Commune de Saint Marcelin de Cray

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1 Commune de Saint Marcelin de Cray Analyse d opportunité pour la création d une chaufferie automatique au bois déchiqueté Juillet 2014 Plan Bois Energie et Développement Local Contacts Agence Technique Départementale : Nicolas Bergmann Tél. : Mail : n.bergmann@atd71.fr

2 SOMMAIRE 1 Motivations principales pour le projet Périmètre de l analyse Bilan énergétique Bilan technique Bilan économique Bilan environnemental Conclusions Informations complémentaires sur le Plan Bois Energie et Développement Local Marie-Pierre Sirugue Conseil Régional de Bourgogne mpsirugue@cr-bourgogne.fr Michel Azière ADEME Bourgogne michel.azière@ademe.fr Magali Servignat Conseil Général de Saône et Loire m.servignat@cg71.fr Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 2/18

3 1 MOTIVATIONS PRINCIPALES POUR LE PROJET La commune de Saint Marcelin de Cray mène depuis peu une réflexion concernant son système de chauffage sur ses bâtiments communaux. La commune fait face à des charges énergétiques importantes chaque année et souhaite aborder cette question de façon globale, par l intermédiaire d une analyse d opportunité bois énergie, permettant d engager une démarche globale de maîtrise de ses dépenses énergétiques et de réduction de ses émissions de gaz à effet de serre. Cette analyse a pour but : De mettre en évidence l opportunité d une solution technique permettant à la commune de maîtriser ses consommations et dépenses d'énergies, De prendre en considération les évolutions du prix des énergies fossiles et de mettre en avant l opportunité énergétique actuelle ou future du bois énergie, D utiliser une ressource locale, la forêt qui couvre 22 % du département (donnée IFN), De s inscrire dans une démarche de développement durable, et de s engager localement dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES), afin d enrayer le changement climatique, De constituer une première approche technico-économique devant permettre de fixer les enjeux, en termes de coûts d investissement et d exploitation, De comparer la solution bois aux autres possibilités énergétiques (le fioul sera retenu comme solution de référence), AVERTISSEMENT L analyse d opportunité n a pas valeur d étude de faisabilité, qui relève de la compétence d un bureau d étude thermique spécialisé dans la biomasse. Cette analyse d opportunité mentionne des coûts d exploitation et d investissement basés uniquement sur des ratios. Aucun métrage n a été réalisé sur les surfaces et volumes des bâtiments, aucun calcul thermique n a été fait, aucune consultation auprès de fabricants de chaudières, réseaux de chaleur et fournisseurs de combustibles n a été entreprise. Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 3/18

4 2 PERIMETRE DE L ANALYSE Les bâtiments inclus dans le périmètre d analyse sont les suivants : mairie salle des fêtes + 1logement Salle des associations + 2 logements Type chauffage electrique Electrique + fioul electrique Niveau d isolation 1997 moyen 2002 Mairie Salle des fêtes + logement Chaufferie + Silo Salle des associations + logements Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 4/18

5 3 BILAN ENERGETIQUE 3.1 Les besoins en chauffage Les besoins de chauffage ont été estimés à partir des factures d énergies fournies par la commune et à partir de ratios. Les besoins en ECS (Eau Chaude Sanitaire) ne sont pas intégrés dans l étude et seront assurés de façon indépendante : Mairie Salle des assoication + 2 logements Salle des fêtes + logement TOTAL Volume 315 m3 471 m3 893 m3 Déperdition calculée 12 kw 13 kw 39 kw 64 kw Besoins énergie utile kwh kwh kwh kwh Energie référence Electricité Electricité FIOUL 3.2 Consommations finales en énergie Ces consommations tiennent compte des rendements des systèmes de chauffage. Solution biomasse : Chaudière bois à plaquettes forestières Solution de référence : Remplacement de la chaudières fioul et maintient des installations électriques Consommation plaquettes forestières kwh 24 tonnes 96 MAP solution référence Consommation fioul kwh litres Consommation d'electricité kwh Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 5/18

