Fiche de lecture

Présentation du projet
Le projet étudié est implanté en Savoie, sur la commune de la Ville d’Ugine.
La Mairie de la Ville d’Ugine, convaincue de l’intérêt public et environnemental de la mise en
place d’un réseau de chaleur sur sa commune, a souhaité réaliser une étude de faisabilité
pour la création d’un réseau de chaleur, alimenté par une chaufferie biomasse.
Le choix d’une chaufferie biomasse s’inscrit dans une politique plus large de la Mairie de
soutien au développement de la filière bois à Ugine.
Le bureau d’études S2T a été mandaté pour mener cette étude, afin de connaître la
faisabilité technique et économique de la création de ce réseau de chaleur.
L’étude repose sur différentes étapes :
- Le calcul des besoins en chauffage et eau chaude sanitaire
sanitaire des abonnés potentiels
- Le choix de l’implantation de la chaufferie et le tracé du réseau
- Le dimensionnement du réseau et des équipements de production thermique
- L’analyse environnementale du projet
- Le calcul des charges d’exploitation des installations actuelles des bâtiments
- L’estimation des coûts d’investissement et d’exploitation du réseau de chaleur
Le réseau étudié est représenté sur la figure 1 :
Figure 1 : Tracé du réseau de chaleur
Etudiante : RAGUIDEAU Aude
Tutrice : HUZE Marie-Hélène
Hélène
Création d’un réseau de chaleur
Mai 2011
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Bâtiments intégrés dans le périmètre de raccordement
Les bâtiments pris en compte dans l’étude sont à usage varié :
- Bâtiments appartenant à l’Office Publique d’HLM d’Ugine (individuels et collectifs),
- Bâtiments communaux : installations culturelles, sportives, Maison de l’Enfance
- Bâtiments scolaires : collège et lycée
- Centre aquatique
Soit au total, 44 bâtiments. Dans certains cas, plusieurs bâtiments seront raccordés sur une
même sous-station, ramenant le nombre de sous-stations à 38.
Les installations actuelles de production thermique de ces bâtiments sont très disparates.
Beaucoup de bâtiments sont chauffés avec une chaudière individuelle au gaz par logement.
D’autres sont chauffés électriquement ou bien depuis une chaufferie collective au gaz.
L’implantation de ces différents bâtiments est représentée sur la figure 1, page 1.
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Besoins des abonnés
Une étude précédemment menée par le bureau d’études AD Environnement avait permis
l’établissement d’audits énergétiques de l’ensemble des bâtiments communaux et de l’Office
HLM d’Ugine.
Ces audits renseignent sur les caractéristiques des bâtiments et leur production thermique :
surfaces, affectation des locaux, nombre de logements, mode de production thermique,
consommations de chauffage.
La consommation en énergie utile de chaque bâtiment a ainsi pu être déterminée.
Pour les bâtiments communaux et scolaires ainsi que la piscine, des relevés de
consommations sur trois années ont été transmis. Les consommations facturées ont été
pondérées aux degrés jours unifiés (DJU) sur l’année, ramenées aux DJU trentenaires. Ces
factures permettent une analyse des consommations plus précise qu’en utilisant les
informations des audits énergétiques.
Afin de minimiser les coûts de raccordement des bâtiments, l’alimentation en eau chaude
sanitaire depuis le réseau de chaleur concerne uniquement les bâtiments possédant
actuellement une installation de production d’eau chaude sanitaire collective.
Ainsi, le périmètre de raccordement au réseau de chaleur démontre des besoins
énergétiques de 8 691 [MWh/an], la production d’ECS ne représentant que 13% de ces
besoins totaux.
A partir de ces consommations énergétiques, les puissances maximales appelées par
chaque bâtiment ont été calculées depuis un outil Excel développé par S2T. Ce logiciel
fournit l’appel de puissance par pas horaire. Les besoins totaux du réseau démontrent un
appel de puissance maximal à hauteur de 4 773 [kW].
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Implantation de la chaufferie
Initialement, un emplacement pour la chaufferie a été prévu par la Ville d’Ugine. Suite à une
visite sur site, il a été observé que ce terrain ne dispose pas d’espace suffisant pour
accueillir la chaufferie. Un autre emplacement a été repéré et retenu dans la suite de l’étude.
L’implantation de la chaufferie est représentée par un carré bleu sur la figure 1.
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Tutrice : HUZE Marie-Hélène
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Tracé du réseau
Le tracé du réseau a été défini de manière à optimiser la longueur de canalisations et
privilégier les zones meubles, afin de minimiser le coût financier des travaux. De même, le
tracé du réseau évite les passages en propriété privée.
