Valorisation de la géothermie :

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1 formation continue universitaire Valorisation de la géothermie : Le rôle clé des réseaux de chaleur Partie II : Caractéristiques principales des réseaux thermiques L. Quiquerez 6 novembre

2 Plan Aspects énergétiques Energie et territoire Production/Demande Multi ressources Aspects économiques Acteurs Investissements Coûts

3 Contexte énergétique CH et GE Objectif : «approvisionnement énergétique suffisant, sûr, économique, diversifié et respectueux de l environnement» Buts Utilisation économe et rationnelle de l énergie Améliorer l efficacité du système énergétique Consommer le moins possible d énergie (sobriété) Développement des énergies renouvelables Augmenter l utilisation des énergies renouvelables et/ou locales (substitution)

4 Les réseaux de chaleur Définition 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. Production Transport Demande Idée de base Source: energie-plus Valoriser des sources de chaleur locales qui, sinon, seraient rejetées ou non utilisées pour des raisons techniques ou économiques, typiquement: La géothermie de moyenne et grande profondeur Le lac La biomasse Les rejets thermiques (incinération des déchets, climatisation industrielle ) Source: ecoheatcool

5 Energie et territoire Satisfaire une demande de chaleur localisée Deux moyens: - Produire la chaleur in-situ (chaudière, PAC, solaire, ) - Acheminer la chaleur via un CAD Les réseaux énergétiques actuels Source : L. Quiquerez /SITG Réseau de gaz Réseau routier (mazout, bois) Réseau électrique Réseaux thermiques Constat : - Les CAD sont aujourd hui peu développés -> territoire structuré sous l abondance du fossile - Ressources énergétiques importées -> filières actuelles en partie déterritorialisées Source : SITG

6 Energie et territoire Particularités liées au transport de chaleur Les CAD sont intrinsèquement «locaux» (échelle du quartier ou de la ville) Pour être «renouvelable»: ils font appel à des ressources inscrites dans le territoire Contrainte: Nécessité de s assurer de la pérennité des ressources dans le territoire Bénéfices: Investissements dans l économie locale + Sécurité d approvisionnement

7 Production/Demande Les composants de la demande d un système CAD: - Chauffage - Eau chaude sanitaire - Pertes de transport Source : UNIGE, projet REMUER Double dynamique temporelle: - Saisonnière (physique) - Jour/nuit (sociétale) Source : UNIGE, projet REMUER

8 Production/Demande Signature énergétique d un CAD Dépend de la signature énergétique de l ensemble des bâtiments raccordés Source : UNIGE, projet REMUER Source : UNIGE, projet REMUER

9 Production/Demande CAD = Mutualisation de l infrastructure de production Réduction de la puissance max à installer grâce à l effet de foisonnement de la demande Exemple Individuel CAD P max = 12 MW P max = = 20 MW Source: CEREMA

10 Production/Demande Températures et débits Q = mc (Tdép Tretour) La température retour dépend du fonctionnement de l ensemble des SST (efficacité des échanges thermiques) L opérateur régule la température aller et les débits, avec 2 contraintes: Puissance: avoir un T suffisant pour conserver la capacité de transport requise (débit max limité par le diamètre des conduites) Qualité: être en mesure de fournir la température demandée par les bâtiments Source : UNIGE, projet REMUER Intérêt à baisser les niveaux de température Améliorer la récupération de chaleur à basse température (géothermie, PAC, solaire ) Diminuer les pertes de transport de chaleur

11 Multi ressources Le CAD offre la possibilité de combiner les sources d approvisionnement Amène de la flexibilité et de la sécurité Permet de jouer sur la complémentarité des ressources Ruban : chaleur de récupération et énergies renouvelables Ressources difficilement stockables Coût ressource relativement faible (ressource «gratuite») Faible impact sur l environnement Exemple: Lausanne Pointe : combustibles Ressources avec une grande densité énergétique Production thermique modulable Coût ressource important (importation d énergie) Source : données SIL, adapté du master MUSE de Laure Michel, 2012

