Les chaufferies de petites et moyennes puissances

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1 Les chaufferies de petites et moyennes puissances 19 avril 2011 Technologies et mise en oeuvre Biomasse Normandie Mathieu Fleury biomasse normandie 1 Biomasse Normandie Une association loi 1901 à but non lucratif Une triple mission : LA VALORISATION ENERGETIQUE ET AGRONOMIQUE DE LA BIOMASSE Au carrefour de l énergie, de l environnement et du développement local 1 BOIS- ENERGIE 3 COMMUNICATION 2 DECHETS ORGANIQUES La nature des missions : - Missions d'intérêt général : Programmes proposés par Biomasse Normandie aux agences et collectivités publiques. Conventions ne relevant pas du Code des marchés publics - Missions relevant du secteur marchand Réponses aux consultations lancées par les collectivités : contrats relevant du Code des marchés publics. Contrats avec les professionnels.

2 Les atouts du bois-énergie 3 Les atouts du bois-énergie La combustion du bois : un bilan neutre vis-à-vis des émissions de CO 2 Pour tonnes de bois valorisées Tonnes de CO 2 évitées kg de SO 2 évitées Charbon FOD Gaz naturel ou propane ,6 4

3 Les atouts du bois-énergie La création d emplois locaux 2 à 4 fois plus d emploi local que les énergies concurrentes, t/an de combustibles biomasse = 2 à 4 emplois durables à plein temps pour : L entretien du paysage et l exploitation forestière, La collecte des matières premières Le conditionnement, le stockage et le transport des biocombustibles L exploitation des chaufferies. 5 Les atouts du bois-énergie Un sous-produit de l entretien du territoire Exploiter durablement la haie et la forêt = La lutte contre le ruissellement et l érosion des sols La phyto-épuration des eaux La préservation de la biodiversité La protection des cultures et du bétail La préservation, voire la reconquête du paysage Source : SOLTENER : Planter des haies 6

4 Le chauffage collectif au bois Les aspects économiques : la comparaison des factures énergétiques Une chaufferie bois collective de 150 kw Un poste «combustibles» moins élevé Un poste «investissements» plus important Une plus grande indépendance vis-à-vis du cours des énergies fossiles % % 38 % Financement 15 % Frais de gestion et impôts % Entretien maintenance 10 % Amortissement équipements et infrastructures % 28 % Combustible fossile Combustible bois 30 % Transport 71 % 4% 5% 25 % Conditionnement, manutention 19 % 29 % 20 % Matières premières 0 Situation référence Projet bois hors subvention Projet bois 60 % subventions Combustible bois 7 Le chauffage collectif au bois Les aspects économiques : la stabilité de la facture sur le long terme Une évolution des indices identique à celle des 10 dernières années Un surcoût de 7 % en 2010 Une économie de 18 % en Financement % + 20 % Entretien-maintenance Combustible fossile Combustible bois Situation de référence Projet bois 8

5 L historique du développement 9 L historique du développement Le plan bois-énergie et développement local : 2005 Peu de réalisations Une consommation de bois ramenée à habitants faible DIEPPE (Lycée) Consommation de bois (tep pour habitants) Danemark 43,0 Finlande 40,0 Autriche 34,0 France 3,5 Normandie 3,9 Haute-Normandie 1,0 Eure 2,9 Seine-Maritime 0,1 JUMIEGES (Groupe scolaire) LE NEUBOURG (Lycée agricole) CONCHES-EN-OUCHE (Ville) GOUVILLE (Lycée) EVREUX (Hôpital St-Louis) 10

6 L historique du développement Le plan bois-énergie : objectifs et moyens Objectifs 1. Pérennisation de la structuration de la ressource 2. Faire émerger des projets de chauffage collectif au bois Moyens : Aides financières aux études (notes d opportunité réalisées par Biomasse Normandie, faisabilités et missions d assistance à maîtrise d ouvrage) et aux investissements (chaufferies bois, réseau, matériels nécessaires à la mobilisation de la ressource) 11 L historique du développement Le chauffage collectif Nombre de chaufferies collectives Abandon Saint Michel Evreux Puissance installée (kw) et consommation annuelle (t/an) Conches en Ouche Jumièges Dieppe + Abandon Saint André Lancement Plan bois Le Neubourg, Hôpitaux d Evreux Saint André Gouville Puissance biomasse installée (kw) Consommation (t/an) Nombre d'installations 12