Afin de valider le tracé du réseau, la densité thermique de chaque tronçon a été étudiée.
Cette donnée permet d’indiquer la pertinence du raccordement de chaque bâtiment, en
calculant la quantité de chaleur acheminée par mètre linéaire de conduite.
La longueur totale du réseau est estimée à 3 379 [ml], soit 6 758 [m] pour l’aller et le retour.
L’architecture du réseau est représentée sur la figure 1.
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Dimensionnement du réseau
Les conduites du réseau sont en acier et acheminent de l’eau à 90 [°C] au départ et 70 [°C]
au retour, soit une différence de température entre le départ et le retour du réseau de 20[K].
Les canalisations du réseau de chaleur sont dimensionnées en sommant les puissances
maximales appelées par chaque sous-station, avec un coefficient de surpuissance de 20%.
Le foisonnement de la demande d’énergie entre les différents bâtiments n’est donc pas pris
en compte dans le dimensionnement du réseau.
Cette marge permet d’anticiper une augmentation des besoins des bâtiments et le
raccordement éventuel d’autres bâtiments, une fois le réseau réalisé. Le
surdimensionnement des conduites se traduit par des diamètres plus importants, et donc des
pertes de charges revues à la baisse, ce qui est favorable pour le fonctionnement du réseau
puisque les pompes consommeront moins d’énergie électrique.
S2T dispose d’un outil logiciel développé en interne sous Excel permettant de calculer les
caractéristiques d’une conduite à partir de la puissance qu’elle doit acheminer. Les données
de sortie sont le diamètre nominal (DN), le débit, la vitesse et les pertes de charge.
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Dimensionnement de la chaufferie
Le dimensionnement de la chaufferie nécessite le calcul de la puissance maximale appelée
en production.
La puissance maximale appelée en production a été calculée à partir des puissances
appelées par chaque bâtiment, par pas horaire. Le calcul de la puissance maximale appelée
par la chaufferie tient compte du foisonnement de la demande mais également des pertes
thermiques du réseau. L’étude considère un fonctionnement de la chaufferie tout au long de
l’année afin de pouvoir couvrir les besoins estivaux d’eau chaude sanitaire.
Précédemment, la puissance maximale appelée par l’ensemble des bâtiments a été calculée
à 4 773 [kW]. En prenant en compte le foisonnement de la demande ainsi que les pertes
thermiques du réseau, la puissance maximale appelée en production s’élève à 4 953 [kW].
Les consommations énergétiques associées valent 9 196 [MWh/an], au lieu de
8 691 [MWh/an] calculé initialement.
6.1 Chaufferie bois
La chaudière bois ne peut assurer à part entière l’ensemble des besoins thermiques tout en
conservant de bonnes caractéristiques de fonctionnement. Un appoint au gaz a été retenu.
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La chaudière bois est utilisée en base, un appoint étant requis lorsque la puissance appelée
est :
- supérieure à la puissance maximale que peut fournir la chaudière bois.
- inférieure au minimum technique de la chaudière bois, estimé à 25% de sa
puissance nominale.
La puissance de la chaudière bois à installer a été déterminée, sous Excel, de telle sorte à
obtenir un taux de couverture optimal.
Le taux de couverture optimal, d’une valeur de 88%, est atteint pour un dimensionnement de
la chaudière bois à 55% de la puissance totale appelée, soit 2 700 [kW]. La chaudière bois
pourra ainsi couvrir 8 054 [MWh/an] sur les 9 196 [MWh/an] totaux.
6.2 Appoint
La mise en place d’un appoint permet d’assurer un secours en cas de maintenance ou
dysfonctionnement et de couvrir les pointes d’appel de puissance tout en optimisant les
caractéristiques de fonctionnement de la chaudière bois.
Une solution de chaufferie d’appoint centralisée au gaz a été retenue.
Afin de pouvoir couvrir les besoins d’ECS en été, une chaudière gaz de 250 [kW] est
retenue. L’appoint et le secours sont assurés par deux chaudières gaz de 2 500 [kW]
unitaires. Cette configuration permet d’assurer une redondance au niveau de la production.
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Impact environnemental
Afin d’apprécier l’impact environnemental de la situation avec réseau de chaleur par rapport
à la situation de référence considérée, c’est-à-dire avec les installations thermiques
existantes dans les bâtiments, une estimation des émissions de CO2 par an a été effectuée.
