Valorisation de la géothermie :

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1 formation continue universitaire Valorisation de la géothermie : Le rôle clé des réseaux de chaleur Caractéristiques principales des réseaux de chaleur Loïc Quiquerez 3 novembre

2 Plan Aspects énergétiques Demande Approvisionnement Température Aspects économiques Coûts Tarification Acteurs

3 Définition Définition technique Un ensemble de conduites qui permet de déplacer de la chaleur d un endroit où elle est disponible/produite vers des sites de consommation, généralement pour l approvisionnement en chauffage et en eau chaude sanitaire des bâtiments dans les secteurs résidentiel, industriel et tertiaire. Les trois composants techniques de base : Unités de production Conduites de transport Sous-stations Source: energie-plus Particularité: la chaleur se transporte mal réseaux intrinsèquement locaux ( électricité, gaz) Autre aspect: Un réseau qui met en relation un maître d ouvrage et plusieurs acheteurs tiers (différent d un «réseau technique»)

4 Définition La famille des réseaux thermiques Réseau de chaleur: Permet de fournir les prestations de chauffage et ECS directement (Définition selon IEA-DHC)

5 Demande Double dynamique temporelle : - Saisonnière (principalement liée des facteurs physiques) - Journalière (principalement liée à des facteurs sociaux) Puissance [MW] Heures (01.01 au 31.12) Demande chauffage Demande ECS Pertes réseaux Energie [GWh/an]

6 Demande Double dynamique temporelle : - Saisonnière (principalement liée des facteurs physiques) - Journalière (principalement liée à des facteurs sociaux)

7 Demande Double dynamique temporelle : - Saisonnière (principalement liée des facteurs physiques) - Journalière (principalement liée à des facteurs sociaux) Source : UNIGE, projet REMUER

8 Contexte Bilan Europe 2013 (OCDE) Trois constats: Dépendance au fossile Inefficience du système Importance des besoins de chaleur environ 75% de la population en zones urbaines Source: Des opportunités pour les réseaux de chaleur

9 Approvisionnement Idée fondamentale: Valoriser des sources de chaleur locales qui, sinon, seraient rejetées ou non utilisées pour des raisons techniques ou économiques Bilan annuel «typique» Adapté de: Frederiksen S. et Werner S. District heating and cooling Particularité: approvisionnement en énergie primaire généralement plus faible que la chaleur utile délivrée

10 Approvisionnement Avantage: la mise en réseau de la chaleur permet de combiner les sources d approvisionnement avec une grande flexibilité pour répondre à la variation de la demande (multi-ressources)

11 Enjeux de température Les réduire pour: Faciliter l intégration des EnR&R Améliorer le rendement des CCF Améliorer le COP des PAC Réduire les pertes de transport

12 Enjeux de température

13 Enjeux de température Q = mc (Tdép Tretour) L opérateur régule la température aller avec 2 contraintes: Puissance: avoir un T suffisant pour conserver la capacité de transport (débit max limité par le diamètre des conduites) Qualité: être en mesure de fournir la température demandée par les bâtiments (contrainte ECS) Source : UNIGE, projet REMUER La température retour dépend du fonctionnement de l ensemble des SST (efficacité des échanges thermiques) Problématique des surconsommations de débits Difficultés rencontrées: Acteurs différents pour la gestion du primaire et du secondaire Les frais de l adaptation du secondaire à la charge du propriétaire du bâtiment

14 Aspects économiques Constitution du coût de la chaleur à distance délivrée Nature/Poste Coûts de production Coûts de distribution Coûts fixes (liés aux infrastructures) Coûts variables (liés à la consommation et au prix des énergies) Investissements dans les infrastructures de production Coûts d exploitation et de maintenance Coûts des combustibles Coûts de l électricité Investissements dans le réseau Coûts d exploitation et de maintenance Coûts de pompage (électricité) Particularité des réseaux de chaleur: des investissements initiaux importants (infrastructures lourdes)

15 Aspects économiques Principes de base pour être compétitif Cibler les sources de chaleur bon marché pour limiter les coûts de production Viser une densité suffisante pour limiter les coûts de distribution Adapté de: Persson U. Cost effective and energy efficient district heating in european urban areas. 2011

