Influence des sous-stations sur les températures de retour des réseaux

Le "syndrome" des températures de retour trop élevées sur les réseaux est très fréquemment ob-servé et s’avère souvent problématique pour le bon fonctionnement de ceux-ci [118, 119, 120, 121].

Ce problème est principalement lié à des débits excessifs dans certaines SST, dus à des erreurs de dimensionnement, de régulation, de montage, de supervision et, plus globalement, de gestion des installations techniques. Ces erreurs peuvent concerner l’interface entre le réseau primaire et se-condaire ou les installations du sese-condaire directement chez les clients (distribution de chauffage et production d’ECS). Parmi les causes, on peut notamment mentionner :

• à l’interface primaire−secondaire :

– un échangeur primaire sous-dimensionné ;

– un mauvais fonctionnement ou l’absence d’une vanne de contrôle du débit primaire ; – une mauvaise régulation de la température de départ du secondaire ;

– la présence d’un by-bass sur le secondaire, historiquement utilisé pour éviter la corro-sion dans les chaudières ;

– la présence d’une pompe de circulation sur le collecteur du secondaire.

• au niveau de la distribution de chauffage : – une courbe de chauffe mal adaptée ; – des sondes de température défectueuses ;

– l’absence de vannes thermostatiques sur les corps de chauffe ; – un mauvais équilibrage hydraulique du circuit de distribution ;

– la présence de pompes de circulation surdimensionnées sans variateurs de vitesse.

• au niveau de la production d’ECS :

– des sondes de température mal situées ; – des surfaces d’échange sous-dimensionnées ; – un entartrage des échangeurs ;

– l’absence de contrôle des débits.

Pour le bon fonctionnement du réseau, il est ainsi important de suivre le fonctionnement des sous-stations et, le cas échéant, de faire d’éventuels ajustements. Grâce aux relevés de compteurs de chaleur situés en amont des échangeurs de chaleur il est possible, par différentes méthodes, d’identifier en première approche les SST problématiques. Deux exemples sont présentés, l’un basé sur la comparaison de relevés journaliers (section 4.4.2.1), l’autre sur la comparaison de rele-vés annuels (section 4.4.2.2).

4.4.2.1 Comparaison de sous-stations à partir de données journalières

Lorsque des données de température sont disponibles, il est relativement facile d’identifier les SST performantes de celles qui posent problèmes. L’analyse des niveaux de température de 6 SST du réseau CADIOM permet de mettre en évidence les différences parfois importantes que l’on peut observer en ce qui concerne les températures retournées sur le réseau (figure 4.11).

La température aller du primaire en entrée des SST est logiquement la même pour toutes, puis-qu’elle est contrôlée par l’opérateur du réseau. En ce qui concerne les températures de retour, on distingue une SST avec des niveaux particulièrement élevés (SST E) et une autre avec des niveaux relativement bas (SST C). L’écart entre les températures de retour observées sur ces deux SST est de 20-25K. Elles ont un impact direct sur les débits spécifiques qui transitent par chaque sous-station. En hiver, il faut ainsi en moyenne 13 m³par jour pour fournir 1 MWh à la SST C, alors qu’il en faut près de 20 pour la SST E.

Chapitre 4. Aspects qualitatifs liés aux réseaux de chaleur (températures) : état de la situation en Suisse

(c) Différences de température aller-retour

0

Figure 4.11 – Températures moyennes journalières (aller et retour), différences de température aller-retour moyennes journalières et débits spécifiques journaliers sur 6 SST du réseau CADIOM. Période du 01.01.12 au 01.05.12

Cette comparaison rapide indique qu’il y a potentiellement un problème sur la SST E, qui pour-rait notamment être lié à la présence d’un by-pass. En référence à la SST la plus performante, un potentiel d’optimisation semble également possible pour les SST A, B, D et F.

La mise en relation avec la température externe peut éventuellement permettre d’identifier des SST où le système de production d’ECS contribue à augmenter les températures de retour. Cela semble être le cas pour les SST A et D par exemple, pour lesquelles les températures de retour moyennes journalières sont plus élevées quand les températures externes se situent entre 15 et 20˚C.

4.4.2.2 Comparaison de sous-stations à partir de données annuelles

Il est quand même possible d’identifier des sous-stations problématiques sans données de tempé-rature, en se basant sur les relevés annuels de compteurs indiquant les quantités de chaleur four-nies aux SST et les volumes d’eau qui ont transité dans les échangeurs. Ces données permettent de calculer le∆T moyen annuel et le débit spécifique annuel pour chaque SST.

