Direction territoriale Ouest

2 pré-requisà la formation réseaux de chaleur

Muriel Labonne – Pôle Réseaux de Chaleur | 29 septembre 2014 | CVRH de Nantes

Direction territoriale Ouest

1) Définition d’un réseau de chaleur/froid

2) Enquête du chauffage urbain et de la climatisation urbaine

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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

1) Définition d’un réseau de chaleur

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4

1) Définition d’un réseau de chaleur

Projet

Oui

Non

Oui

Non

Réseau technique

Projet

Oui

Non

Maîtrise d'ouvrag

e publique 

?

Oui

Non

Réseau technique

Projet

Oui

Non

Vente de

chaleur à des tiers ?

Oui

Non

Réseau technique

Service public et réseau de chaleur

Réseau de chaleur privé

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 établissements2,5 km80 % bois et 20 % gazMis en service fin 2011

13 bâtiments2,2 km88 % boisMis en service fin 2012

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● Nom officiel

● Ses ≠ noms :

– Enquête de branche– Enquête SNCU– Enquête annuelle sur les réseaux de chaleur– ...

2) Enquête sur le chauffage urbain et la climatisation urbaine

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● 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

2) Enquête sur le chauffage urbain et la climatisation urbaine

Dernier rapport de l’enquête sorti fin juillet 2014 portant sur 2012

16 pages donnant statistiques nationales sur les RdC

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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

→ Peu de petits réseaux recensés → Les nouveaux réseaux semblent y répondre plus (contenus CO2

publiés suite à cette enquête, utilisés notamment dans la RT2012)

Direction territoriale Ouest

Muriel Labonne – Pôle Réseaux de Chaleur | 29 septembre 2014 | CVRH de Nantes

Réseaux de chaleurBases techniques

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Bases techniques

Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur/froid ?

Les différentes énergies mobilisées

Quelques éléments de dimensionnement

Principales innovations techniques

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1. Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur/froid ?

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Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur ?

unité de unité de production production de chaleurde chaleur

Chaufferie bois, Négrepelisse

Échangeur à plaques,Réseau de Brest

Canalisations calorifugées

logementslogementscollectifscollectifs

logementslogementsindividuelsindividuels

bâtimentbâtimentpublicpublic

immeubleimmeublede bureauxde bureaux

point de point de livraisonlivraison

réseau primaireréseau primaire

réseau secondaireréseau secondaire

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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

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● Unité de production (généralement chaufferie)

● Réseau de distribution primaire● Points de livraison = sous-stations d’échange

bâ

ti

men

ts

sous

stationsChaufferieréseau primaire

réseau secondaire

Constitution d’un réseau de chaleur

Périmètre du réseau

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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.

Unité de production

Réseau de chaleur géothermique

Réseau de chaleur solaire

Réseau de chaleur avec UIOM

bâ

ti

men

ts

sous

stationsChaufferieréseau primaire

réseau secondaire

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Réseau de distribution primaire = canalisations isolées transportant l’eau, sous forme vapeur ou liquide, depuis la chaufferie jusqu'aux sous-stations

Réseau primaireCanalisations isolées

bâ

ti

men

ts

sous

stationsChaufferieréseau primaire

réseau secondaire

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Réseau primaireCanalisations isolées

bâ

ti

men

ts

sous

stationsChaufferieréseau primaire

réseau secondaire

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.

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,...).

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.

Le réseau basse ou très basse température [40° et 90°C]. Pour les quartiers neufs avec des besoins de chaleur faibles

Réseau quartier Hochfelden à

Strasbourg à 40°C aller et 30°C

retour

77%

18%

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Sous-stations d'échanges : généralement en pieds d'immeubles, permettent le transfert de chaleur au réseau secondaire par un échangeur – généralement pas de combustible.

Sous-stationsbâ

ti

men

ts

sous

stationsChaufferieréseau primaire

réseau secondaire

Schéma : Syndicat Intercommunal de Chauffage Urbain Choisy/Vitry

sous-station

Échangeur à plaques - wikipédia

Échangeur

Primaire Secondaire

Fin du réseau pour CPCU

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Sous-stations

Sous-station individuelleInstallée dans le garage, à côté du chauffe-eau

Sous-station 300kWPour env. 30 lgts anciens ou 70 lgts RT2005

Photo CC Ulrichulrich / Wikimedia Commons

Sous-station 700kWPour env. 60 lgts anciens ou 140 lgts RT2005

Photo CC Ulrichulrich / Wikimedia CommonsRéseau de chaleur de Saint-Jean-de-Boiseau

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La définition d’un réseau de chaleur est juridique, donc beaucoup de systèmes techniques différents sont possibles :

– Réseaux avec plusieurs chaufferies

Autres constitutions possibles

ex. : réseau de chaleur parisien (CPCU)

11 sites de productions (3 UIOM et 8 chaufferies)

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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

Autres constitutions possibles

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

3. Les différentes énergies mobilisées

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● Mix énergétique des réseaux de chaleur/froid : 38 % d’EnR&R en 2012

● Pour comparer :

– Électricité : 17 % – Production énergétique française totale : 14,3%

État des lieux des énergies dans les réseaux

Enquête sur 2012

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● 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

Les EnR&R dans les réseaux de chaleur

Données de l'enquête du chauffage urbain et de la climatisation urbaine sur l’année 2012

19%

66%

8%

5%

Le poids des différentes EnR&R dans les RdC en France en 2012

Biomasse Déchets Géothermie Autres

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Les objectifs par EnR&R pour les réseaux de chaleur sont détaillés dans le PPI chaleur

Objectifs EnR&R dans les réseaux

Situation 2011 Situation 2012 Objectifs 20200

1

2

3

4

Mobilisation des EnR&R dans les RdC et objectifs 2020 [Mtep/an]

Autres EnR&Rgéothermiebiomassedéchets

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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

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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

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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

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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.

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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

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● 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

Bois-énergiePollution aux particules des RdC bois mythe ou réalité ?

Valeurs limites issues de l’arrêté du 26 août 2013 sur les ICPE

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Exemple de réseau bois-énergieRéseau 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

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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)

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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

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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

2. Quelques éléments de dimensionnement

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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

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Le principe de foisonnement

Augmenter le foisonnement permet d’avoir une rentabilité économique avec une densité thermique plus faible

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Quelques éléments de dimensionnement

● Contenu CO2 du réseau [kg

eqCO

2/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

Qualité environnementale

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Quelques éléments de dimensionnement

● Contenu CO2 du réseau [kg

eqCO

2/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

Qualité environnementale

Autres indicateurs sur Rapport 2009 de l’IGD : Indicateurs de performance pour les réseaux de chaleur et de froid

4. Principales innovations techniques

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Principales innovations

Les réseaux de chaleur/froid restent-ils pertinents avec la diminution des besoins en énergie (bâtiments peu consommateurs) ?

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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

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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

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Quelques innovations...(3) Les smart grids thermiques

Le réseau de chaleur peut stocker le surplus d'énergie produit par les éoliennes

● Exemple au Danemark : réseaux intelligents multi-énergie

Optimisation en temps réel selon le besoin, la production instantanée de chaque source, le prix de l’électricité...

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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

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Fin

Messagerie du pôle réseaux de chaleur : reseaux-chaleur@cerema.frMes coordonnées : muriel.bourrat@cerema.fr 02 40 12 84 48