Branchement géré ou non
3.4 Le réseau de chauffage à distance (CAD)
Définitions
Critères d’implantation et de développement d’un réseau de chauffage à distance (CAD) L’implantation d’un réseau de chauffage à distance ne peut s’effectuer que sur la base d’une étude statistique et économique très poussée, des besoins en énergie de quartiers ou de zones où la consommation est suffisante pour justifier une telle infrastructure. Cette distribution d’énergie doit être complémentaire à d’autres réseaux, mais en aucun cas concurrentielle. En outre elle doit être établie sur l’étude prospective du développement de la cité.
Le rapport de la vente d’énergie par rapport aux coûts de production et des infrastructures est déter-minant. En effet, celui-ci est complexe et dépend du prix de l’énergie primaire utilisée (voir étude N° 37 de l’Office Fédéral de l’Energie : «Principes tarifaires du chauffage à distance»).
Les autres critères à considérer découlent directement de l’analyse des inconvénients et avantages du CAD.
Généralement ce sont pourtant les principaux avantages qui l’emportent selon une étude de l’appréciation du chauffage à distance de l’OFEN de janvier 1981 l’on peut les énumérer comme suit : 1. Possibilité de diversification par le recours à des
agents énergétiques variés, plus grande sécurité d’approvisionnement, relatives insensibilités aux fluctuations du prix d’un agent donné.
2. Possibilité de mettre en œuvre les énergies inutilisables autrement (par exemple le bois), ou l’incinération des déchets.
3. Possibilité d’améliorer le rendement des centrales thermiques.
4. Possibilité de contribuer à la substitution du pétrole.
5. Possibilité de contribuer à réduire la pollution de l’environnement.
Pour l’implantation d’un réseau de chauffage à dis-tance, les recommandations provisoires de l’OFEN étaient en 1987 les suivantes :
– Population normale 10 000 habitants – Densité de population 4 000 hab/km2 Figure 3.27 : Plan directeur Martigny; desserte CAD.
2
Figure 3.28 : Réseau CAD (La Chaux-de-Fonds).
Figure 3.29 : Compteur d’eau chaude: courbe d’erreur en fonction du débit.
6. Possibilité de produire de l’électricité d’origine thermique grâce à la valorisation des pertes pour le chauffage.
Il faut aussi tenir compte des inconvénients : 1. Grands investissements préalables et absence de
rentabilité initiale.
2. Perte au transport et à la distribution de chaleur.
3. Vulnérabilité en temps de guerre.
Chaque cas peut comporter d’autres avantages ou inconvénients qu’il s’agit d’apprécier avec soins.
Température de distribution
Dans la conception d’un réseau de chauffage à distance, le choix de la température des fluides caloporteurs est très important au niveau des pertes de chaleur lors du transport. Afin de minimiser les pertes, l’eau doit être distribuée à une température la plus basse possible, et ceci avec le plus faible débit possible, c’est-à-dire avec une différence de température importante entre l’aller et le retour.
Dans les quartiers anciens ou lorsqu’il y a des de-mandes industrielles de vapeur ou de chaleur à haute température, la distribution peut se faire avec de l’eau surchauffée dont le température aller est de l’ordre de 130° C. Des conduites préisolées, desti-nées à être enterrées et ne nécessitant plus de cani-veaux ni de chambres, existent sur le marché pour une température normale de 130 à 135° C.
Pour un réseau desservant uniquement des cons-tructions modernes ne comportant que des utilisa-teurs de chaleur à basse température (50-60° C), des températures de réseau inférieures à 100° C suffisent
Figure 3.30 :
Exemple de courbe de départ pour le chauffage urbain.
largement. Cependant dans le cas de création de réseaux dans des villes existantes où les installations de chauffage qui existent nécessitent une tempéra-ture d’utilisation de l’ordre de 70 à 80° C, celle-ci peut être augmentée jusqu’à 130° C en période hivernale et varie avec la saison jusqu’à environ 80° C pour l’été et ceci avec une température de retour de l’ordre de 70° C.
Ainsi, la chaleur doit être distribuée à la plus basse température possible et ceci avec la plus grande différence de température possible entre l’aller et le retour; de cette différence dépend le débit de fluide transporté et la dimension de la conduite.
Il faut encore considérer la possibilité d’utiliser les canalisations du réseau comme accumulateur, afin de limiter autant que possible les pointes de con-sommation lors de la mise en régime matinal des installations.
Production d’énergie Centrales de chauffe
Ces centrales ne produisent que de la chaleur, elles comportent plusieurs chaudières dont la puissance peut varier suivant l’importance du réseau et utilisent des combustibles classiques tels que : – charbon,
– gaz,
– mazout ou huile lourde (déconseillé), – bois, déchets,
– chaleur résiduelle d’industries, – usines d’incinération de déchets.
