III. - Université de Caen
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W3.1 Enquête au niveau des partenariats : éléments clés de la pertinence d’un bâtiment La coordination de ce rapport: Responsable du projet : Ahmed RACHID Participants : Khaled CHAFFAR Mustapha AIT RAMI Saïda FLILA Organismes collaborateurs: L’Université de Picardie Jules Verne (UPJV) Rapport préparé comme un livrable pour le projet INTERREG IV France (Manche) – Angleterre, Ecotec21. Plus des informations sur le projet INTERREG IV France (Manche) – Angleterre Manche, Ecotec21: http://www.chbg.unicaen.fr/ecotec21/?lang=en Plus des informations sur le programme Interreg IV France (Manche) – Angleterre: http://www.interreg4a-manche.eu/index.php?lang=en 2 Table des matières I. Introduction ............................................................................................................................... 5 II. Enquête au niveau partenarial ............................................................................................... 5 III. Critères de sélection des bâtiments adéquats aux systèmes de cogénération ........................ 8 IV. Conclusion ........................................................................................................................... 10 3 Liste des annexes Annexe 1 : Le questionnaire développé par l’équipe de l’UPJV Annexe 2 : Le questionnaire fourni par Amiens Métropole Annexe 3 : L’étude de dimensionnement d’Habitat du Littoral Annexe 4 : Le questionnaire fourni par Hampshire Country Council 4 I. Introduction Le présent rapport constitue le livrable WP3.1 du projet ECOTEC 21 dans le cadre du programme européen de coopération transfrontalière INTERREG IV France (Manche) – Angleterre, cofinancé par le FEDER. Il a pour but de développer un ensemble de critères qui prennent en charge la sélection de bâtiments appropriés pour les cogénérations aux biocarburants. Ce projet vise à améliorer l'efficacité énergétique par la promotion de la cogénération à partir de biomasse ou biocarburant. En effet, les moteurs de cogénération peuvent être alimentés par différents combustibles tels que le glycérol, les déchets agricoles et les déchets de bois. Parmi les buts d’ECOTEC 21, figurent des actions telles que recenser les combustibles disponibles, étudier leurs bénéfices énergétiques et sensibiliser les usagers. Ainsi, collecter des informations sur l'adéquation des bâtiments pour les systèmes de cogénération est une tâche primordiale. Afin de mettre en évidence les éléments clés de la pertinence d’un bâtiment avec une efficacité globale, il faut prendre en compte plusieurs aspects : le type d'occupation, la cohérence de la charge thermique, l'aménagement du bâtiment, le système existant du chauffage et d'eau chaude et les ressources énergétique optimales. En plus, avec l'expérience acquise, les partenaires ont développé des critères qui permettent la sélection de bâtiments appropriés pour les systèmes de cogénération, en se basant sur l’analyse des résultats du sondage et les études effectuées. Ce rapport est composé de deux parties : La première partie est consacrée à une enquête réalisée par les partenaires du projet. Afin de minimiser les coûts à un stade précoce du développement du projet, il s’agit d’identifier une taille préliminaire du système de cogénération, en se basant sur une estimation des charges thermiques, électriques et des horaires de demande sur le site. L’estimation des charges est souvent basée sur l'analyse de données disponibles (factures de consommation, informations sur le site,…). La deuxième partie est dédiée à l’ensemble des critères qui facilite la sélection de bâtiments appropriés pour les systèmes de cogénération. II. Enquête au niveau partenarial L’équipe UPJV a développé et soumis un questionnaire (voir Annexe 1) aux partenaires du projet qui envisagent d’installer les systèmes de cogénération aux biocarburants. Le formulaire est composé de quatre parties : - Les informations générales sur le site. - Les équipements techniques existants. - Les informations techniques pour l’intégration de l’unité de cogénération. - Les habitudes de consommation d’électricité et de carburant. Dans le cadre de WP3.1, trois comptes rendus ont été effectués: l’un d’Amiens Métropole (voir Annexe 2). Le second d’Habitat du Littoral (voir Annexe 3). Le troisième a été reçu d’Hampshire Country Council (voir Annexe 4). A partir des études et des informations fournies, l’UPJV a alors établi un modèle d’étude d’adéquation de bâtiments aux systèmes de cogénération (voir Annexe 1). 