La figure 4.12 présente la distribution classée des débits spécifiques annuels de 95 SST raccordées au réseau CADSIG durant l’année 2013-14. Cette représentation permet de repérer les SST pro-blématiques et les SST performantes. Dans ce cas, on peut estimer que les SST performantes pré-sentent des débits spécifiques annuels inférieurs à 20 m³/MWh, et que les autres SST pourraient probablement être optimisées.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Débit spécifique annuel [m3/MWh]

Nombre de sous-stations

Figure 4.12 – Débits spécifiques annuels consommés par 95 SST du réseau CADSIG durant l’année 2013-14

Toutefois, ce seul indicateur ne permet pas de quantifier l’influence des sous-stations sur les tem-pératures de retour du réseau dans la mesure où les consommations de ces SST peuvent être très différentes. Une SST importante aura beaucoup plus d’influence sur la température retour du ré-seau qu’une petite SST. Une méthode ("excess flow method") est souvent utilisée pour prendre en compte à la fois la qualité de fonctionnement et l’effet de taille des SST [118, 119, 121]. Elle consiste à définir une différence de température moyenne annuelle cible sur le réseau, puis à quantifier, pour chaque SST, les éventuels débits annuels en excès pour parvenir à ce∆T ciblé. Autrement dit, cette méthode consiste à évaluer, pour une même quantité de chaleur fournie sur l’année à une SST, la différence entre le volume d’eau qui a été réellement consommé et celui qui l’aurait été si le∆T moyen avait été équivalent au∆T moyen ciblé.

Cette méthode a été testée pour 95 SST du réseau CADSIG sur l’année 2013-14. Les débits annuels en excès ont été calculés pour un∆T ciblé de 45K. La figure 4.13 montre les∆T moyens annuels des SST en fonction de leur consommation de chaleur. Les débits en excès se lisent à l’aide des isolignes. Ces débits en excès sont alors directement proportionnels à l’influence des sous-stations sur les températures de retour du réseau. Un débit en excès de 0 correspond à un∆T moyen annuel équivalent à la valeur cible, en l’occurrence 45K.

Chapitre 4. Aspects qualitatifs liés aux réseaux de chaleur (températures) : état de la situation en Suisse

0 10 20 30 40 50 60 70

0 1 10 100

Différence de température moyenne annuelle [K]

Consommation de chaleur [GWh/an]

SST 0 m3 1'000 m3 2'000 m3 5'000 m3 10'000 m3 20'000 m3 50'000 m3 100'000 m3

Figure 4.13 – Différences de température aller-retour moyennes annuelles et consommations de chaleur annuelles sur 95 sous-stations du réseau CADSIG en 2013-14. Les isolignes représentent les débits annuels en excès (exprimés en m³) calculés par rapport à une différence de température moyenne annuelle ciblée de 45K. Voir texte

On constate que les sous-stations les plus problématiques ne sont pas forcément celles dont le∆T est le plus faible. Cette analyse permet de mettre en évidence que douze SST ont un débit annuel en excès d’au moins 50’000 m³/an. C’est donc sur ces dernières que des mesures d’optimisation devraient être entreprises en priorité dans l’optique de réduire les températures de retour du ré-seau.

Sur ce réseau en particulier, un programme d’optimisation a récemment été lancé par le gestion-naire du réseau pour tenter de réduire les températures de retour de certaines sous-stations. Des températures trop élevées étaient en effet retournées à cause d’une mauvaise régulation des dé-bits primaires en amont des échangeurs. Ceci s’expliquait en partie par le fait que les échangeurs et les vannes de régulation des débits primaires n’étaient pas en mains du gestionnaire du réseau, lequel a pu les racheter à ses clients. Les effets des mesures entreprises, réalisées sur les SST ali-mentant les cités du Lignon et des Avanchets, sont mis en avant dans la figure 4.14 (p.114), où sont comparés les débits spécifiques annuels avant et après les interventions.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Débit spécifique annuel en 2013-14 [m3/MWh]

Débit spécifique annuel en 2009 [m³/MWh]

Autres SST SST cité du Lignon SST cité des Avanchets

Figure 4.14 – Comparaison des débits spécifiques annuels consommés en 2009 et 2013-14 par 73 SST du réseau CAD-SIG. Entre les deux, des interventions ont été réalisées sur des SST des cités du Lignon et des Avanchets pour optimiser les températures de retour.

On observe que pour certaines SST, les débits spécifiques ont pu être divisés par 2, passant d’envi-ron 50 m³/MWh en 2009 à 25 m³/MWh en 2013-14, ce qui signifie que le∆T moyen sur ces SST a été augmenté d’un facteur 2.