12 Multi ressources Exemple Lausanne Source : données SIL, adapté du master MUSE de Laure Michel, 2012

13 Multi ressources Exemple Lausanne Part fossile Part renouvelable Source : données SIL, adapté du master MUSE de Laure Michel, 2012

14 Pertes de transport Pertes thermiques absolues (Qpertes): Facteurs Niveau d isolation des conduites (matériau et épaisseur) Diamètre et longueur des conduites Différence de température entre les conduites et le sol Pertes thermiques relatives (Qpertes/Qproduction): Varient selon la densité thermique (chaleur délivrée/longueur de tranchée du réseau) Densité linéaire en Europe [MWh/m/an] Source : Nussbaumer and Thalmann, 2014, Status Report on District Heating Systems in IEA Countries, Source : District Heating and Cooling, Euroheat&Power, 2011 survey

15 Les réseaux du futurs Vers les réseaux de 4 ème génération Les enjeux: Basse température Adapté pour alimenter les bâtiments à basse consommation Energies renouvelables et de récupération Stockage (yc saisonnier) Intégration dans le système énergétique global (CCF-PAC) Production décentralisée (2way) Mutualisation chaud/froid Source : Hongwei Li et al, 2014, TOWARD 4th GENERATION DISTRICT HEATING: EXPERIENCE AND POTENTIAL OF LOWTEMPERATURE DISTRICT HEATING, The 14th International Symposium on District Heating and Cooling, Stockholm

16 Modèles organisationnels Plusieurs acteurs Gestionnaire du réseau Exploitant du réseau Fournisseur d énergie Financeur Clients Usagers finaux Collectivité Plusieurs modèles Régie publique (SI) Fondation Société anonyme Différents niveaux d implication des collectivités publiques (souvent à l origine des projets) Source: L. Quiquerez

17 Aspects économiques Constitution du coût de la chaleur sur un CAD Nature/Poste Coût de production de chaleur Coût de distribution de chaleur Coûts fixes (liés aux infrastructures) Coûts variables (liés à la consommation et au prix des énergies) Investissement dans les infrastructure de production Coût d exploitation et de maintenance Coût des combustibles Coût de l électricité Investissement dans le réseau Coût d exploitation et de maintenance Coût de pompage (électricité) Particularité des réseaux thermiques: Des investissements importants (grande infrastructure) Nécessité de calculer sur le long terme (20-30 ans)

18 Aspects économiques Investissements dans le réseau Valide pour la Suisse 1euro=1.21CHF Capacité de transport Diamètre [mm] Puissance max [MW] DN100 5 DN DN Hyp.: Vitesse 3m/s DT 40K Source : Nussbaumer and Thalmann, 2014, Sensitivity of System Design on Heat Distribution Cost in District Heatin.

19 Aspects économiques Principes de base pour un CAD Cibler les sources de chaleur caractérisées par un coût de production faible Limiter les coûts de distribution en visant une densité suffisante (mutualiser l investissement sur le plus grand nombre de consommateurs) Viabilité économique: Densité thermique linéaire: MWh/m/an Densité thermique surfacique: MWh/hectare/an Source: adapté de Persson U. Cost effective and energy efficient district heating in european urban areas Instruments pour améliorer la compétitivité: Subventionnement à l investissement Taxes (combustibles fossiles)

20 Aspects économiques Coûts fixes/coûts variables Coûts fixes sur un CAD plus importants que sur une chaudière gaz Avantages Moins dépendant de l évolution des prix des énergies Plus d investissements dans l économie locale Enjeu lié à la tarification CAD: représenter les coûts réels Composition de la facture: Prix de la chaleur (cts/kwh) Part variable Abonnement (CHF/kW) Part fixe Inconvénients (surtout pour les consommateurs) Accepter de payer un abonnement Réduit la rentabilité des économies d énergie Source: Quiquerez L. Enjeu important: 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

21 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 2012

22 Conclusion Avantages des CAD : Mutualisation des ressources 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 Existe t il des conflits et/ou des synergies entre le développement des CAD et la rénovation des bâtiments?

23 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)