1. Collecte de données sur site Le questionnaire qui doit être rempli par le maître d’ouvrage est dans l’Annexe 1. Ce formulaire est composé par les étapes suivantes : 5 a. Description de l’établissement Afin de cerner le cadre de l’étude de faisabilité, la description de l’établissement sous étude est indispensable. Donc il s’agit de : - Déterminer l’affectation principale de l’établissement ainsi que ses activités, sa taille (nombre de bâtiments, nombres d’étages, appartements, chambres,…). - Préciser leurs lieux, le type de zone et l’emplacement. - Connaitre la position et l’orientation des bâtiments. - Savoir l’année de construction pour avoir une idée sur le niveau d’isolation. - Prendre une photographie aérienne des bâtiments. - Mesurer la surface utile du bâtiment qui sera utilisée pour le calcul des ratios en m². - Prendre en compte les rénovations ou les extensions éventuelles qui ont été réalisées sur le bâtiment (exemple : nouvelle isolation, nouvelles fenêtres…). - Connaitre les périodes d’occupation et d’inoccupation des bâtiments. - Préciser les horaires d’occupation pour chaque pièce ou chaque zone. b. Equipements techniques existants Il est également important de recenser : - Toutes les installations thermiques disponibles sur le site : chaudières classiques, module de condensation, chauffage électrique, pompe à chaleur, production d’eau chaude sanitaire, …. Les données techniques relatives aux installations existantes : nombre d’unités de production de chaleur, puissance, rendement,… Les types de combustible utilisés : gaz naturel, fioul domestique, bois, déchets agricoles. Les méthodes du contrôle des installations existantes. Par exemple, coupure pendant la nuit, coupure en été ou fonctionnement continu,… En ce qui concerne l’installation électrique, il s’agit de décrire : - Le type d’alimentation électrique (cabine HT ou BT, nombre d’entrée, nombre de sortie). - La taille de l’installation électrique (tension, puissance maximale admissible,..). - Les équipements annexes (équipements de mesures, batterie de condensation, groupe de secours,…). c. Informations techniques Les points techniques qui représentent soit des opportunités, soit des contraintes pour l’intégration de l’installation de cogénération permettent d'évaluer les éventuels surcoûts liés aux adaptations nécessaires pour assurer une bonne intégration de l’unité de cogénération. L’objectif de cette étape est d’évaluer l’intégration technique de l’unité de cogénération tant pour l’installation thermique qu’électrique. Il est donc primordial de vérifier : - L’emplacement disponible pour ajouter l’unité de cogénération. - Un éventuel stockage d’énergie. - L’espace disponible pour un éventuel stockage du combustible (bois, fioul, …). - La compatibilité de l’unité de cogénération avec l’armoire électrique existante et la distance qui les sépare. - La disponibilité ou non du système d’extraction des gaz d’échappement. - La connexion hydraulique du réseau de chauffage. d. Consommation énergétique 6 Il est important de connaitre les consommations de l’établissement étudié pour effectuer un dimensionnement optimal de l’unité de cogénération. Il s'agit d’identifier les consommations: - De chauffage et de refroidissement. - D’eau chaude sanitaire. - D’électrique des auxiliaires de chauffage ainsi que la ventilation et l’éclairage. On doit également: - Mesurer ou recueillir les consommations en distinguant les différents postes (Eau chaude sanitaire, chauffage, climatisation, …). Recueillir les conditions climatiques réelles. Caractériser le mode d’occupation du bâtiment. Pour obtenir les consommations énergétiques, on doit: - Mesurer les consommations réelles en posant des enregistreurs dans les bâtiments : installation de compteurs spécifiques pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire, et l’éclairage. Recueillir les données auprès des fournisseurs d’énergie (EDF, GDF, etc). Estimer la consommation : calcul basé sur les données statistique ou par extrapolation sur la totalité de l’année. Analyse des factures de consommation: Les consommations annuelles d’électricité, de combustible et leurs variations mensuelles peuvent être déduites des factures disponibles. Les informations qu’on peut déduire des factures de consommation de chaleur et d’eau chaude sanitaires sont : - Le fournisseur. le type de contrat. Le type d’énergie utilisé. Les consommations mensuelles sur les années étudiées. L’évolution des consommations et des coûts sur les années étudiées. Concernant l’électricité consommée, à partir de l’analyse des factures de consommations on peut déduire : - Le fournisseur. Le type de contrat et ses caractéristiques. Le bilan des consommations d’électricité sur les années étudiées. La répartition entre les différents postes de consommation. Mesure en temps réel: compteur intelligent: Plusieurs compteurs peuvent être installés dans un bâtiment existant ou sur un site. Ils permettent de déterminer la répartition des consommations entre les différents locaux, les équipements connectés au système de production et la distribution d’énergie. On note que la rentabilité de l'unité de cogénération sera conditionnée par son mode de fonctionnement. Les factures de consommation ne permettent pas de connaître les variations hebdomadaire et journalière de la consommation en chaleur et en électricité. Le tarif de l’électricité durant les heures pleines