Réseau de chaleur

Réseau de chaleur
Tuyaux enterrés sur la B36 de Mannheim
Tunnel de chauffage urbain, sous le Rhin à
Cologne
Un réseau de chaleur (appelé réseau de chaleur à distance (CAD) en
Suisse), est une installation comprenant une chaufferie fournissant de
la chaleur à plusieurs clients par l'intermédiaire de canalisations de
transport de chaleur1.
La chaleur est produite par une unité de production et ensuite
transportée par un fluide caloporteur (généralement de la vapeur d'eau sous pression ou de l'eau
chaude) dans divers lieux de consommation :
industrie ;
santé (hôpital) ;
bâtiment tertiaire ou d'habitations (chauffage, eau chaude sanitaire) ;
...
Station de transfert de chaleur dans un grand
réseau urbain
On peut distinguer plusieurs types de
production de chaleur :
Des chaudières spécifiquement affectées
à l'alimentation d'un réseau de chaleur.
Ces chaudière peuvent utiliser des
combustibles de différents types: gaz
naturel, fioul, bois ou solaire par exemple.
Les incinérateurs d'ordures ménagères,
fonctionnant souvent en cogénération.
Des centrales thermiques de production
d'électricité, où la chaleur résiduelle est utilisée pour alimenter le
réseau de chaleur. C'est un fonctionnement en cogénération.
D'autres réseaux de chaleur redistribuent la chaleur résiduelle de
procédés industriels. On peut citer l'exemple de certaines
centrales nucléaires redistribuant de l'eau chaude pour certains
besoins proches (chauffage des serres d'un élevage de crocodiles
à Pierrelatte à partir de l'usine Eurodif d'enrichissement
d'uranium).
Sommaire 1 En France
2 Produits
3 Problématiques des
réseaux
3.1 Dilatation de l’acier
3.2 Réalisation des joints
3.3 Géolocalisation
3.4 Détection d’humidité
4 Avantages des réseaux de
chaleur
5 Inconvénients des réseaux
de chaleur
6 Illustrations
7 Notes et références
8 Bibliographie
9 Annexes
9.1 Articles connexes
9.2 Liens externes
1
En France[modifier]
De 2005 à 2008, le nombre de réseaux de chaleur s'est accru de 9 %, avec 414 réseaux déclarés en
20082, dont plus de 25 % situés en Ile-de-France. En 2008, seul 1/3 de ces réseaux utilise une
énergie renouvelable ou de récupération ; l'objectif en 2020 est une part des énergies renouvelables
d'au moins 50 %, voire 75 % (selon le nombre de bâtiments qui seront raccordés). La quantité de
chaleur produite à partir d'énergies renouvelables s'élève à 10,15 Mtep (énergie-bois
essentiellement).
La loi sur l'énergie impose d'augmenter ce chiffre de 50 % d'ici 2010. Bien que ces réseaux soient
très rentables à moyen et long terme, en particulier pour la ville dense, elles nécessitent environ 10
milliards d’euros d’investissement d'ici 2020, selon les professionnels3.
Le Fonds Chaleur4 créé en 2008 pour accompagner certains engagements du Grenelle de
l'Environnement (dont l'objectif d'atteindre 23 % d’énergie d’origine renouvelable avant 2020, dont
plus de la moitié sous forme de chaleur), est un des outils d'accompagnement de l'évolution des
réseaux de chaleur. La loi Grenelle II introduit un Schéma régional de raccordement au réseau des
énergies renouvelables, devant respecter le nouveau Schéma régional du climat, de l'air et de
l'énergie 5.
Représentation d'un réseau de chaleur
2
Produits[modifier]
Dans un premier temps, les tubes et pièces utilisés pour les réseaux de chaleur sont fabriqués en
acier : nous parlons de tubes de service. Les tubes de services peuvent aussi être fabriqués en
cuivre, en plastique, en acier galvanisé.
Ensuite les tubes de services sont pré-isolés grâce à une mousse en polyuréthane (alliance entre le
polyol et l’isocyanate). L’épaisseur de l’isolation est variable selon le diamètre du tube en acier.