7 L historique du développement Le plan bois-énergie : objectifs et moyens 100% 90% 89 km LE TREPORT EU 80% 70% 79 km 69 km 78% 86% SAINTE-MARGUERITE-SUR-MER DIEPPE 60% 64% 54 km 60 NEUFCHATEL-EN-BRAY 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20% 46% 34 km 36% BREAUTE YVETOT LE HAVRE CAUDEBEC-EN-CAUX MAROMME VATTEVILLE CANTELEU -LA-RUE GONFREVILLE-L'ORCHER JUMIEGES BELLEVILLE-EN-CAUX SAINT-SAENS SAINT-GEORGES-SUR-FONTAINE LE MESNIL-LIEUBRAY ND-DE-BONDEVILLE ROUEN SAINT-ETIENNE-DU-ROUVRAY Saison Saison Saison Saison Saison BOURGTHEROULDE-INFREVILLE Part du bois d'origine haut-normande Part de plaquettes forestières Provenance moyenne du bois (km) HARCOURT LE NEUBOURG CANAPPEVILLE VERNON ND-DE-BONDEVILLE MAROMME ROUEN CANTELEU DARNETAL LE GRAND-QUEVILLY ST-ETIENNE-DU -ROUVRAY EVREUX CONCHES-EN-OUCHE GOUVILLE VERNEUIL-SUR-AVRE Pré-étude Etude de faisabilité Construction ou appel d'offres En fonctionnement Chaufferie dédiée Réseau de chaleur L historique du développement La caractérisation des projets Répartition des projets bois-énergie par type et par puissance, sur la centaine de projets identifiés depuis 2004 en Haute-Normandie % % 28% 31% Autres Chaufferies communales 5 0 2% <150 kw 150 à 800 kw > 800 kw

8 L historique du développement Le plan bois-énergie : une accélération récente Un engagement national et européen récent 2003 : Débat national sur les énergies, Livre Blanc 2005 : Loi POPE (Orientations de la Politique Energétique). 4 axes majeurs, dont «maîtriser la demande d énergie» et «diversifier le bouquet énergétique» 2007 : Grenelle de l Environnement (Etat, Collectivités territoriales et société civile) ; une feuille de route en faveur de l environnement, avec notamment pour objectifs : - division par 4 des émissions de GES en Mtep ENR / an et part de la conso assurée par les ENR supérieure à 20 % d ici réduction des consommations de plus d 1/3 en 2020 COMOP 10 : - plans régionaux de développement des ENR - objectifs 2012 et potentiel 2020 (+10,1 Mtep d ENR pour le chauffage en 2020, dont 6,2 Mtep pour la biomasse) inscrits dans la programmation pluriannuelle des investissements (PPI) 15 Les acteurs Luc sur Mer Plan 4 décembre bois-énergie 2008et développement local en Haute-Normandie Réseau Rural Haute Normandie 16

9 3. Les acteurs Les acteurs Les actions Maîtres d ouvrage (A/B/C/D) Pays (A) Parcs naturels régionaux (A) Chambres d agriculture (A) Défis Ruraux et ALEC27 (A/B) A B Identification et aides à l émergence Pré étude et/ou étude de faisabilité Biomasse Normandie (A/B/C/D) Bureaux d études (B/D) Financeurs (C) Instructions financières C Construction D Biomasse Normandie est à la disposition de l ensemble des acteurs à tous les stades d un projet L organisation de l approvisionnement Les filières d approvisionnement en plaquettes Taille des chaufferies Filières locales EDEN, Environnement Forêt, CFR autres (ETA, GAEC ) Structures régionales Biocombustibles SA, autres Individuelle Possible Possible Petite et moyenne puissance Forte puissance Possible Possible Partenariat à développer Partenariat à développer Impossible Possible 18

10 La conception technique d un projet bois 19 Aspects techniques : le fonctionnement de la chaufferie et d un réseau La production de chaleur : la chaufferie centrale Stockage du combustible Alimentation automatique Production de chaleur Évacuation cendres et fumées La distribution de chaleur : un réseau de canalisations enterrées et pré-isolées La livraison aux bâtiments raccordés : des sous-stations collectives ou individuelles