6 4 BILAN TECHNIQUE 4.1 Description sommaire des travaux envisagés Travaux spécifiques à la solution biomasse : - Aménagement d un local chaufferie et silo sous le préau de la salle des associations. - Aménagement d une trémie de chargement du silo au dos du silo sur le parking. - Fourniture et pose d une chaudière bois automatique de 65 kw avec l ensemble des périphériques (dessileur rotatif, vis de transfert, décendrage, ). La puissance installée sera déterminée de façon précise lors de la réalisation d une étude de faisabilité. - Réalisation de l hydraulique, de l électricité, de la régulation et de la fumisterie en chaufferie. - Création d un réseau de chaleur enterré entre la chaufferie et les bâtiments à chauffer sur une distance de 50 mètres environ. - Création de 3 sous-stations à l entrée de chaque bâtiment ainsi que des compteurs d énergie pour chaque point de distribution (mairie, 3 logements, salle des fêtes et salle des associations) Travaux spécifiques à la solution de référence : - Remplacement de la chaudière fioul existante par une chaudière neuve pour la salle des fêtes et le logement au dessus. - Mise en place d un chauffage centrale fioul à la mairie ainsi que dans la salle des associations et les logements au dessus 4.2 Approvisionnement en combustible Conception silo : Le silo doit être dimensionné et conçu de manière à : - Assurer une autonomie d une semaine minimum en période de grand froid. - Etre adapté au mode de livraison envisagé (livraison par camion benne de 30 m 3 minimum). - Sécuriser et à faciliter la livraison (accès par tous les temps, zone de retournement, prise en charge des éléments pouvant gêner le déchargement ) Le coût du combustible bois est évalué à 100 HT la tonne soit environ 28 HT le MWh, avec un combustible calibré à 30 % d humidité maximum. Le volume du silo d alimentation est d environ 45 m³ brut, soit une capacité utile de près de 30 m³. Autonomie du silo bois : l autonomie du silo en période de grand froid (-11 C, 24h/24h) est de 12 jours environ. L autonomie moyenne du silo sur la saison de chauffage est d environ 2 mois. Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 6/18

7 Nombre de livraisons annuelles : (période de chauffe : du 15 octobre au 15 mai) Les livraisons se font pour une consommation telle que la votre via des camions bennes d un volume de 30 m cubes. Etant donné l estimation de votre consommation, 3 ou 4 livraisons seront nécessaires chaque année. Lors des livraisons, il est important qu une personne responsable de l exploitation de la chaudière soit présente et contrôle à la fois la qualité du combustible livré ainsi que le respect de la procédure. Approvisionnement en plaquettes forestières : (structures existantes dans le secteur liste non exhaustive) - SARL Valorisation Bois Energie (71) - ETF Joos (71) - ONF Energie Bourgogne Franche Comté (71) - C.F.B.L. (71) - Bois Energie de Bourgogne (71) - Bergeret Bois Energie SARL (01) Implantation de la chaufferie L implantation d une chaufferie bois est fonction de la réserve foncière disponible, de la topographie du terrain, des possibilités d accès pour les livraisons en combustible bois, des contraintes réglementaires liées à ce type d installation etc. Dans le cas présent, une implantation possible se situe sous le préau de la salle des associations, permettant ainsi la mise en œuvre d une chaufferie en limitant les coûts de constructions et en limitant l impact visuel. Livraison plaquettes forestières Chaudière Silo Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 7/18

8 4.3 Principe de fonctionnement d une chaudière automatique au bois déchiqueté Les deux schémas de principe ci-dessous sont présentés qu à titre d informations générales sur les possibilités de fonctionnement d une chaufferie bois de cette gamme de puissance (inf à 100 kw). D autres configurations pourront être envisagées ultérieurement. Schéma de principe avec silo de plein pied Exemple d une vis de chargement de silo Alimentation automatique à partir d un silo de grande capacité Combustion optimisée : 2 entrées d air préchauffé régulé Gestion automatisée : allumage décendrage automatique, auto nettoyage. Schéma de principe : (Doc. Hargassner) 1- Chaudière 2- Ventilateur d air 3- Air primaire 4- Air secondaire préchauffé 5- Allumeur automatique 6- vis d entrée chaudière 7- Clapet coupe-feu 8- Moteur de clapet 9- Moteur de vis d entrée 10- Moteur de vis d extraction 11- Vis d extraction du silo 14- Armoire de commande 15- Couvercle de sécurité Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 8/18