Enfin, ils sont revêtus d’une gaine en Polyéthylène Haute Densité (PEHD). Lorsque les réseaux sont
« aériens », la gaine utilisée est une gaine SPIRO fabriquée à partir de zinc.
Le réseau est dit aller-retour. L'eau chaude étant transportée vers les bâtiments (canalisations en
rouge sur l'image ci après) tandis que l'eau froide est renvoyée vers la chaufferie (canalisations en
bleu).
Tuyaux d'un réseau de chaleur urbain
Problématiques des réseaux[modifier]
Dilatation de l’acier[modifier]
Après l’installation et le remplissage, le réseau est à température ambiante. Pendant
son fonctionnement, la température du réseau peut atteindre les 109°C, selon la
législation française : on parle de dilatation thermique des éléments constituant le
réseau.
La dilatation thermique des tuyauteries génère des mouvements sur les coudes et les
branches. Nous devons réduire ces déplacements pour que la limite d’élasticité de
l’acier ne soit pas atteinte. Les réseaux doivent être dimensionnés afin de ne pas
dépasser la limite. Pour cela, nous devons connaître :
• La profondeur du réseau sur la génératrice supérieure (point le plus haut) des tubes
• La température extérieure au moment de l’installation du réseau
• La température des fluides qui circuleront dans les tubes
Si la contrainte d’élasticité n’est pas prise en compte lors de la conception du réseau, il pourrait y
avoir des anomalies (fuites, pertes thermiques, etc.). L’allongement des canalisations équivaut à 0,7
mm/m à 80°C (soit environ 1 mm/m à 100°C). Pour éviter que les longueurs ne soient trop
importantes, nous effectuons des zones de compensation. Il existe plusieurs configurations
possibles :
• Lyre de dilatation : il s’agit de former un « U » avec des coudes. Facile à mettre en œuvre, les lyres
ne nécessitent pas d’entretien.
• Coude et baïonnette : Naturellement présents dans le tracé du réseau, notamment pour les
changements de direction, ils permettent d’absorber une partie des dilatations.
• Compensateur : Muni d’un soufflet, il peut être soit monocycle (mise en butée et soudure de
blocage à mi température) ou multicycle (dimensionné pour 1000 cycles complets).
• Points fixes : tubes muni d’une bride puis placés dans un ancrage en béton armé, servent à
contraindre le déplacement de la tuyauterie dans le sens souhaité.
• Coussins de dilatation : matelas de mousse qui permettent le déplacement des tubes dans les
changements de direction.
3
Réalisation des joints[modifier]
Lorsque les tubes et autres éléments sont soudés entre eux. Il est indispensable de protéger les
points de jonction. Cette étape consiste à poser un manchon (ou joint) thermo-rétractable puis de
rétablir l’isolation en polyuréthane à l’intérieur du manchon. Cette phase est importante car elle
permet d’éviter les pertes thermiques.
Géolocalisation[modifier]
Obligatoire dès le 1er juillet 20126, la géolocalisation permettra de situer les réseaux enterrés grâce
à des marqueurs placés sur différents points. Les exploitants seront en mesure d’identifier et de
surveiller tous les points sensibles : points fixes, piquage en charge, fonçage, etc.
Détection d’humidité[modifier]
Les tubes pré-isolés sont équipés de câbles en cuivre spécifiquement pour la détection d’humidité.
Les câbles sont reliés lors de l’installation du réseau afin de former un circuit fermé. Les poseurs
testent la continuité électrique après la pose de chaque manchon. Grâce à un détecteur, l’exploitant
est alerté en cas de présence d’humidité.
Avantages des réseaux de chaleur[modifier]
Les réseaux de chaleur présentent des avantages importants par rapport à des solutions de
production de chaleur décentralisées, notamment en matière d'efficacité énergétique, de maîtrise de
l'énergie, et de diminution des émissions de gaz à effet de serre :
• Récupération de l'énergie fatale en provenance de centrales d'incinération des déchets ou de
procédés industriels.
• Récupération de la chaleur issue d'unités de cogénération. C'est notamment le cas le plus fréquent
pour la production de chaleur dans les pays scandinaves et d'Europe centrale. La cogénération a
l'avantage, en termes d'intelligence énergétique, de présenter un rendement global de production
de chaleur et d'électricité qui est supérieur à la production séparée d'électricité et de chaleur.
