Réseaux de chaleur : bases techniques

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Support pour la formation "Réseaux de chaleur - Connaissances générales et liens avec l'aménagement des territoires" - CVRH de Nantes, MEDDE - 29 septembre 2014

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Réseaux de chaleur : bases techniques

  1. 1. Direction territoriale Ouest 2 pré-requis à la formation réseaux de chaleur Muriel Labonne – Pôle Réseaux de Chaleur | 29 septembre 2014 | CVRH de Nantes
  2. 2. Direction territoriale Ouest 1) Définition d’un réseau de chaleur/froid 2) Enquête du chauffage urbain et de la climatisation urbaine
  3. 3. 1) Définition d’un réseau de chaleur 30/09/14 3 ● Aucune définition réglementaire claire récente exhaustive ● Définition communément admise par les acteurs du domaine (SNCU, Amorce, Via Sèva par exemple) : – Installation collective de production de chaleur desservant au moins 2 usagers, avec vente de chaleur
  4. 4. 30/09/14 4 1) Définition d’un réseau de chaleur Projet Oui Non Oui Non Service public et réseau de chaleur Réseau de chaleur privé Réseau technique Maîtrise d'ouvrag e publique ? Vente de chaleur à des tiers ? Réseau technique Réseau de chaleur Centre-Loire de Nantes Métropole (délégation Cofely) Réseau de chaleur privé de l’AFUL Chantrerie (campus universitaire) Réseau de chaleur technique du centre hospitalier Henri Laborit à Poitiers 2012 : 27 km 16 000 éq-logts 2017 : 90 km 41 000 éq-logts 85 % EnR&R 5 établissements 2,5 km 80 % bois et 20 % gaz Mis en service fin 2011 13 bâtiments 2,2 km 88 % bois Mis en service fin 2012
  5. 5. 2) Enquête sur le chauffage urbain et la climatisation urbaine 30/09/14 5 ● Nom officiel ● Ses ≠ noms : – Enquête de branche – Enquête SNCU – Enquête annuelle sur les réseaux de chaleur – ...
  6. 6. 2) Enquête sur le chauffage urbain et la climatisation urbaine 30/09/14 6 ● Enquête réalisée par le SNCU pour le compte du MEDDE chaque année ● Recense les réseaux de chaleur en France, et récolte des infos ● Non exhaustive : seuls les réseaux > 3,5 MW sont obligés d’y répondre Dernier rapport de l’enquête sorti fin juillet 2014 portant sur 2012 16 pages donnant statistiques nationales sur les RdC
  7. 7. → Peu de petits réseaux recensés → Les nouveaux réseaux semblent y répondre plus (contenus CO2 publiés suite à cette enquête, utilisés notamment dans la RT2012) 30/09/14 7 2) Enquête sur le chauffage urbain et la climatisation urbaine ● 39 « petits » réseaux recensés dont 14 de moins de 2 ans ● 69 MW 0,4 % du total ● 57 km < 2% du total ● 5 500 équivalents-logements 0,3 % du total ● 5 ktep d’énergie thermique livrée 0,3 % du total
  8. 8. Direction territoriale Ouest Réseaux de chaleur Bases techniques Muriel Labonne – Pôle Réseaux de Chaleur | 29 septembre 2014 | CVRH de Nantes
  9. 9. 30/09/14 9 Bases techniques Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur/froid ? Les différentes énergies mobilisées Quelques éléments de dimensionnement Principales innovations techniques 1 2 3 4
  10. 10. 1. Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur/froid ?