16 Aspects économiques COUTS DE PRODUCTION Optimiser le dimensionnement des installations de production selon la nature de leurs coûts (méthode simplifiée) exemple Coûts fixes (CHF/kW) Coûts variables (CHF/kWh) Unité 1 Unité 2 Unité Particularité des réseaux: Coûts variables plus importants en hiver Adapté de: Frederiksen S. et Werner S. District heating and cooling. 2013

17 Aspects économiques COUTS DE DISTRIBUTION Source : Nussbaumer and Thalmann, Sensitivity of System Design on Heat Distribution Cost in District Heating Mutualiser les investissements sur un maximum de preneurs (densité) Limiter les pertes de distribution (isolation, température, densité) Densité thermique linéaire > MWh/m/an (Sources: ADEME fonds chaleur ; QM bois 2010) Source : District Heating and Cooling, Euroheat&Power, 2011 survey

18 Aspects économiques Coûts fixes/coûts variables Particularité CAD, plus de coûts fixes: + Moins dépendant de l évolution des prix des énergies + Plus d investissements dans l économie locale Problématique du financement (accès, risque, durée d amort.) Enjeux liés à la tarification : Détermine les charges pour le consommateur Détermine les recettes pour l opérateur du réseau Composition de la facture: Abonnement (CHF/kW) Part fixe Prix de la chaleur (cts/kwh) Part variable (généralement indexée) Inconvénients potentiellement perçus par les consommateurs: Accepter de payer un abonnement même en l absence de consommation Réduit la rentabilité des économies d énergie Enjeu dans les immeubles locatifs: Avec une chaudière classique, la part fixe (investissement et entretien de la chaudière) ne figure pas dans la facture énergétique: elle est noyée dans le loyer Lors d un passage chaudière CAD, le loyer devrait être diminué

19 Aspects économiques Etude sur les prix de vente en France (hors taxe) Structure du prix facturé ( structure des coûts) Source : AMORCE, Prix de vente de la chaleur en 2014 Source : AMORCE, Prix de vente de la chaleur en 2014

20 Aspects économiques Différentes formes d organisation de la chaîne d approvisionnement Différents acteurs Fournisseur d énergie Gestionnaire-exploitant du réseau Financeur Clients Usagers finaux Collectivité Source : Aronsson B. and Hellmer S. An international comparison of district heating markets Différentes formes de propriété «Utilities» (SI) Groupe privé Collectivité Partenariat public-privé Source : UNIGE, projet REMUER

21 De la 1 ère à la 4 ème génération Enjeux pour la 4 ème génération: Bâtiments à faible consommation Energies renouvelables et de récupération (variables) Basse température Stockage (yc saisonnier) Intégration dans le système énergétique global (smart energy system) Pro-sommateurs (2way) Etc, etc. Source : Hongwei Li et al, Toward 4th generation district heating: experience and potential of low-temperature district heating. 2014

22 Contraintes-leviers Dans certains contextes, le développement des CAD peut être limité par: Manque d attractivité pour les consommateurs Manque d attractivité pour les investisseurs Difficulté des acteurs locaux à coordonner le développement des différents infrastructures Inadaptation de certains tissus urbains Manque d engagement de certains acteurs Parmi les leviers pour améliorer les conditions-cadres: Subventions/Taxes Garantie de risque/prêts à taux réduit Zonage du territoire/planification énergétique territoriale Obligation de raccordement Interdiction du chauffage électrique, voire du mazout Plateforme, communication, structuration de la filière, Etc. Soutien politique nécessaire

23 Conclusions Avantages des CAD : Mutualisation des infrastructures et des investissements Intégration des énergies renouvelables dans le chauffage en milieu urbain Récupération d énergie fatale (déchets, couplage chaleur-force, industrie) Contraintes principales : Investissements importants («capital cost») Nécessité d une densité énergétique minimale Besoin de planification Enjeux futurs pour les réseaux: Amélioration des conditions-cadres pour permettre leur développement Adaptation pour s intégrer de façon efficiente dans un système énergétique essentiellement basé sur le renouvelable et dans lequel les besoins de chaleur seront plus faibles (4ème génération, basse température)

24 Contacts Jérôme Faessler et Loïc Quiquerez Université de Genève Groupe Systèmes Energétiques Institut Forel et Institut des Sciences de l'environnement (ISE) UNI Carl-Vogt Tél : (JF) ou 62 (LQ)