hochschulschrift); unbekannt. Abschnitt zu E-Heizern / Elektrodenkesseln
Power-to-Heat — SWE Stadtwerke Erfurt; unbekannt. Abschnitte zur Anlage und „Der Elektrodenkessel“
Startschuss für Bau einer der größten Power to Heat Anlagen Europas — BFW Newsroom (Pressemitteilung BEW / 50Hertz / Stromnetz Berlin); unbekannt (ca. Mai 2026). Projektbeschreibung

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Edited by eCMS on 11.11.2026 19:44