11 Les points clés de la conception Les grands principes Puissance de la chaudière bois Technologie du process bois Conception d une chaufferie bois Lieu d implantation Mode de livraison Silo de stockage Distribution et livraison de la chaleur 21 Les points clés de la conception Le choix du lieu d'implantation pour la chaufferie bois doit répondre aux quatre critères suivants : Surface de terrain suffisante. Accès routier (selon le mode de livraison choisi). Proximité des bâtiments à desservir. Intégration architecturale dans l'espace environnant. Le dimensionnement de la chaudière bois : Taux de charge le plus élevé possible. Un stockage de bois bien dimensionné : Autonomie souhaitée et mode de livraison envisagé. Disponibilité d équipements et de personnel sur site. Le choix d une technologie adaptée au combustible : Désilage Transfert Production de chaleur Traitement des fumées et des cendres La distribution et la livraison de chaleur 22

12 Les combustibles bois Les paramètres clés Humidité Granulométrie PCI Caractérisation d un combustible bois Masse volumique 23 Les éléments de dimensionnement de la chaufferie bois (1/4) La puissance nécessaire en chaufferie (bois seul ou bois+appoint) Les postes à prendre en compte 1. Les déperditions statiques et de renouvellement d air. 2. Les pertes du réseau de chaleur si la chaufferie est délocalisée. 3. Le mode de production de l ECS (instantané, semi-instantané, par accumulation). 4. Un coefficient de surpuissance. 24

13 Les éléments de dimensionnement de la chaufferie bois (2/4) Les consommations et les besoins Les principes de l estimation 1. Calcul de la moyenne des consommations de combustible sur un minimum de 2 ans et identification de la part chauffage et ECS. 2. Ajustement de la part chauffage en fonction des DJU décennaux ou trentenaires de la station météo la plus proche du site considéré. 3. Prise en compte des perspectives d économies d énergie (meilleur rendement de combustion de la chaudière neuve, isolation des réseaux, mise en place d une régulation, programmes d isolation en cours ou à venir, mise en place d économiseur sur les points de soutirage de l ECS ). 4. Définition des consommations de référence (chauffage + ECS). 5. Prise en compte d un rendement de combustion et estimation des besoins de référence «sortie chaudière». 25 Les éléments de dimensionnement de la chaufferie bois (3/4) La puissance de la chaudière bois 1. Couvrir un maximum des besoins par le bois (taux de couverture > 80 %) 2. Assurer un taux de charge moyen élevé Ajuster la puissance bois à partir de la monotone d appel de puissance Lisser les appels de puissance grâce à l adjonction d un ballon d hydroaccumulation Favoriser une priorité sur la production d ECS (temporisation) et privilégier un système par accumulation 26

14 Les éléments de dimensionnement de la chaufferie bois (4/4) La consommation de bois Les éléments à prendre en compte 1. Les besoins totaux de référence (sortie chaudière) 2. Le taux de couverture bois (période de chauffe et été) 3. Le rendement de la chaudière 4. Le PCI du combustible bois 27 Le silo de stockage Les points clés du dimensionnement Combustible utilisé Puissance bois Rendement chaudière bois Autonomie souhaitée Disponibilité foncière Intégration architecturale Silo de stockage Mode de livraison 28

15 La gestion des cendres Penser à faciliter la manutention (éviter les escaliers ou contrepente dans la chaufferie) Inciter le maître d ouvrage à anticiper la voie d évacuation Cendres et suies Circuit court (épandage à proximité) Reprise des cendres par le fournisseur de combustible 29 Les aspects réglementaires 30

16 Les aspects réglementaires Caractéristiques des combustibles Cas spécifique des ERP : arrêté du 25 juin 1980 (hauteur de stockage du combustible) Conception chaufferie et comportement au feu Cas général : arrêté du 23 juin 1975 (hauteur des conduits) Cas spécifique des ERP : arrêté du 25 juin 1980 Cheminée Cas général : arrêté du 20 juin 1975 (abrogé, mais encore référent) Rejets atmosphériques Valeurs limites : pas de prescriptions identifiées (pour les agglomérations de plus de habitants, si P bois < 4 MW PCI alors VLE max = 150 mg/nm3 quelle que soit la puissance totale de l installation) ATTENTION aux aides du Fonds chaleur qui impose une VLE < 50 mg/nm3 quelque soit la P bois, si la chaudière bois fournit plus de 100 TEP par an. Rendements des chaudières Valeurs minimales : pas de prescription identifiées 31 La typologie des projets 32