Centrales chaleur-force
Elles sont destinées en priorité à la production de chaleur, l’énergie électrique produite étant considé-rée comme un produit secondaire. Toutefois la demande d’électricité croît avec la demande de chauffage et la chaleur produite dans les pointes journalières peut être accumulée dans le réseau. Un dimensionnement adéquat permet donc d’utiliser au mieux les deux formes d’énergie produite.
Les pointes de puissance peuvent être prises en charge par les chaudières à eau surchauffée. Ce genre d’installation n’était utilisée autrefois que pour des puissances de chauffage de l’ordre de 100 MW et plus. A l’heure actuelle, de petites centrales chaleur-force sont réalisables à l’aide de moteur diesel ou turbine à gaz.
Centrales force-chaleur
Elles sont à peu près semblables aux précédentes;
cependant dans ce cas, la production d’électricité est Figure 3.31 : Comparaison de trois types de productions
d’énergie.
Figure 3.32 : Coupe de conduite.
prioritaire, et la chaleur résiduelle est utilisée pour le chauffage d’un réseau. Leur application principale concerne les turbines à gaz ou des groupes électro-gènes à moteur diesel.
Dans ces deux cas, les coûts de la production représentent la somme des coûts des producteurs de chaleur et d’électricité. Le maximum acceptable de ces coûts sera déterminé par les prix moyens de vente des deux énergies.
Les réseaux
Genre de réseaux – tracé
Le genre de réseau ainsi que le tracé dépendent essentiellement de la topographie de la cité. La construction du réseau doit être entre autre étudiée en prenant en compte les critères suivants :
– construction la plus rationnelle possible,
– passages dans les artères à grande circulation à éviter,
– coordination avec tous les réseaux existants, – les réseaux de distribution de chauffage
nécessi-tent des points pour l’évacuation de l’air et la vidange éventuelle.
Transport de la chaleur
Dans le transport de la chaleur, les systèmes suivants peuvent entrer en compte :
– conduites en caniveaux, – conduites aériennes, – conduites en tunnel,
– conduites téléthermiques enterrées (protégées par du sable).
Si tout concepteur peut rêver d’un tunnel ou d’une galerie technique pour la distribution d’énergie, son coût est élevé et ne peut se justifier que pour des installations importantes et coordonnées avec le passage d’autres installations. Les conduites aériennes sont peu esthétiques et ne peuvent être utilisées que dans des zones industrielles où leur passage peut être toléré.
Les caniveaux utilisés à ce jour, sont onéreux et posent nombre de problèmes de construction et d’étanchéité. La solution la plus intéressante est sans doute, la pose de conduites téléthermiques enterrées, constituées d’un tube de première quali-té isolé au moyen de polyuréthane injecquali-té à l’inquali-té- l’inté-rieur d’un tube de protection en polyéthylène; ces trois composites sont intimement liés et permettent un montage de prétention, sans compensation de dilatation ni point fixe, donc sans pont de froid. Bien que nécessitant un grand soin, leur montage est
No
Figure 3.33 : Organisation des données de composants de réseau CAD sous forme de fiches.
Figure 3.34 : Consommation hebdomadaire d’électricité pour les pompes du CAD de Martigny (de septembre 88 à mai 90).
pourtant aisé; le choix des accessoires, coudes, van-nes, etc., permet de réaliser des réseaux fiables. En outre ces conduites sont équipées d’un système de surveillance de l’étanchéité utilisant un fil de détec-tion relié à un système de contrôle, s’adressant aussi bien au tube qu’à l’isolation.
L’étude du réseau dépend des critères énoncés ci-dessus et nécessite, outre le tracé le plus avantageux, une étude sérieuse sur les possibilités de passage prenant en compte le handicap imposé à la circulation et les modifications éventuelles à apporter aux réseaux existants; en effet, le temps de montage comporte des travaux d’assez longue durée :
– autorisation de passage, – ouverture des fouilles,
– dégagement ou modification d’autres réseaux, – pose des conduites,
– radiographie de soudure, – essais hydrauliques, – enrobage de sable,
– remblayage et revêtement de la chaussée.
Un autre aspect important lors de la conception d’un réseau CAD est le choix du site de la centrale.
L’implantation de la centrale au centre du réseau est la plus favorable du point de vue technique et éco-nomique mais se heurte souvent à des problèmes d’ordre écologiques, voire de bruit, nécessitant sou-vent une implantation extérieure à la cité, qui modifiera fondamentalement les conditions écono-miques.