est élevé, il est donc important de savoir si durant ces heures, la chaleur et l’électricité produites par la cogénération pourront être profitable. Cependant, les variations hebdomadaires et journalières des consommations en électricité et en chaleur ne pourront être 7 obtenues de manière fiable et précise qu'après une campagne de mesures. Afin de prendre en compte tout les paramètres influençant les consommations, on peut collecter des mesures météorologiques. Mais, cela est difficilement réalisable pour une longue période. La mesure de l’énergie électrique est la plus facile à effectuer. Elle peut se faire de plusieurs façons : - Compteur intelligent « smart meter » : c’est un appareil sophistiqué qui permet une mesure en continu de la consommation électrique et la récupération des résultats pour un traitement des données. Ce compteur permet d’identifier en temps réel et de manière précise, la consommation énergétique d’un foyer, d’un bâtiment ou d’une entreprise, et la transmet par téléphone (ou par courants porteurs en ligne (CPL)) au gestionnaire des données de comptage. - Compteurs « communicants » : aident à produire des mesures sur la consommation réelle, à repérer des gaspillages, des pertes en ligne. Ils peuvent éventuellement informer sur les microcoupures ou les pertes dans le réseau électrique. III. Critères de sélection des bâtiments adéquats aux systèmes de cogénération Dans cette partie, on va évaluer une série des critères qui prennent en considération la sélection de bâtiments appropriés pour les systèmes de cogénération. D’après les études et les informations recueillies, il ressort que les éléments clés de la pertinence d’un bâtiment pour un système de cogénération peuvent se résumer comme suit : - Densité de flux d’énergie pour la cogénération On a besoin de collecter les détails des données de densité urbaine, ainsi que les mesures sur les sites spécifiques. En Angleterre, Energy Saving Trust suggère qu'au moins de 55 nouveaux logements par hectare sont nécessaires pour un système financièrement viable. En France, une étude récente du ministère de l'énergie et du changement climatique (DECC) suggère une densité de flux d’énergie de 3000 KW par kilomètre carré par an. Les zones densément peuplées telles que les centres villes, les développements résidentiels de haute densité ou des groupes de grands consommateurs d'énergie dans les zones industrielles sont bien adaptés pour le chauffage urbain CHP. - Niveaux de la demande de chaleur qui seront servi par cogénération Cela concerne l’âge, l'efficacité énergétique et le type d'occupation du bâtiment. Les bâtiments anciens ont tendance à avoir une demande de chaleur plus élevée, même si cela peut être réduit par l'isolation et d'autres améliorations. L'échelle d'un projet de cogénération peut être déterminée par la demande de chaleur totale des utilisateurs à être raccordés au réseau de chaleur de la cogénération. - Modèles de demande de chaleur appropriées pour la cogénération Le modèle concerne le type de bâtiment et les heures d'occupation au cours de la journée. On note que la demande de chaleur constante est le mieux pour le confort. Cependant, dans la plupart des cas, la demande de chaleur fluctue au cours de la journée et durant l'année. Ainsi, la demande de chaleur dans les maisons et les propriétés commerciales a tendance à être "spikey" aux heures de pointe. Pour la cogénération à grande échelle, la demande de chaleur peut être "lissée" si les types de bâtiments sont reliés au réseau de chauffage communautaire. En règle générale, pour la cogénération à grande échelle (en particulier dans un contexte de chauffage collectif), les densités 8 de chaleur de 3000 KWh par kilomètre carré par an sont nécessaires pour rendre la cogénération viable. - Espace pour intégrer la cogénération On doit se fixer un espace suffisant pour l'installation de la cogénération et l'infrastructure connexe. L'espace disponible aura des répercussions sur l'échelle du système et la source de combustible choisi. Par exemple, la biomasse nécessite un espace de stockage, tandis que le gaz naturel peut être alimenté par le réseau de gaz, le cas échéant, ne nécessitant pas de stockage de carburant sur place. Par ailleurs, il doit exister un accès suffisant à des fins d'entretien et d’incorporation des équipements auxiliaires. En plus, on doit disposer d’un espace de stockage : combustible supplémentaire, lubrifiants et d'autres articles qui sont nécessaires pour une exploitation efficace de l'installation. Nous insistons sur le fait que pour une cogénération à grande échelle, l'espace réelle dépend de la capacité de production et de la technologie sélectionnée. Par exemple, pour une installation de 40 MW, il faudrait environ 4000 m2. Dans le cas des projets de nouvelles constructions, l'aménagement du site a besoin d'intégrer environ 40m2 pour la chaufferie (basé sur une installation de 60 kW). - Barrières physiques Parmi les barrières physiques : les lignes de