17 La typologie des projets Une chaufferie dédiée 1 chaufferie centrale au bois Distribution vers des locaux chauffés 1 seul maître d ouvrage 1 réseau technique (Hôpital, organisme HLM, Collectivité ) 33 La typologie des projets Une chaufferie dédiée aux bûches Alimentation manuelle Petite puissance Hydro-accumulation et relève automatique (fioul ou gaz) Exemple : Vatteville-la-Rue Nouvelle chaufferie bi-énergie alternative bûches (50 kw) / fioul domestique, avec hydro-accumulation (2 x litres) Fonctionnement aux bûches en semaine ; basculement automatique au fioul le week-end Mise en service : octobre 2007 Consommation annuelle : 40 stères environ Taux de couverture des besoins par le bois : 70 % Bâtiments alimentés : -Ecole (4 classe) -Salle de réunion -2 logements de fonction 34

18 La typologie des projets Une chaufferie dédiée aux granulés Alimentation automatique Petite et moyenne puissance Hydro-accumulation et / ou bi-énergie (fioul ou gaz) Exemple : Maison des forêts (Saint Etienne du Rouvray) Chaufferie aux granulés (55 kw) sans relève ni hydro-accumlation Alimentation automatique par pales rotatives Mise en service : avril 2008 Consommation annuelle : 20 à 25 tonnes Taux de couverture des besoins par le bois : 100 % Bâtiment alimenté: Maison des forêts 35 La typologie des projets Une chaufferie dédiée bois déchiqueté de petite puissance Alimentation automatique par pales rotatives Petite et moyenne puissance Hydro-accumulation et / ou bi-énergie (fioul ou gaz) Exemple : Groupe scolaire de Jumièges Chaufferie au bois déchiqueté (200 kw) en biénergie (chaudière fioul) Alimentation automatique par pales rotatives Première mise en service : 1992 Renouvellement chaudière : octobre 2005 Consommation annuelle : 120 tonnes Taux de couverture des besoins par le bois : supérieur à 95 % Bâtiments alimentés : - Ecoles maternelle et primaire - Cantine - Ancienne école des filles - Logements de fonction 36

19 Le chauffage collectif Le chauffage collectif bois déchiqueté de forte puissance Alimentation automatique par échelles de racleurs Forte puissance Bi-énergie (gaz) Exemple : La chaufferie du CHIES à Evreux Chaufferie centrale kw bois Mise en service : mars 2010 Consommation annuelle : t environ Bâtiments raccordés : -Nouveau centre hospitalier (500 lits environ) -Pôle logistique 37 La typologie des projets Un réseau existant A l occasion d une extension ou du renouvellement du contrat de délégation de service public) 1 chaufferie centrale au bois de 2 à 10 MW Extension du réseau 1 réseau de chaleur urbain existant Chaufferie centrale et sous-stations existantes 38

20 La typologie des projets La chaufferie et le réseau de Saint-Etienne-du-Rouvray Chaufferie centrale 2 x kw bois Associée à kw appoint / secours (bi-énergie simultanée) Réseau de chaleur de ml, dont existants conservés Mise en service : décembre 2009 Consommation annuelle : à tonnes / an Bâtiments raccordés : logements collectifs -Nouveaux logements en projet -Lycée Le Corbusier -INSA et logements étudiants - 39 La typologie des projets La création d un réseau de chaleur : un service public local de distribution d énergie calorifique Présence de plusieurs bâtiments fortement consommateurs dans un périmètre restreint Groupe de logements sociaux Lycée 1 chaufferie centrale mixte bois / appoint plusieurs maîtres d ouvrage Maison de retraite réseau de canalisations enterrées 40

21 La typologie des projets La chaufferie et le réseau de Gonfreville-l Orcher Chaufferie centrale kw bois (2 chaudières) Réseau de chaleur de ml Mise en service : décembre 2007 Consommation annuelle : t environ Bâtiments raccordés : logements sociaux Habitat 76 -Centre aquatique de la CODAH -Collège -3 groupes scolaires -9 équipements municipaux 41 Les aspects économiques 42