  11. 11. Chaufferie bois, Négrepelisse 30/09/14 11 Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur ? uunniittéé ddee pprroodduuccttiioonn ddee cchhaalleeuurr Échangeur à plaques, Réseau de Brest rréésseeaauu pprriimmaaiirree Canalisations calorifugées llooggeemmeennttss ccoolllleeccttiiffss llooggeemmeennttss iinnddiivviidduueellss bbââttiimmeenntt ppuubblliicc iimmmmeeuubbllee ddee bbuurreeaauuxx ppooiinntt ddee lliivvrraaiissoonn rréésseeaauu sseeccoonnddaaiirree
  12. 12. 30/09/14 12 Qu’est-ce qu’un réseau de froid ? ● Peut être vu comme un réseau de chaleur inversé : Plusieurs techniques (compresseurs, free cooling) Émissions suivant le système : individuel/réseau de froid avec système haute efficacité/réseau avec énergie de récupération/réseau avec free cooling + ● Meilleur contrôle du confinement des fluides frigorigènes ● Possibilité d’utilisation d’EnR&R ● Pas d’encombrement des façades ou toitures d’immeubles, pas d’entretien dans les immeubles
  13. 13. Constitution d’un réseau de chaleur 30/09/14 17 bâ ti men ts sous Périmètre du réseau stations Chaufferie réseau primaire réseau secondaire ● Unité de production (généralement chaufferie) ● Réseau de distribution primaire ● Points de livraison = sous-stations d’échange
  14. 14. Unité de production 30/09/14 18 Chaufferie = chaudière à combustibles, UIOM, centrale géothermique, solaire haute température, etc. dimensionnée pour assurer la base des besoins. Une unité d'appoint présente pour assurer les pics de besoins. Cogénération dans un réseau sur deux. Réseau de chaleur géothermique Réseau de chaleur solaire Réseau de chaleur avec UIOM bâ ti men ts sous stations Chaufferie réseau primaire réseau secondaire
  15. 15. Réseau primaire 30/09/14 19 Canalisations isolées bâ ti men ts sous stations Chaufferie réseau primaire réseau secondaire Réseau de distribution primaire = canalisations isolées transportant l’eau, sous forme vapeur ou liquide, depuis la chaufferie jusqu'aux sous-stations
  16. 16. 30/09/14 20 Réseau primaire Canalisations isolées bâ ti men ts sous stations Chaufferie réseau primaire réseau secondaire Le réseau basse ou très basse température [40° et 90°C]. Pour les quartiers neufs avec des besoins de chaleur faibles Le réseau eau surchauffée [110°C et 180°C]. Pour les réseaux de grande envergure qui alimentent des bâtiments nécessitant des températures élevées (laveries, abattoirs,...). Le réseau vapeur [200°C à 300°C]. Utilisation limitée, pour les industries aux besoins de chaleur importants, mais Paris l'utilise pour son réseau de chaleur (réseau de la CPCU), ainsi que Metz. demande plus d’énergie pour arriver à ces températures + pas de pompes de circulations Le réseau eau chaude [90° et 110°C]. Pour groupes d'immeubles (logts ou bureaux), ou hôpitaux et établissements industriels qui ne consomment pas de vapeur. Réseau quartier Hochfelden à Strasbourg à 40°C aller et 30°C retour 77% 18%
  17. 17. Sous-stations 30/09/14 Schéma : Syndicat Intercommunal de Chauffage Urbain Choisy/Vitry 21 bâ ti men ts sous stations Chaufferie réseau primaire réseau secondaire Sous-stations d'échanges : généralement en pieds d'immeubles, permettent le transfert de chaleur au réseau secondaire par un échangeur – généralement pas de combustible. Fin du réseau pour CPCU Échangeur à plaques - wikipédia sous-station Échangeur Primaire Secondaire
  18. 18. Photo CC Ulrichulrich Réseau de chaleur de Saint-Jean-de-Boiseau / Wikimedia Commons 30/09/14 22 Sous-stations Sous-station individuelle Installée dans le garage, à côté du chauffe-eau Photo CC Ulrichulrich / Wikimedia Commons Sous-station 300kW Pour env. 30 lgts anciens ou 70 lgts RT2005 Sous-station 700kW Pour env. 60 lgts anciens ou 140 lgts RT2005
  19. 19. Autres constitutions possibles 30/09/14 23 La définition d’un réseau de chaleur est juridique, donc beaucoup de systèmes techniques différents sont possibles : – Réseaux avec plusieurs chaufferies ex. : réseau de chaleur parisien (CPCU) 11 sites de productions (3 UIOM et 8 chaufferies)
  20. 20. Autres constitutions possibles 30/09/14 24 La définition d’un réseau de chaleur est juridique, donc beaucoup de systèmes techniques différents sont possibles : – Réseaux sans chaufferie, avec production d’énergie décentralisée ex. : réseau de Chartrons à Bordeaux utilise la chaleur résiduelle des effluents de la station d’épuration et des pompes à chaleur dans chaque sous-station augmentent la température pour répondre aux besoins de chaleur des bâtiments La plateforme de récupération des calories contenues dans les effluents est située à proximité immédiate de la station de traitement des eaux usées Louis Fargue. Source : Bordeaux2030.fr
