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2 - Solaire Thermique. Réseaux de chaleurs. Réseau de chaleur: qu est-ce que c est? André JOFFRE chauffage et/ou l eau chaude.

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

2 - S o la ir e T h e r m iq u e 2 - S o la ir e T h e r m iq u e R é s e a u x d e c h a le u r s

A n d ré JO F F R E – 2 0 1 5

R és ea u d e ch a leu r: q u ’es t- ce q u e c’ es t ?

Déf: Ensemble d’installations qui produisent et distribuent de la chaleur à plusieurs bâtiments pour lechauffage et/ou l’eau chaudeLes abonnés: bâtiments publics, bureaux, bât. de commerces, logements collectifs, individuels, industries …

(2)

R és ea u x d e ch a leu r: q u el q u es c h iff res

E n F ra n ce , i l e xis te e n v iro n 4 0 0 ré se a u x d e c h a le u r d e p lu s d e 3 ,5 M W e t 6 0 ré se a u x d e P in fé rie u re

(source : SNCU, enquète2011)

• so it u n e P to ta le in st a llé e d e 1 6 ,3 G W h

th

• so it 2 m ill io n s d ’é q u iv a le n ts lo g e m e n ts a lim e n té s • so it 2 m ill io n s d ’é q u iv a le n ts lo g e m e n ts a lim e n té s

• le p rix m o ye n g lo b a l ( R 1 + R 2 ) e st d e 6 6 € H T/ M W h (6 ,6 c € /k W h )

Fiouls6% Charbon8% gaz nat. horscogé21% Autres7%

B o u q u e t é n e rg é tiq u e g lo b a l d e la fo u rn it u re e n c h a le u r d e s r é se a u x (e n é n e rg ie t h e rm iq u e p ro d u it e )

6%

gaz nat. cogé21% EnR&R37%

(e n é n e rg ie t h e rm iq u e p ro d u it e )

ENR&R : biomasse, géothermie, solaire, récupération de chaleur industrielle, UIOM

R é se a u x d e c h a le u r: p o u rq u o i ?

M u tu a lis a tio n d e s m o ye n s d e p ro d u ct io n p o ss ib ili té d e va lo ris e r à g ra n d e é ch e lle d e s é n e rg ie s in e xp lo ita b le s p a r le s a u tr e s m o d e s d e ch a u ffa g e (E N R & R )

M e ill e u re e ff ic a cit é d e s sy st è m e s d e p ro d u ct io n d e ch a le u r M e ill e u re e ff ic a cit é d e s sy st è m e s d e p ro d u ct io n d e ch a le u r (m a té rie ls p e rf o rm a n ts , co g é n é ra tio n a ve c u n h a u t re n d e m e n t e n é n e rg ie p rim a ir e )

N iv e a u x d ’é m is sio n s d e p o llu a n ts co n tr ô lé s e t n e tt e m e n t in fé rie u rs à d e s sy st è m e s d e ch a u ffa g e tr a d it io n n e ls

+ S é cu rit é d ’a p p ro v is io n n e m e n t, va lo ris a tio n d e re ss o u rc e s + S é cu rit é d ’a p p ro v is io n n e m e n t, va lo ris a tio n d e re ss o u rc e s lo ca le s, st a b ili té d u p rix , n o m b re u se s p o ss ib ili té s d ’é vo lu tio n s d u m ix é n e rg é tiq u e

(3)

Le s m o d è le s f ra n ça is d e g e st io n d e s r é se a u x d e ch a le u r :

- la r é g ie p u b liq u e

- la d é lé g a tio n d e s e rv ic e p u b liq u e e n a ff e rm a g e o u c o n ce ss io n

- le r é se a u p riv é R é se a u d e c h a le u r : le s m o d e d e g e st io n

C o n st ru ct io n d u R C E x p lo it a tio n d u R C

R é g ie C o lle ct iv ité C o lle ct iv ité

A ff e rm a g e C o lle ct iv ité D é lé g a ta ir e

C o n ce ss io n D é lé g a ta ir e D é lé g a ta ir e D S P

P rix :

R 2 : p a rt fix e (a b o n n e m e n t) lié à la p u is sa n ce so u sc rit e o u à la su rf a ce ch a u ffé e , co u v re l’a m o rt is se m e n t d e s in ve st is se m e n ts e t ch a rg e s d ’e xp lo ita tio n

R 1 : p a r va ria b le p ro p o rt io n n e lle a u x co n so m m a tio n s d ’é n e rg ie , co u v re l’a ch a t d e co m b u st ib le

Le s d iff é re n te s a rc h it e ct u re s d e r é se a u x d e c h a le u r S O LA IR E

• In st a lla tio n ce n tr a lis é e • In st a lla tio n d é ce n tr a lis é e / r é p a rt ie

SSTSSTSST

SST SST

SST

chaufferie Sous-stationSSTSST SST SST

SST

capteurs solaires SST

SST SSTSSTSST sous-station chaufferie

champ decapteurssolaires chaufferie

SST

SST

SST SST

SST

Unoudeschampsdecapteurssolairessontconnectésàlabrancheprincipaleduréseaudechaleur. Plusieurschampdecapteurssolairessontconnectésàdifférentessous-branchesduréseaudechaleur.