22 Les chaufferies communales Aspects économiques : Investissement/coûts de fonctionnement 15 à 70 kw >70 kw Petite puissance : investissement réduit combustible coûteux Moyenne puissance : combustible moins cher investissement élevé Chaufferie dédiée pour 1 à 3 bâtiments communaux faiblement consommateurs Chaufferie dédiée pour 1 bâtiment fortement consommateur ou réseau communal granulés Bois déchiqueté Les chaufferies communales Aspects économiques : les investissements Quelques exemples d investissements ( HT) Sainte-marguerite-surmer Vatteville-la-Rue Chaudière bois 50 kw granulés kw bûches Chaudière fossile - 60 kw FOD Hydro-accumulation - 2 x l Panoplie hydraulique Alimentation Aspiration Fumisterie Stockage Textile 7 m Génie civil - 20 m² (ABF) Saint-Saens Réseau Frais d étude TOTAL Quelques marques de matériels : Hargassner, Reka, CEL, KOB, Herz, Fröling, Veto consulter le catalogue en ligne Biohousing

23 Les chaufferies communales Aspects économiques : le coût de combustible Le combustible fossile Prise en compte de la moyenne des 2 dernières années, afin de stabiliser le bilan économique par rapport aux fluctuations B2i niveau 1 : 43,5 HT / MWh PCI Prix mini FOD : 38,0 HT / MWh PCI Prix mini propane : 89 HT / MWh PCI Moyenne : FOD : 53,8 HT Propane : 100,6 HT B2i niveau 6 : 46,9 HT / MWh PCI Prix maxi FOD : 77,8 HT / MWh PCI Prix maxi propane : 109 HT / MWh PCI Le combustible bois Bois déchiqueté = 80 à 120 la tonne, soit 25 à 30 HT / MWH PCI Granulés = 200 à 250 la tonne, soit 42 à 45 HT / MWh PCI Bûches : - achat : 40 à 50 le stère, soit 30 HT / MWh PCI - Valorisation du patrimoine communal : prix à définir en fonction de la main d oeuvre, de l amortissement des matériels de coupe et de façonnage Les chaufferies communales Aspects économiques : Entretien et maintenance Bois déchiqueté = surveillance du niveau de combustible dans le silo, du fonctionnement de l alimentation automatique, présence lors des livraisons, entretien des pièces mécaniques, du foyer et ramonage (2 x par an), évacuation des cendres Granulés = surveillance du niveau de combustible dans le silo, entretien des pièces mécaniques, du foyer et ramonage (2 x par an), évacuation des cendres Bûches = chargement du foyer, entretien du foyer, ramonage, évacuation des cendres Quelques ordres de grandeur et types de contrat Coût horaire employé communal = 10 à 15 / heure Visite annuelle pour contrôle de l installation et ramonage = 500 /an Visite annuelle et assistance dépannage 24h/24h Contrat de maintenance garantie totale (P2 P3) Pour les petites et moyennes installations communales, privilégier le travail de proximité avec un installateur formé Qualibois Ce ne sont que des ordres de grandeur, se constituer sa propre banque de données et de contacts

24 Les chaufferies communales Aspects économiques : Le financement des investissements Les aides dans le cadre du plan bois énergie de 30 à 50% de l (investissement bois investissement référence) Financement de l investissement Taux de 4,5% à 5,5% (à demander au Maître d ouvrage) Sur 15 ans pour les équipements thermiques Sur 30 ans pour le génie civil et le réseau Les chaufferies communales Aspects économiques : la TVA Combustible bois = TVA 5,5% à condition que ce soit la MO, utilisateur final de la chaleur qui se charge de l achat du combustible Combustible appoint = TVA 19,6% Entretien maintenance = TVA 19,6% Financement = pas de TVA car les collectivités locales bénéficient du Fond de Compensation de la TVA

25 Les chaufferies communales Aspects économiques : le coût global de l énergie % % 38 % Financement % Entretien maintenance Combustible fossile % 28 % Combustible bois 71 % 4% 5% % 29 % 0 Situation référence Projet bois hors subvention Projet bois 60 50% subventions Merci de votre attention Biomasse Normandie 19 quai de Juillet CAEN Tél : Fax : info@biomasse-normandie.org Site Internet : 50