Optimiser les systèmes de chauffage urbain

Baisser la température des réseaux de chauffage urbain
La gestion du chauffage urbain

Les systèmes de chauffage urbains sont un moyen très efficace d'alimenter des bâtiments en chauffage. Ils peuvent même se révéler plus efficaces encore si la température des réseaux est diminuée. Ces systèmes sont utilisés au Danemark et dans d'autres pays depuis plus d'un siècle. Au lieu d'un système où chaque bâtiment dispose de sa propre source de chaleur, dans un système de chauffage urbain, l'eau est chauffée dans une centrale à une température donnée puis redistribuée à de nombreux bâtiments via un réseau de canalisations, permettant ainsi des économies d'échelle. Une fois la chaleur transférée au bâtiment, l'eau refroidie retourne à la centrale via le réseau pour y être à nouveau chauffée.

Thomas Andreas Østergaard

Baisser la température
Les entreprises de services d'intérêt économique général ont donc commencé à baisser la température dans les réseaux de chauffage urbain, économisant de l'énergie en exploitant le réseau à une température plus basse. Cette mesure a entraîné une réduction des pertes de chaleur au sein du réseau, réduisant du même fait les émissions de CO². Jusqu'à très récemment, la température des réseaux étaient baissée de façon progressive car il était difficile de la faire baisser de façon systématique.

La gestion des réseaux urbains
L'un des moyens à disposition pour gérer la température au sein de réseaux de chauffage urbain est le recours à des logiciels avancés de simulation des réseaux urbains d'énergie tels que TERMIS. Lire l'interview (cliquer sur l'onglet « Interview  : les avantages de TERMIS » ci-dessus) de Thomas Østergaard, responsable principal projet et marché chez COWI et expert TERMIS. Ce logiciel permet de combiner des informations issues de systèmes SCADA (des systèmes de contrôle et d'acquisition de données) avec des données concernant les réseaux de canalisation et les consommateurs, résultant en un modèle informatique capable de calculer le comportement d'un réseau complet en temps réel.

PHOTO : Thomas Østergaard, responsable principal projet et marché, COWI

Il peut également simuler et prendre en compte d'autres éléments relatifs au réseau de chauffage urbain, dont des facteurs et variables tels que  :

• la pression, la température et le débit au sein du réseau
• les températures extérieures et la vitesse du vent prévues
• le comportement de gros consommateurs
• les tarifs actuels de l'électricité
• les limites à des points critiques du réseau

Muni de toutes ces informations disponibles en temps réel, l'opérateur peut prévoir la consommation d'énergie avec une grande précision et baisser ainsi la température du réseau au minimum nécessaire.

Appréhender les 80 % restants du système
La plupart des réseaux de chauffage urbain disposent déjà d'un système SCADA leur permettant de surveiller et de contrôler la température et le débit au sein du réseau. Cependant, une fois que l'eau chaude est injectée dans le réseau, un système SCADA ne peut que surveiller le réseau en contrôlant le débit de retour.

Ce système ne permet pas de dire à l'opérateur comment le réseau se comporte ni pourquoi il se comporte de cette manière. Sachant que le réseau de distribution représente 80 % des coûts d'investissement et d'exploitation, il est très probable que l'opérateur puisse réaliser des économies substantielles s'il parvient à modeler avec précision le réseau et son comportement.

Autres avantages
Ce type de système permet de se faire une idée réaliste du réseau ; les opérateurs peuvent ainsi développer des stratégies d'exploitation et améliorer leur efficacité générale. Un système tel que TERMIS permet à l'opérateur de simuler des scénarios d'exploitation de réseaux de canalisation,  depuis des réseaux simples comprenant des conduites d'adduction jusqu'à des réseaux complexes intégrant des boucles, de nombreuses centrales, échangeurs thermiques, pompes, vannes et autres composants.

Pour en savoir davantage sur TERMIS et les systèmes de chauffage urbains, nous avons discuté avec Thomas Østergaard, responsable principal projet et marché chez COWI. Il a une grande expérience du système TERMIS dont il a géré l'installation et l'exploitation pour COWI, l'un des principaux groupes d'experts-conseil danois employant près de 6,200 salariés et actif depuis plus de 80 ans.

Cliquer sur l'onglet ci-dessus (Interview : les avantages de TERMIS) pour en apprendre davantage sur le sujet.

Interview : les avantages de TERMIS

TERMIS a déjà été installé sur plus de 500 sites à travers le monde. Thomas Østergaard de chez COWI explique les avantages de l'optimisation de la température dans les réseaux de chauffage urbain permise par TERMIS.

Quels avantages apporte TERMIS ?