(4)

A v a n ta g es d e l’a rc h it ec tu re d éc en tr a lis ée

Forces :•pas de stockage solaire (!) •intégration en milieu urbain plus aisée, •pas de dimensionnement en fonction des besoins (difficile à évaluer car dépendant del’usage des individus) Faiblesses : •le dimensionnement de l’installation solairedoit tenir compte des caractéristiques duréseau de chaleur (température, pression, DN, débit), •les contrats de Net-meteringsont à réaliser l’usage des individus)•les contrats de Net-meteringsont à réaliser avec attention, •nécessite une maitrise d’œuvre et uneexploitation attentionnée et compétente=> Peu d’exemples en EuropeOpportunités :•Existence dans le commerce de sous-stations préfabriquées pour les connections avec le réseau•Pour les propriétaires de bâtiment, Freins :•L’intérêt pour l’exploitant du réseau estlimité s’il dispose déjà de chaleur ERN&R enété ou s’il fait de la cogénération•Pour les propriétaires de bâtiment, possibilité d’utiliser le solaire encombinaison avec le réseau de chaleur•Pour l’exploitant réseau de chaleur, possibilité de renégocier les contratsd’achat/vente•Possibilité de réplication à grande échelle été ou s’il fait de la cogénération•Une faible intérêt pour l’exploitant impliqueun tarif d’achat de la chaleur solaire faible•Manque de compétences et deconnaissances de l’ensemble de la chaineprofessionnelle sur le sujet•Problème dans les contrats d’entretien et de maintenance des installations solaires

Le s r é se a u x d e c h a le u r s o la ir e e n E u ro p e • E ta t d e l’ a rt e n E u ro p e

– P rin cip a u x d é v e lo p p e m e n ts a u D a n e m a rk , S u è d e , A lle m a g n e , e t A u tr ic h e

– Q u e lq u e s ch iff re s e n 2 0 1 3 : – Q u e lq u e s ch iff re s e n 2 0 1 3 :

• ~ 1 9 5 in st a lla tio n s > 5 0 0 m 2

• P lu s d e 2 0 a n s d e r e to u r d ’e xp é rie n ce

(5)

Le s ré se a u x d e c h a le u r s o la ir e e n E u ro p e

• P o u rq u o i u n t e l d é v e lo p p e m e n t ?

– V is io n é co lo g iq u e

productivité solaire thermique

par m² de terrain est la plus important

Mais surtout…

9Source : Per Alex Sorensen, PlanEnergi

Le s r é se a u x d e c h a le u r s o la ir e e n E u ro p e • P o u rq u o i u n t e l d é v e lo p p e m e n t ?

– V is io n é co n o m iq u e

Diminution des coûts d’un facteur >5 en 25 ans

10Source : Jan Erik Nielsen, OA Task45

(6)

E x em p le : R is e, D K (2 0 0 0 )

• C a ra ct é ris tiq u e s :

– C a p te u rs 3 6 0 0 m ²

– C h a u d iè re b o is 8 0 0 k W

– S to ck a g e c u v e a cie r 4 0 0 0 m 3

• R a cc o rd e m e n t :

– 1 1 5 b â tim e n ts d o n t u n e é co le , m a is o n d e r e tr a it e , é g lis e , h ô te l, g a ra g e e t la p lu sp a rt d e s m a is o n s i n d iv id u e lle s d e la v ill e s it u é e s à p ro xim it é d u ré se a u

– B e so in s m a x d e c h a u ff a g e e n h iv e r : 1 3 0 0 k W

• S tr a té g ie d e fo n ct io n n e m e n t : • S tr a té g ie d e fo n ct io n n e m e n t :

– 4 5 % d e t a u x d e c o u v e rt u re s o la ir e p o u r o b je ct if

– U til is a tio n d ’u n s to ck a g e jo u rn a lie r ; e n h iv e r, la m o it ié s u p é rie u re d u st o ck a g e e st u til is é e p a r l a b io m a ss e . L e s to ck a g e a é g a le m e n t u n e fo n ct io n d ’a p p o in t e n c a s d e p a n n e d e la c h a u d iè re