chemin de fer, les routes principales, les canaux, les rivières, les grands bâtiments et les sites archéologies. Bien qu’un moyen de contourner ces barrières puisse être trouvé, il est susceptible d'augmenter les coûts du projet et peut même faire un projet non viable. Les barrières internes aux bâtiments existants constituent une autre contrainte. En cas de la rénovation, par exemple, une unité de cogénération s'intégrera dans la chaufferie existante. Cependant, dans d’autre cas, il est aussi nécessaire de veiller à ce qu'il y ait la place pour l'équipement et la tuyauterie supplémentaire. - Site de cogénération viable pour une extension Dans le futur, nous aurions besoin de recueillir des données suffisantes sur l'efficacité énergétique et les stratégies d’organisation des bâtiments. Par exemple, pour des logements existants, est-il prévu l'isolation et le double vitrage ? Il faut donc s’assurer dans l'avenir : - Qu’il y a un espace pour les installations supplémentaires pour couvrir l'extension future du réseau. Qu’il y a possibilité de remplacer l’unité de cogénération et installer de nouvelles technologies, telles que les piles à combustible ou la cogénération à biomasse. Que la tuyauterie est bien dimensionnée pour permettre l'extension future du réseau. Techniques de planification et exigences réglementaires L’installation d’une centrale de cogénération raccordée à une installation industrielle est réglementée par la nouvelle directive IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control). Cette directive est Il relative à la prévention et à la réduction intégrée de la pollution. Des conseils règlementaires peuvent être obtenus auprès du régulateur approprié, généralement par l’agence de l’environnement. - Impact du bruit Bien que la plupart des moteurs de cogénération et de turbines à gaz soient fournis avec des enceintes acoustiques, le bruit est inévitable. Comme l’installation peut fonctionner presque 9 continuellement, il faut veiller à ce que son emplacement minimise l'impact du bruit. - Efficacité énergétique du bâtiment Il est important que les bâtiments envisagés aient un niveau raisonnable d'efficacité énergétique, sans quoi le système de cogénération aura une grande perte énergétique. Il est donc important que les bâtiments existants soient bien isolés. - Contrats d’énergie existants On doit être informé sur les marchés de l'énergie et les types de contrats. Les contrats à long terme peuvent affecter la viabilité financière d'un système de cogénération. On doit cibler un bon contrat pour récupérer l'investissement en termes d'économies d'énergie. - Chaine d’approvisionnement en combustible fiable Il est important de s'assurer que le système de cogénération a accès à un approvisionnement fiable et rentable du combustible choisi. En particulier, si ce combustible n'est pas actuellement approvisionné sur le site et par exemple, on passe du pétrole au gaz naturel, il faut vérifier qu'il y a un réseau de gaz naturel disponible. Aussi, si on a l'intention d'utiliser la biomasse, il faut vérifier qu'il y a un fournisseur à un prix raisonnable qui propose un approvisionnement durable et sécurisé. Pour plus de détails à ce sujet, se référer au WP3.4. - Raccordement de la cogénération au réseau national Pour une micro/mini cogénération, une bonne connaissance sur les règlements de raccordement au réseau d'électricité est nécessaire. Ces règlements exigent que l'opérateur du réseau de distribution (GRID) soit informé sur le raccordement. Pour les cogénérations à grande échelle, une demande doit être faite au GRID pour la connexion. Le site doit être situé à proximité du point de raccordement au réseau afin de réduire les coûts du câblage. - Infrastructure du site appropriée pour la cogénération L'installation de cogénération doit être bien située et bien positionnée afin que la chaleur récupérée puisse être fournie sans perte à l'utilisateur final. Pour maximiser la rentabilité, on doit tenir compte de la connexion potentielle des bâtiments situés aux limites et à l'extérieur du site. L’installation d'une centrale de cogénération pour servir un certain nombre de bâtiments existants est susceptible d'être difficile en raison de la nécessité d'un réseau de distribution. Dans ce cadre, les éléments importants à prendre en considération sont: IV. Droits de connexion. Réseaux de distributions. Mise en place. Respect de l’infrastructure extérieure. Conclusion L’étude proposée est la première étape à réaliser avant de prendre une décision pour l’installation d’un système de cogénération. Il s'agit de prendre en compte les éléments clés de la pertinence d’un bâtiment dans les contextes de ressources optimales, de rentabilité et d’efficacité globale. L’étude de l’adéquation des bâtiments des systèmes de cogénération est utile pour déterminer : le type d'occupation, la cohérence de la charge thermique, l'aménagement du bâtiment et du chauffage existant, ainsi que le système d'eau chaude sanitaire. 10