9 4.4 Exploitation Les points qui suivent sont indispensables pour un bon fonctionnement de la chaufferie : Un suivi consciencieux devra être assuré par le personnel technique : - Contrôle visuel rapide de l installation (fréquence quotidienne lors de la première saison de chauffe) - Enlèvement des cendres et nettoyage sommaire de la chaufferie (une fois par quinzaine). - Présence aux réceptions des livraisons de bois (3 ou 4 fois par an environ pour une benne de 30 m3) Deux personnes pourront être formées aux tâches de petite maintenance et de suivi, la formation est à inclure dans le marché de travaux sur le lot chaudière Pour l entretien, un contrat de maintenance devra être passé avec un professionnel avec au minimum deux visites annuelles. En concertation avec le bureau d étude, le maître d ouvrage et le constructeur de la chaudière, il faudra définir les contraintes techniques auxquelles devra répondre l installation en fonction du combustible envisagé et des contraintes spécifiques (exploitation, mode de livraison). 4.5 Plan du cadastre et implantation des bâtiments Mairie Salle des fêtes + logement Chaufferie + Silo Salle des associations + logements Réseau de chaleur et points de livraison Superficie chaufferie : 12m² Longueur du réseau de chaleur : 50 mètres Densité énergétique du réseau : 1,22 MWh / ml * 3 sous stations (échangeurs) * On appelle densité énergétique d un réseau de chaleur le rapport entre la quantité d énergie délivrée par un réseau et sa longueur (exprimé en MWh utiles / ml) Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 9/18

10 5 BILAN ECONOMIQUE 5.1 Coût des combustibles Ce bilan est réalisé avec les prix moyens des énergies normalement disponibles sur la commune. Les variations de ces prix des énergies ont un impact très important sur la rentabilité économique du projet - IMPORTANT: TVA bois = 10 % - TVA fioul. = 20 % fonctionnement - combustible (P1) PCI prix unitaire solution plaquettes forestières PLAQUETTES kwh/tonne 90 /tonne solution référence Fioul + élèctricité 10 kwh/kwh PCS 0,09 /kwh PCS quantité coût annuel HT coût annuel TTC ECONOMIE / REFERENCE ECONOMIE / REFERENCE 24,0 tonnes kwh HT HT TTC TTC TTC 67% Il est a noté que l énergie de référence, ici le fioul est sujet à des variations de prix beaucoup plus fortes que le bois qui est issue des forêts de notre région et donc non soumis à des règles de marchés internationaux mal maitrisées. Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 10/18

11 5.2 Coût d exploitation Le coût d exploitation est constitué du coût du combustible, du coût d électricité nécessaire au fonctionnement de l installation (pompes, système de transfert du combustible, vis de décendrage, ), de charge de personnels (surveillance, livraisons ) ainsi que du coût de maintenance, qui doit être assuré par un prestataire extérieur à la commune. fonctionnement - bilan exploitation P1 - combustible P'1 - électricité de fonctionnement P2 - Exploitation et maintenance P3 - gros entretien (provisions) coût annuel HT coût annuel TTC ECONOMIE / REFERENCE solution plaquettes forestières HT 230 HT 500 HT HT HT TTC TTC solution référence (fioul + électricité) HT 170 HT 200 HT 240 HT HT TTC ECONOMIE / REFERENCE 47% 5.3 Coût d investissement Rappel : les coûts d investissement indiqués dans le tableau suivant, sont établis à partir de ratios et permettent d obtenir un ordre de grandeur, notamment pour le temps de retour sur investissement. Seule une équipe de maitrise d œuvre spécialisée en bois énergie peut établir correctement les coûts d objectifs précis. investissements chaudière bois, accessoires, transfert et raccordement Chaudières fioul et accesoires génie civil chaufferie, silo et abords équipement en chaufferie (hydraulique, élec., fumées ) solution plaquettes forestières HT HT HT solution référence (fioul 2 chaufferies) HT HT réseau de chaleur et sous stations HT divers réseaux secondaires (régulations, calorifugages, programmations, ) * maîtrise d'œuvre, contrôle, sps, assurance HT HT HT HT HT HT TOTAL SURCOUT / REFERENCE HT HT HT * investissements non subventionnés PCET/PECB Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 11/18