Les hypothèses retenues pour le calcul des émissions de CO2 sont les suivantes :
- Pour le bois : Emissions nulles
- Pour le gaz : 185 [gCO2/kWhPCS]
- Pour l’électricité : 180 [gCO2/kWh] en hiver et 40 [gCO2/kWh] en été.
Les émissions de CO2 de la situation de référence sont estimées à 2 074 [tCO2/an]. La
situation avec réseau de chaleur alimenté depuis une chaufferie bois/gaz aurait un impact
environnemental réduit à 261 [tCO2/an]. La situation étudiée est donc nettement avantageuse
d’un point de vue environnemental par rapport à la situation existante.
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Coût de référence de la chaleur
Afin de pouvoir comparer le coût de la chaleur délivrée par le réseau de chaleur, un coût de
référence de la chaleur est estimé.
Le coût de référence de la chaleur tient compte des charges liées à l’énergie (P1), à
l’exploitation et à la maintenance des équipements (P2) et au gros entretien et
renouvellement des équipements (P3).
Le poste P1 est calculé en appliquant les tarifs en vigueur pour le gaz et l’électricité. Pour les
postes P2 et P3, les coûts ont été estimés à partir de ratios utilisés par S2T.
A partir de l’estimation des charges liées aux postes P1, P2, P3, le coût de référence de la
chaleur peut être établi.
Le coût moyen sur l’ensemble du périmètre est estimé à 75,86 [€ HT/MWh], sans tenir
compte de l’amortissement des installations. Le coût actuel de revient de la chaleur est
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assujetti à une TVA de 19,6% sur la fourniture de gaz, et 5,5% sur l’abonnement gaz et les
charges P2 et P3. Ainsi, le coût toutes taxes comprises s’élève à 89,5 [€ TTC/MWh].
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Comparaison des charges d’exploitation entre les deux solutions
Les charges d’exploitation du projet sont estimées à 407 000 [€/an], le poste P1 représentant
environ 65% des dépenses d’exploitation. En parallèle, la situation de référence souligne des
charges d’exploitation nettement plus fortes, avec un budget annuel de l’ordre de
659 000 [€HT].
Dans la configuration actuelle, le poste P1 représente 92% des dépenses, ce qui s’explique
d’une part par la cherté des énergies actuellement utilisées (gaz, électricité), et d’autre part
par le faible entretien des chaudières gaz individuelles.
Ainsi, le projet de chaufferie bois avec la création d’un réseau de chaleur se traduit par une
économie annuelle de 252 000 [€HT]. A l’exploitation, la situation bois énergie est donc
nettement favorable.
10 Investissement du projet
L’investissement global du projet est estimé à 6 580 000 [€HT], réparti entre les principaux
postes de dépenses : la chaufferie bois/gaz, le réseau, les sous-stations et autres (études,
maîtrise d’œuvre…). Le temps de retour brut de cet investissement est estimé à 26,1 ans.
Pour ce type d’investissement, l’ADEME accorde des subventions, dans le cadre du Fonds
Chaleur. Le montant de ces aides est estimé à 2 786 354 [€HT]. En tenant compte des
subventions, le temps de retour brut est estimé à 15 ans.
Afin de juger la compétitivité de la solution bois énergie, le taux de rentabilité interne (TRI) a
été calculé. Cet indice correspond au rapport de l’investissement du projet sur l’économie de
charges d’exploitation. Pour être rentable, un projet de ce type doit présenter un TRI d’au
moins 7 ou 8%.
La rentabilité du projet a été calculée en supposant que le prix de vente de la chaleur serait
maintenu au prix actuel, soit 89,5 [€ TTC/MWh]. Ce prix intègre les coûts P1, P2, P3 de
raccordement au réseau de chaleur.
Une société investit et exploite le réseau de chaleur sur 20 à 25 ans, suivant le contrat
d’exploitation. Seule la marge entre le prix de vente et les charges lui permet de compenser
son investissement et de se rémunérer.
Le TRI vaut 1,84%, ce qui est insuffisant pour compenser les risques du projet et permettre
la rémunération de l’exploitant. Le projet n’est donc pas rentable.
Afin d’améliorer la rentabilité économique du projet, il est nécessaire de diminuer les coûts
d’investissement sur le réseau. La densité thermique du réseau doit être améliorée, en
minimisant les longueurs de conduites ou en raccordant d’autres bâtiments, ou encore en
raccordant uniquement les bâtiments pertinents.
11 Poursuite du projet
A l’heure actuelle, le projet est en discussion à la Mairie de la Ville d’Ugine, pour
éventuellement revoir à la baisse le périmètre de raccordement et se focaliser uniquement
sur les bâtiments fortement consommateurs d’énergie et géographiquement proches.
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