• Unités de production de chaleur souvent plus performantes et mieux entretenues que des
chaudières individuelles classiques.
• Les réseaux de chaleur permettent une utilisation plus performante et plus respectueuse de
l'environnement de la biomasse que les unités individuelles de combustion biomasse (meilleurs
rendements et meilleurs procédés de traitement des fumées pour préserver la qualité de l'air
environnante). Les réseaux de chaleur représentent de ce fait une solution peu coûteuse
d'abattement d'émissions des gaz à effet de serre7.
• Stockage de l'énergie renouvelable électrique en excèdent, sous forme d'eau chaude, avec
l'utilisation d'une pompe à chaleur (stratégie danoise)
Inconvénients des réseaux de chaleur[modifier]
Efficaces lorsqu'il s'agit de transporter de l'énergie fatale ils ne le sont pas lorsqu'ils transportent une
autre énergie. En effet, nous devons faire face à un problème de "perte de charge" qui entraine un
rendement très inférieur à 1 contrairement au gaz naturel par exemple. Bref, transporter de la chaleur
produite à partir d'une source d'énergie de type Gaz naturel, Biogaz ou bien Fioul est bien mois
performant que l'utilisation directe en distribution décentralisée. En effet, le bilan CO2 sera d'autant
moins bons que les chaudières actuelles ont toutes un rendement supérieur à 0.95.
4
Illustrations[modifier]
Usine de production de calorie à partir de la biomasse (28.000 kW)
Usine de production de calorie à partir de la biomasse 356 000 kW
Stockage de chaleur pourle réseau de
Chemnitz
Joint de dilatation dans un réseau de
chaleur
Notes et références[modifier]
↑ Comment fonctionne un réseau de chaleur [archive] ; animation
au format SWF.
↑ Enquête 2008 du SNCU, réalisée sous l'égide du Service de
l’observation et des statistiques du MEEDDM
↑ Patrick de Beaurepaire, délégué général de la FEDENE
↑ Fonds chaleur [archive], présenté par l'ADEME (consulté 2008 12 01)
↑ Loi grenelle II [archive], voir P 103/308
↑ Arrêté du 15 février 2012 pris en application du chapitre IV du titre V du livre V du code de
l'environnement relatif à l'exécution de travaux à proximité de certains ouvrages souterrains, aériens
ou subaquatiques de transport ou de distribution
↑ Prévot, H., & Orselli, J. (2006). Les réseaux de chaleur [archive]. Rapport pour le ministère de
l'économie et de l'industrie. Paris, France.
Bibliographie[modifier]
Dudal P., Réseaux de chaleur et énergies renouvelables, Géo Conseil, 2007, 118 p.[réf. insuffisante]
Rapport d’activité 2011 - FEDENE[réf. insuffisante]
Rapport d'activité 2010-2011 - AMORCE[réf. insuffisante]
Annexes[modifier]
5
Articles connexes[modifier]
Chaufferie
Cogénération
Économies d'énergie
Énergies renouvelables
Galerie technique
Liens externes[modifier]
Centre de ressources sur les réseaux de chaleur (CETE de l'Ouest - MEDDE)
Actualités et ressources sur les réseaux de chaleur
Changement climatique et énergie
Changement climatique
Adaptation au changement climatique • Climat • Controverses sur le réchauffement climatique •
Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques • Élévation du niveau de la
mer • Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat • Histoire du climat •
Réchauffement climatique • Refroidissement climatique
Effet de serre
Albédo • Bilan radiatif de la Terre • Émissions de CO2 • Gaz à effet de serre • Nuage • Soleil
Énergie
Agence internationale de l'énergie • Énergie et effet de serre • Ressources et consommation
énergétiques mondiales • Transition énergétique
Énergie non renouvelable
Pétrole (Pic pétrolier) • Gaz (Pic gazier) • Charbon • Énergie nucléaire
Énergie renouvelable
Biomasse • Déchets • Éolienne • Géothermique • Hydraulique • Marine • Solaire
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