– T e m p é ra tu re s d e r e to u r d u r é se a u à 3 0 °C e n h iv e r 3 6 à 4 0 °C e n é té

C o m m u n e d e 3 5 0 0 h a b - b e so in s c h a le u r : 4 2 G W h /a n In st a lla tio n : ce n tr a lis é e

C e n tr a le s o la ir e a u s o l d e 8 0 0 0 m ² d e c a p te u rs (A rc o n ) e n 2 0 0 7

S to ck a g e e n c u ve 2 0 0 0 m

3

(1 1 0 M W h ) E x em p le : B ra ed st ru p , D K

(source : DDHAPer Kristensen)

S to ck a g e e n c u ve 2 0 0 0 m (1 1 0 M W h )

C o g e n é ra tio n g a z n a tu re l

P e rf o rm a n ce s : ta u x d e c o u ve rt u re 9 % , p ro d u ct io n 3 .6 G W h /a n

E xt e n sio n p ré v u e : 5 0 0 0 0 m ²

«Business model»

Réseau en gestion privée «BraedstrupFjernvarmevej» qui appartient aux usagers connectés au réseau de chaleurLa compagnie a réalisée l’investissement de tout le réseau(production et distribution) et assure son exploitation(production et distribution) et assure son exploitationLa vente de chaleur aux particuliers principalement (et aux bâtimentsde la collectivité publique)

Pour le premier champ de capteur, en 2007, le terrain est loué ; pour le 2 èmechamp de capteurs (2012) le terrain a été acheté par lacompagnieLimite de propriété compagnie / particulier : la vanne/le compteur

(7)

E x em p le : W W -A n d rit z, A u t

(source : SOLID -R. Söll)

ModèleESCO: filialede SOLIDfinance et exploiteune centrale solaire thermique

=> vente de chaleur au gestionnaire du RC + à un bâtiment local en direct

Caractéristiques techniques:Caractéristiques techniques:

-3855 m² capteurs plans hautes performances

-centrale au sol

-connexion au RC en retour/départ

-T°C retour RC 60°C, départ > 75°C

-dimensionnement solaire : besoins en étéélevés => limité par la place

Données économiques :

-vente de la chaleur solaire à l’opérateur du RC : 38 €/MWh

-location du terrain : 5000 €/an

-investissement : 1 570 k€inclus canalisation du RC jusqu’au bâtiment local soit 407 €/m²

dont aides : 35% soit 550 k€

E x em p le : M a lm ö B O 0 1

(source : EnerMa –J.O Dalenbäck)

Installation : décentralisée/réparties

1400 m² sur 10 ensembles de bâtiments, taux de couverture 15%

Stockage intersaisonnier dans l’aquifère (200 m)

Autres systèmes énergétiques: PAC sur eau de mer, biogaz, éolien, PVPV

Sous-stations :

-1 échangeur solaire d’injection > réseau

-1 échangeur d’achat de chaleur réseau > bâtiment

Business model :

Réseau en gestion privée (investissement + exploitation) par groupeEON. qui assure la vente de chaleur EON. qui assure la vente de chaleur

Propriétaire de bâtiment d’habitation > contrat d’achat de la chaleur avec EON qui intègre aussi la vente de chaleur solaire dans leréseau ; assure l’exploitation de l’installation solaireFacturation sur le bilan chaleur réseau –chaleur solaire mois/moisvoire année/année. Possibilité de faire varier le prix / saison

Autre possibilité : vente leasing de l’installation solaire à EON (EONest alors responsable O&M)

(8)

M a lm ö B O 0 1

Échangeursolaire

«Net metering»

1 propriétaire de bâtiment avec du solaire connecté au réseau

Solution 1 :vente de la totalité de la chaleur solaire, achat de la chaleur du réseau Échangeur de consommation

Solution 1 :vente de la totalité de la chaleur solaire, achat de la chaleur du réseau

Solution 2 : vente du surplus (autoconsommation prioritaire)

Caractéristiques techniques :Installation solaire dimensionnée sur la place disponible et les dimensions de la branche de raccordement du réseau (DN et débit)

Pas de stockage (stockage dans le réseau, à condition que le tx decouverture solaire soit faible / demande du réseau)

1 e xem p le d e rés ea u s o la ir e : B a lm a , F ra n ce

Type d’installation “centralisé”