12 5.4 Aides mobilisables Dans le cadre du Plan Bois Energie et Développement Local : 1. Aides aux études (faisabilité et maitrise d œuvre) : o 70 % maximum du montant HT par le PECB (Conseil Régional de Bourgogne / ADEME Bourgogne / FEDER) 2. Aides à l investissement : Aides PECB (Conseil Régional de Bourgogne / ADEME Bourgogne / FEDER) : o Chaufferie : 70% maximum du surcoût * HT du projet (hors réseau chauffage secondaire) o Réseau de chaleur : 60% maximum du coût HT du projet Aides PCET (Conseil Général de Saône et Loire) : o Chaufferie et réseau de chaleur : 10% maximum du surcoût * HT du projet (hors énergie d appoint et circuit de chauffage secondaire) * Assiette éligible (ou surcoût) = dépenses éligibles coûts de la solution de référence 5.5 Temps de retour brut Nous calculons le Temps de Retour Brut (TRB), en prenant le surcoût d investissement biomasse par rapport à la solution de référence HT, en le divisant avec l économie annuelle d exploitation TTC. temps de retour brut Montant de l'investissement Subvention PECB - chaufferie Subvention PECB - réseau de chaleur Subvention PCET solution plaquettes forestières HT HT solution référence (fioul) HT 0 HT HT HT 0 HT Reste à financer Surcoût (sans subventions) Surcoût (avec subventions) Economie annuelle d'exploitation TRB (sans subventions) TRB (avec subventions) HT HT HT TTC 24 ans 7 ans HT Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 12/18

13 5.6 Simulation économique La simulation économique globale Simulation économique permet d appréhender le projet en prenant en compte l ensemble des postes budgets d un projet, et Montant de l'investissement d intégrer au coût d exploitation les annuités de Montant des subventions remboursement de l investissement. Montant de l'auto financement Cette simulation est faite à l instant t avec le prix actuel des énergies. Certains curseurs peuvent faire varier considérablement le bilan final annuel (prix des énergies, taux et durée d emprunt, part d autofinancement, ). A noter que les taux d emprunts sont différents car la caisse des dépôts octroie des prêts à taux spécifique à ce type de projets ENR. Montant de l'emprunt Taux d'emprunt à taux fixe Durée de l'emprunt Montant de l'annuité dont les frais financier P1 Combustible P'1 Electricité de fonctionnement P2 Exploitation et maintenance P3 Provision P4 Frais financier d'emprunt Bilan final annuel Economie annuelle globale (en %) 19,8% Economie annuelle globale (en ) solution plaquettes forestières HT HT HT 3,50% 20 ans 276 TTC TTC TTC TTC 0 HT TTC solution référence (fioul) HT 4,00% 0 HT 0 HT HT 20 ans TTC 204 TTC 600 TTC 240 TTC TTC 288 TTC TTC TTC Prix du MWh utile 136,6 TTC 170,2 TTC Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 13/18

14 5.7 Sensibilité économique et stabilité budgétaire Répartition des postes budgétaires pour les trois solutions : Les graphiques ci-dessous permettent d appréhender la structure des charges du bilan financier vu précédemment. Il met en avant les différences de proportions entre charges variables (non maitrisées) et charges fixes (budgétées au début du projet). Plus la part de charges variables est importante, moins le budget chauffage est maitrisé à moyen long terme. En effet, les dépenses variables (principalement liées à l achat de combustible) sont sujettes aux variations des prix des énergies. Dans le cas des énergies fossiles, les variations des prix sont imprévisibles car liées aux marchés mondiaux et aux tensions géopolitiques. Pour preuve, il suffit de voir l évolution du prix du pétrole ou du gaz naturel sur ces trois dernières années. Dans le cas du bois énergie et de la plaquette forestière, le prix du combustible est stable car lié à l économie locale. Ce point est très important car il permet à la commune de prévoir son budget chauffage sur le moyen/long terme, ce qui est impossible dans le cas de la solution de référence. Comme le montre les graphiques ci-dessous, la part variable liée au combustible dans la solution de référence est ainsi de 82%, soit autant d incertitude quant à l évolution du budget chauffage de la commune. Cette part n est que de 28% dans le cas de la solution plaquettes forestières, ce qui permet de diminuer l impact des variations des prix du combustible et de mieux maîtriser son budget. Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 14/18

15 Evolution du prix des énergies de 2000 à 2013 (Tarifs domestiques du kwh PCI entrée chaudière) Cts / kwh PCI Taux d inflations des prix des énergies base de données PEG@SE Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 15/18