  21. 21. 3. Les différentes énergies mobilisées
  22. 22. État des lieux des énergies dans les réseaux 30/09/14 26 ● Mix énergétique des réseaux de chaleur/froid : 38 % d’EnR&R en 2012 ● Pour comparer : Enquête sur 2012 – Électricité : 17 % – Production énergétique française totale : 14,3%
  23. 23. Les EnR&R dans les réseaux de chaleur 30/09/14 27 ● Les 38 % d’EnR&R dans les réseaux de chaleur sont : – Énergie de récupération issue de l’incinération des déchets : 0,61 Mtep/an – Biomasse (principalement bois-énergie) : 0,17 Mtep/an – Géothermie : 0,07 Mtep/an Le poids des différentes EnR&R dans les RdC en France en 2012 Données de l'enquête du chauffage urbain et de la climatisation urbaine sur l’année 2012 19% 66% 8% 5% Biomasse Déchets Géothermie Autres
  24. 24. Objectifs EnR&R dans les réseaux 30/09/14 28 Les objectifs par EnR&R pour les réseaux de chaleur sont détaillés dans le PPI chaleur Situation 2011 Situation 2012 Objectifs 2020 4 3 2 1 0 Mobilisation des EnR&R dans les RdC et objectifs 2020 [Mtep/an] Autres EnR&R géothermie biomasse déchets
  25. 25. 30/09/14 29 Déchets ● 129 UIOM en France ( les situer sur une carte) ● 97 % avec valorisation énergétique (production de chaleur et/ou d’électricité) → il reste des UIOM sans valorisation de la chaleur Source :site internet du SVDU
  26. 26. 30/09/14 30 Déchets + Valoriser une ressource qui autrement serait perdue + Les réseaux de chaleur sont l’unique moyen de valoriser la chaleur fatale des UIOM Représentent 1/4 du mix énergétique - distance entre l’UIOM et les besoins
  27. 27. 30/09/14 31 Exemple de réseaux utilisant UIOM Réseau de chaleur de Brest : ● Sources d'énergie : – UIOM (90%) – Chaudières fioul (10%) ● 25km de réseau ● 14700 équivalents-logements chauffés (dont 50% de logements) ● Projets : – Chaufferie biomasse – Extension du réseau (linéaire x3, usagers x2) 1 km
  28. 28. 30/09/14 32 Autres énergies de récupération ● Biogaz ● Chaleur rejetée par les industries ● Chaleur des eaux usées (Chartron, Nanterre) ● Data centers (réseau Val d’Europe à Marne-la-Vallée) ● Crématorium (Halmstad en Suède et Aalborg au Danemark) ● Noyaux de fruits (Cransac en Aveyron, contrat d’approvisionnement avec Andros) ● Lipofit (mélange graisse animal et végétal, qui vient de la restauration, de l’agro-alimentaire, réseau de Nancy) ● Etc.
  29. 29. 30/09/14 33 Bois-énergie - Filière bois française insuffisamment organisée - Combustible à transporter et stocker - Ressource accessible, bien répartie sur le territoire français, sous-utilisée - Qualité de l'air : maîtrise des rejets (contrairement au chauffage bois individuel) - Stabilité du prix de la chaleur produite Ressource bois-énergie disponible en France : – + 8 Mtep/an immédiatement disponibles (déchets + part inexploitée de sylviculture) – + 25 Mtep/an possibles en menant une politique volontariste sur la filière bois
  30. 30. Bois-énergie Pollution aux particules des RdC bois mythe ou réalité ? 30/09/14 34 ● Seuils d’émission pour les chaufferies biomasse >2MW ● Arrêté du 26 août 2013 sur les ICPE ● Des hauteurs de cheminée réglementées ● Des systèmes de filtres performants et chers (mieux que les systèmes individuels) ● Contrôle de l’Etat Valeurs limites issues de l’arrêté du 26 août 2013 sur les ICPE
  31. 31. 30/09/14 35 Exemple de réseau bois-énergie Réseau de chaleur de Saint-Jean-de-Boiseau (près de Nantes) ● Créé en 2008/2009 ● 143 logements dans une nouvelle ZAC – 2/3 de maisons individuelles ● 85% bois, 15% gaz – Déchets de 2 scieries (44, 85) – 1 camion de 20T par semaine Maisons individuelles raccordées Chaufferie bois de St Jean de Boiseau
  32. 32. 30/09/14 36 Géothermie ● 2008 : 0,13 Mtep (3% du mix) ● Objectif 2020 : 0,5 Mtep (13% du mix) ● Plusieurs types de géothermie : – Géothermie profonde : utilisable uniquement par un réseau de chaleur – Géothermie intermédiaire et superficielle : envisageable si faibles besoins de chaleur (cas des quartiers neufs)
  33. 33. 30/09/14 37 Géothermie ● Ressource géothermie profonde uniquement en région parisienne, Aquitaine, Alsace, bassin rhodanien ● Investissement dissuasif : 10 millions d'euros par opération ; viabilité économique à partir de 5000 logements raccordés ● Ressource prélevée sur place, sans aucune nuisance (air, bruit...) ● Stabilité du prix (pas de combustible) ● Possibilités techniques de stockage de chaleur en été