: u n e p re m iè re o p é ra tio n e n F ra n ce

Caractéristiques techniques :

T°aller : 80°C -retour 50°CTauxde couverturesolaire: 12,5 %Tauxde couverturesolaire: 12,5 %

Volume tampon solaire : 30 m3

Contenu CO2 réseau : 43g/kWhLongueurréseau: 2 km

Chaleur livrée: 3,5 MWh.an

C a p te u rs s o la ir e s :

Capteurs tubes à vide verre-verre

Production d’eau surchauffée à 120°C

Surface capteurs : 792 m2

Sur structure ombrière de parkingTechnologie SAED

(9)

B a lm a , F ra n ce

Mode de gestion :

• R é se a u d e c h a le u r p riv é , c o n st ru it e t e xp lo ité p a r C o fe ly • M o d è le é co n o m iq u e : la v e n te d e c h a le u r p e rm e t d ’a m o rt ir le s i n ve st is se m e n ts , l’e n tr e tie n e t l ’a ch a t d ’é n e rg ie (b io m a ss e e t g a z n a tu re l). E n g a g e m e n t s u r l e lo n g te rm e v ia d e s c o n tr a ts d e fo u rn it u re d e c h a le u r a ve c le s b â tim e n ts r a cc o rd é s a u r é se a u d e ch a le u r ch a le u r • S tr u ct u re ta rif a ir e b in o m ia le : p a rt fi xe s e lo n la p u is sa n ce s o u sc rit e (R 2 ) e t p a rt va ria b le s e lo n la c h a le u r l iv ré e (R 1 ) a u xq u e ls s ’a jo u te n t l e s c o û ts d e r a cc o rd e m e n t. • Fa ct u re é n e rg é tiq u e a n n u e lle (l o g e m e n t 6 3 m

3

) : R 1 : 2 9 2 € + R 2 : 2 6 5 € + R a cc . : 2 0 € • S u b ve n tio n d e 3 8 % s u r l e c o û t d u c h a m p d e c a p te u r s o la ir e (A D E M E ) • P a s d e m a ît ris e d ’o u v ra g e p u b liq u e m a is a u to ris a tio n d e p a ss a g e s o u s v o ir ie .

P e rs p e ct iv e s d e d é v e lo p p e m e n t e n F ra n ce : D e s r é se a u x d e c h a le u r h a u te t e m p é ra tu re

• T e m p é ra tu re d e s R C :

– S e u le m e n t 3 5 % (9 5 0 0 G W h ) d e la ch a le u r d é liv ré e p a r l e s R C e st à u n e te m p é ra tu re in fé rie u re à 1 1 0 °C te m p é ra tu re in fé rie u re à 1 1 0 °C

– C e p e n d a n t ils re p ré se n te n t p lu s d e 7 0 % d e s R C

• O p p o rt u n it é s :

– E xt e n sio n d e s r é se a u x

– La r é n o v a tio n d e s b â tim e n ts e t l a ré d u ct io n d e s t e m p é ra tu re s d e s R C

– Le s r é se a u x d e c h a le u r d e p e tit e p u is sa n ce (P < 3 .5 M W ) ( t p ° so u v e n t in fé rie u re à 1 1 0 °C e t a lim e n té s p a r l a b io m a ss e

18 : Enquête SNCU 2010 (syndicat national chauffage urbain

(10)

P lu s d ’in fo rm a tio n s

S u r l e s r é se a u x d e c h a le u r s o la ir e :

• w w w .s o la r- d is tr ic t- h e a tin g .e u sit e in te rn e t d e s p ro je ts e u ro p é e n s S D H T a k e -O ff e t S D H P lu s, d é d ié a u r é se a u d e e u ro p é e n s S D H T a k e -O ff e t S D H P lu s, d é d ié a u r é se a u d e ch a le u r s o la ir e

S u r le s ré se a u x d e ch a le u r :

• h tt p :/ /r e se a u xc h a le u rt e rr ito ir e s.w o rd p re ss .c o m sit e n a tio n a l su r le s ré se a u x d e ch a le u r

• A ss o cia tio n A M O R C E (a ss o cia tio n n a tio n a le d e s co lle ct iv ité s, d e s a ss o cia tio n s e t d e s e n tr e p ris e s p o u r la g e st io n d e s d e s a ss o cia tio n s e t d e s e n tr e p ris e s p o u r la g e st io n d e s d é ch e ts , d e l’é n e rg ie e t d e s ré se a u x d e ch a le u r) w w w .a m o rc e .a ss o .fr

• A D E M E > Fo n d s C h a le u r w w w .a d e m e .fr

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