Valorisation de rejets thermiques par CAD Exemple: chaleur des eaux usées

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1 Valorisation de rejets thermiques par CAD Exemple: chaleur des eaux usées Séminaire du CREM du 8 septembre 2011 à Monthey Fabrice Rognon, dipl. ing. méc. EPFZ, Planair SA, La Sagne, Sous-Directeur SuisseEnergie pour les infrastructures SuisseEnergie pour les infrastructures

2 2 Valorisation de rejets de chaleur Sommaire Définition et valorisation Illustration: chaleur des eaux usées Conclusions

3 Définition du rejet de chaleur Energie non utilisée après avoir servi à une prestation énergétique 3

4 Les formes d un rejet de chaleur Intrinsèque : liés à des flux de matière: Air vicié ; Flux provenant des gaz de combustion (effluents gazeux); Fluides de refroidissement ; Chaleur emmagasinée par la matière à la sortie d un traitement Diffus : principalement par rayonnement et convection de grandes surfaces (pertes surfaciques des installations, pertes par transmission des bâtiments chauffés). 4

5 Principes de valorisation Chercher à réduire les rejets / pertes thermiques Isolation Fourniture de chaleur à la bonne température Récupérer la chaleur pour le processus lui-même Examiner si une utilisation interne est possible Chercher des opportunités de valorisation externe 5

6 6 Valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Rejets de chaleur Besoins en chaleur T = C Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

7 Caractéristiques des rejets et besoins des preneurs Rapport de l énergie de la source à l utilisateur Surplus ou couverture partielle des besoins Intervalle horaire entre offre et besoins maximaux Taille de l accumulateur Stratégie d exploitation Rejets disponibles sous forme de flux continu ou intermittent 7

8 8 Type de valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Besoins en chaleur Rejets de chaleur Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

9 9 Type de valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Besoins en chaleur Rejets de chaleur Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

10 10 Type de valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé 1 rejet = 1 preneur? Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

11 11 Valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Grouper rejets / preneurs Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

12 Rapport énergie récupérée/investie Source : Manuel RAVEL 12

13 Valorisation de rejets de chaleur Couverture des pointes de puissance? 5.6 Wochengrafik WP-CALC Resultate Energiedaten Seite 4 Kessel WP Bedarf Geb Leistung in kw pointes ruban

14 14 Valorisation de rejets de chaleur Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Mettre en relation rejets et besoins Monter le projet Exploiter l installation Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

15 15 Valorisation de rejets de chaleur par PAC Chauffage de locaux Ventilation ECS séchage procédé Rejet -> centrale PAC -> CAD? Centrale PAC Eaux usées Air évacué Circuit de refroidissement Rejets industriels

16 16 Valorisation de rejets de chaleur Procédé Chauffage de sol PAC Chauffage PAC ECS PAC Rejet -> réseau source -> PAC chez preneur? Eaux usées Tour de refroidissement Excès de chaleur de procédé

17 17 Valorisation de rejets de chaleur efficacité PAC = f(tpreneur- Tsource) le preneur le plus «chaud» donne le COP! Si preneurs pas homogènes PAC centrale + CAD chaud: COPa = 2.2 à 3.4 Réseau source + PACs sur site: COPa = 3.5 à 4.4 Source: suivi in situ OFEN sur 13 installations, P. Hubacher et al., OFEN, 2010

18 Illustration: chaleur des eaux usées Constat: 5 mio de m3 d eau usée par jour 10 et 15 C en janvier et février Potentiel = chauffer 15% du patrimoine bâti

19 Action SuisseEnergie pour les infrastructures Mission : centre de compétences Domaines : Stations d épuration des eaux usées (STEP) Usines d incinération des ordures ménagères (UIOM) Réseaux d approvisionnement en eau potable Récupération de chaleur sur les eaux usées Publics cible (et partenaires) : Exploitants Autorités politiques et dirigeants administratifs Ingénieurs spécialisés

20 Installations réalisées

21 Les facteurs du succès Technologie développée en Suisse Sytématique d analyse intégrée dans le cadre des plans communaux des énergies (PCE) Le thème reste dans les mains des exploitants des STEP et des travaux publiques Motivation des investisseurs, des communes et des maîtres d ouvrage Soutien de l action SuisseEnergie pour les infrastructures

22 Les facteurs du succès R&D des pouvoirs publics avec industrie et PME 20 ans d expériences -> guides, directives

23 23 Récupération de chaleur des eaux usées 3 systèmes En sortie d immeuble Dans le collecteur En sortie de STEP

24 24 Récupération de chaleur En sortie d immeuble simple, individuelle Gros potentiel gros bâtiments (100kWth) Proximité des preneurs Sur parcelle privée Réseau public Plutôt bâtiment neuf Mise en oeuvre délicate Peu ou pas d effet sur la STEP Gros potentiel Preneurs plus éloignés Réseau public Mise en oeuvre facile

25 Récupération de chaleur En sortie d immeuble

26 Récupération de chaleur En sortie d immeuble

27 Récupération de chaleur En sortie de la la pisciculture Valperca à Rarogne 273 kw sur 8 000h/an

28 28 Récupération de chaleur Dans le collecteur simple, individuelle gros bâtiments (100kWth) Sur parcelle privée Plutôt bâtiment neuf Gros potentiel Proximité des preneurs Réseau public Mise en oeuvre délicate Effet sur la STEP

29 Principe de fonctionnement

30 Exemples d échangeurs

31 Exemple - Centre sportif Bachgraben (BS) Récupération de la chaleur sur les collecteurs pour le chauffage des vestiaires En fonction depuis 20 ans sans problème notable

32 Caractéristiques Convient pour chauffage et/ou eau chaude sanitaire Plus adapté aux bâtiments neufs (par ex:minergie) Plus adapté aux chauffages basse température (COP PAC) Puissance minimale de 150 kw (rentabilité) Proximité d un collecteur Bivalence avec chaudière si températures élevées ou réseau CAD étendu Attention au dimensionnement de l échangeur (effets sur la STEP)

33 33 Récupération de chaleur Après la STEP Puissance à prélever dépend de Débit minimal sortie STEP Température minimale sortie STEP Température minimale pour rejet dans nature simple, Convient individuelle pour chauffage et/ou eau chaude sanitaire gros bâtiments (100kWth) Gros potentiel Proximité des preneurs Sur parcelle privée Réseau public Plutôt bâtiment neuf Mise en oeuvre délicate Gros potentiel Preneurs plus éloignés (?) Réseau public Mise en oeuvre facile PAS d effet sur la STEP

34 Centrale PAC et CAD à Schlieren (ZH) La plus grosse installation de Suisse avec une puissance de 21 MW dont 4 MW réalisés

35 Réseau froid et PACs à Muri/AG STEP -> réseau «froid» avec 7 sous-stations PAC 200 logements PPAC = kw Conso total MWh/an COP = 3 Investissements 4 Mio Frs Coût chaleur 8,5 ct/kwh

36 Développements/ nouvelle technologie De 80 à 1 250kWth Raccords rapides Tmax = 70 C Tmax, ECS seule = 80 C

37 Ecologie et rentabilité Température de source élevée, COPa élevé Possibilité d utiliser la même installation pour chauffer et pour rafraîchir Augmentation des coûts des produits pétroliers et cadre législatif améliorent la compétitivité Nouveaux acteurs et nouveaux rôles par le contracting énergétique

38 38 Merci de votre attention