  34. 34. 30/09/14 39 Le réseau géothermique de Chevilly-Larue, l’Haÿ-les-Roses et Villejuif ● Créé en 1985 ● Le plus grand d'Europe ● 19 200 équivalents-logements ● Alimenté à 62% par la géothermie du Dogger (qui alimente 29 réseaux en Île-de-France, pour 140 000 équivalents-logements) ● Exploité par une SEM pour le compte d'un syndicat intercommunal
  35. 35. 2. Quelques éléments de dimensionnement
  36. 36. 30/09/14 41 Quelques éléments de dimensionnement Quelques ratios simples à calculer permettent de caractériser le bon dimensionnement d'un réseau – Densité thermique [MWh/ml.an] ● d ≈ 8 : moyenne réseaux existants ● d entre 15 et 20 pour certains réseaux très denses des années 60-70 ● d entre 3 et 6 pour les réseaux récents ● Si d < 1,5 : limite basse de densité (viabilité économique du réseau difficile à atteindre) Pour info, Moyennes électricité Moyennes Gaz 5,6 MWh/m.an transport 11 MWh/m.an transport 0,34 MWh/m.an distribution 2,1 MWh/m.an distribution
  37. 37. 30/09/14 42 Le principe de foisonnement Augmenter le foisonnement permet d’avoir une rentabilité économique avec une densité thermique plus faible
  38. 38. 30/09/14 43 Quelques éléments de dimensionnement Qualité environnementale ● Contenu CO2 du réseau [kgeqCO2/kWh.an] – Les contenus sont publiés dans l'annexe 7 de l'arrêté du 15 septembre 2006 [Arrêté DPE vente] pour les réseaux enquêtés par le SNCU ; actualisation annuelle, le dernier arrêté date du 11 juillet 2013 – Moyenne réseaux de chaleur sur 2011 : 0,189 kg/kWh ● (électricité : 0,180 ; gaz : 0,234 ; charbon : 0,384) – RT2012 : majoration du Cepmax en fonction du contenu CO2 du réseau auquel est raccordé le bâtiment
  39. 39. 30/09/14 44 Quelques éléments de dimensionnement Qualité environnementale ● Contenu CO2 du réseau [kgeqCO2/kWh.an] ● Part d'énergie renouvelable et de récupération [%] – Le seuil des 50% permet de bénéficier de plusieurs dispositifs (subvention Fonds Chaleur, TVA réduite sur la partie combustible, classement du réseau...) – Moyenne réseaux de chaleur 2012 : 38% (36% en 2011) ● Moyenne nationale toutes énergies (part des EnR dans la consommation finale brute d'énergie) : 14,3% en 2013 ● 16,7 % pour l’électricité – RT2012 : un réseau vertueux (part EnR&R > 50%) permet de satisfaire l'exigence d'EnR pour les maisons individuelles Autres indicateurs sur Rapport 2009 de l’IGD : Indicateurs de performance pour les réseaux de chaleur et de froid
  40. 40. 4. Principales innovations techniques
  41. 41. 30/09/14 46 Principales innovations Les réseaux de chaleur/froid restent-ils pertinents avec la diminution des besoins en énergie (bâtiments peu consommateurs) ?
  42. 42. 30/09/14 47 Quelques innovations (1) Les réseaux de froid ● 16 réseaux de froid en France en 2012 (dont le plus grand d'Europe, à Paris) ● Développement probable car : – Densification des villes – Augmentation de la demande de confort – Bâtiments de plus en plus isolés photo geographica.net ● Centralisation donc meilleur gestion des nuisances ● Accès à des sources EnR&R ● 5 à 10 fois plus efficace (énergie et carbone) que les clim individuelles classiques
  43. 43. 30/09/14 49 Quelques innovations... (2) De nouvelles sources d’énergie ● Principe : élargir le panel d’énergies renouvelables et de récupération mobilisées ● Exemples : solaire thermique, géothermie superficielle, eaux usées... ● Plutôt en appoint de sources « massives » (bois, UIOM...) ● Quelques réalisations ponctuelles, développement plutôt pour après 2020
  44. 44. ● Exemple au Danemark : réseaux intelligents multi-énergie 30/09/14 50 Quelques innovations... (3) Les smart grids thermiques Le réseau de chaleur peut stocker le surplus d'énergie produit par les éoliennes Optimisation en temps réel selon le besoin, la production instantanée de chaque source, le prix de l’électricité...
  45. 45. 30/09/14 51 Conclusion ● Les réseaux de chaleur/froid sont fortement mobilisateurs d’EnR&R ● Il y a une grande diversité de réseaux de chaleur/froid ● Et ils ont leur place dans la ville de demain
  46. 46. Fin Messagerie du pôle réseaux de chaleur : reseaux-chaleur@cerema.fr Mes coordonnées : muriel.bourrat@cerema.fr 02 40 12 84 48 30/09/14 52

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