16 5.8 Analyse économique : coût global sur 20 ans A titre d information, le graphique ci-dessous permet de visualiser le coût global cumulé (investissement et fonctionnement) des 2 solutions sur 20 années de fonctionnement (durée de l emprunt). Le scenario pris en compte découle des taux moyens d inflation des prix des énergies des 10 dernières années. Taux inflation annuel : plaquettes forestières : 2.5 % fioul : 5 % Economie globale sur 20 ans = => 43,9 % Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 16/18

17 6 BILAN ENVIRONNEMENTAL Le changement climatique annoncé est aujourd hui une réalité qui n est plus remise en cause. Peu de scénarios tendanciels permettent d être optimiste quant à l évolution de la biosphère durant les prochaines décennies si rien n est fait pour réduire ou enrayer le processus. Ainsi, la réduction des émissions de gaz à effet de serre est un enjeu majeur du 21 e siècle. Ce projet permettrait de substituer chaque année 6 Tonnes Equivalent Pétrole d énergie fossile par une énergie renouvelable et d éviter l émission de 18 tonnes de CO 2 par an, soit l équivalent de 10 voitures (à 120g de CO 2 par km) parcourant chaque année km. L impact en termes de rejets atmosphériques engendrés par la combustion du bois est négligeable sur une chaudière automatique au bois déchiqueté performante, bien suivie et alimentée par un combustible de qualité. 7 CONCLUSIONS Opportunité technique : Aucune contrainte technique ne semble s opposer à la mise en place d une installation bois énergie sur la commune. La mise en œuvre d une chaufferie bois est techniquement réalisable sous le préau de la salle des associations. Cette implantation permet une intégration au patrimoine parfaite tout en limitant les investissements de génie civil et de périphériques de la chaufferie. Dans la configuration actuelle du projet, une chaufferie bois à plaquettes forestières de 65 kw permet de couvrir l ensemble des besoins de chaleurs. La densité énergétique* du réseau est de chaleur de 1,2 MWh / ml, ce ratio est correcte comparée à la moyenne des réseaux ruraux. Les bâtiments se situent dans un rayon proche de la chaufferie bois, le réseau de chaleur est de 50 mètres pour 61 MWh de besoins énergétiques utiles. * Densité énergétique : rapport entre la quantité d énergie délivrée par un réseau et sa longueur (exprimé en MWh utiles / ml) Opportunité économique : Dans la configuration actuelle des besoins de chaleur, le projet est économiquement pertinent par rapport à une solution fioul de référence, et ce dès la première année d exploitation : le bilan d exploitation présente en effet une économie de l ordre de 40%. En intégrant les frais financiers d emprunt, le prix du MWh utile bois est légèrement inférieur à la référence. En prenant en compte une inflation annuelle de 5 % sur le coût du fioul et de 2,5% sur la plaquette forestière (situation tendancielle), le projet bois énergie devient alors rentable à partir de la 7 ème année, soit une économie de l ordre de sur 20 années. Opportunité environnementale : La solution bois énergie permet à la collectivité d avoir recourt à une énergie locale et renouvelable, qui a un impact neutre en terme d émission de gaz à effet de serre en comparaison avec la solution de référence. Ce projet permet de substituer chaque année 6 Tonnes Equivalent Pétrole d énergie fossile et d éviter l émission de 18 tonnes de CO 2 par an, soit l équivalent de 10 voitures. Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 17/18

18 Une solution bois énergie permet d avoir un coût du kwh raisonnable et stable tout en gagnant en indépendance énergétique, en se dégageant des aléas du prix des énergies fossiles. Comme préalablement précisé, ce projet entre dans le cadre du Plan Bois Energie et Développement Local et peut bénéficier d aides du Conseil Régional de Bourgogne, de l ADEME Bourgogne et des fonds européens FEDER au titre du PECB (Programme Energie Climat Bourgogne), mais également des aides du Conseil Général de Saône et Loire au titre du PCET (Plan Climat Energie Territorial). Prochaines étapes de cette réflexion : - Organiser une visite de site similaire au projet communal pour échanger avec d autres maitres d ouvrages et pour appréhender le fonctionnement d un tel équipement, - D engager ensuite une étude de faisabilité pour détailler correctement l ensemble des points techniques et économiques afin de mettre en valeur des coûts d objectifs précis. Cette étude peut bénéficier d un appui financier dans le cadre du PECB (70 % de subventions). Analyse d opportunité chaufferie bois automatique au bois déchiqueté ATD 71 18/18