Thomas Østergaard : Jusqu'à présent, les réseaux de chauffage urbain étaient exploités en maintenant une température fixe au sein du réseau. Celle-ci devait être suffisamment élevée pour assurer aux consommateurs un chauffage suffisant à tout moment. Cependant, la recherche en matière d'économie d'énergie avançant, l'optimisation de l'exploitation de ces réseaux est arrivée sur le devant de la scène. L'une des méthodes d'optimisation possible est la réduction de la température de l'eau au sein du réseau.

Actuellement, TERMIS est à la fois le plus à la pointe et le plus répandu des systèmes d'optimisation de la température au monde. D'un point de vue opérationnel, il possède un certain nombre d'avantages car un réseau de chauffage urbain est un système très dynamique. Nul réseau n'est semblable à un autre , et les facteurs les différenciant sont nombreux : longueur et diamètre des canalisations, isolation, types de consommateurs ainsi que leurs installations, méthodes de production de la chaleur...

Avec TERMIS, l'opérateur peut à tout moment surveiller le système en temps réel et évaluer son fonctionnement pour trouver comment l'exploiter de la façon la plus rentable. Bien entendu, il s'agit d'un logiciel complexe.

Pour l'installer, l'opérateur doit déjà bien connaître son réseau et disposer d'une organisation capable de surveiller le système, en plus de données fiables, d'un système SCADA et de renseignements détaillés sur le réseau. Il s'agit cependant du moyen le plus avancé dont nous disposons pour baisser la température d'un réseau de chauffage urbain.

La vue d'ensemble du système qu'il propose a atteint une telle précision que même au Danemark, où la température a déjà pu être diminuée au sein des réseaux depuis de nombreuses années, il offre un potentiel d'économies à réaliser. En dehors du Danemark, le potentiel d'optimisation des températures des réseaux et donc d'économies est énorme.


Nul réseau n'est semblable à un autre , et les facteurs les différenciant sont nombreux : longueur et diamètre des canalisations, isolation, types de consommateurs ainsi que leurs installations, méthodes de production de la chaleur, etc.

Thomas Østergaard, responsable principal projet et marché, COWI

On peut également l'utiliser pour localiser et analyser les ruptures de canalisations et autres problèmes du réseau. Lorsque l'on souhaite apporter des modifications au réseau, TERMIS peut être utilisé comme outil de planification par les ingénieurs-conseil, leur offrant un niveau de précision et un éclairage sur la situation que nul autre outil ne peut apporter.


Jusqu'à présent, les réseaux de chauffage urbain étaient exploités en maintenant une température fixe au sein du réseau. Celle-ci devait être suffisamment élevée pour assurer aux consommateurs un chauffage suffisant à tout moment.

Thomas Østergaard, responsable principal projet et marché, COWI

Y a-t-il une température minimale à maintenir au sein d'un réseau ?

Thomas Østergaard : Il existe en fait deux températures minimales : une d'hiver, plus élevée, correspondant à la température minimale nécessaire pour chauffer les bâtiments, et une d'été, plus basse, dépendant de la demande en eau chaude pour les autres usages. Dans un réseau de chauffage urbain moderne et optimisé, il est possible de baisser la température aux alentours de 55 °C (131 °F) pendant l'été.

La température minimale est déterminée non seulement par la demande en eau chaude ainsi que par la structure et le débit du réseau, mais également par la réglementation en matière de sécurité appliquée à l'eau. Du fait des risques liés aux légionelles et autres bactéries, proliférant à une température inférieure à 50 °C, la température de production d'eau chaude pour les douches et bains et autres usages doit être maintenue au-dessus de 50 °.

De combien la perte de chaleur peut-elle être réduite ?

Thomas Østergaard : Tout dépend de votre point de départ. Si vous prenez un réseau de chauffage urbain dans lequel la température n'a pas du tout été optimisée, vous ferez de plus grandes économies que celles réalisées au Danemark. Dans ce pays, où la température des réseaux a été baisée au fil des ans pour se conformer à la réglementation, les économies tournent en général autour de 10 %. Dans d'autres pays, le potentiel d'économie est bien plus élevée.

Pour un réseau de chauffage urbain de grande ampleur, TERMIS permet un retour sur investissement très rapide, de l'orde de -1.5 ans. Il peut également aider les entreprises proposant des services d'intérêt économique général situées au Danemark ou dans d'autres pays européens, à se conformer aux exigences toujours plus strictes conditionnant les économies d'énergie. Et bien entendu, il peut également aider à réduire la facture d'autres consommateurs d'énergie urbaine tels que les campus.

La taille du réseau de chauffage urbain est-elle limitée  ?

Thomas Østergaard : Non. Le plus grand réseau se trouve à Moscou, ville comptant plus de 11 millions d'habitants. Il existe cependant une limite inférieure déterminée par la densité de population. S'il doit desservir trop peu de personnes ou si celles-ci vivent trop éloignées les unes des autres, un réseau de chauffage urbain est trop coûteux et le mettre en place n'est pas raisonnable. Il s'agit d'une solution pour les zones urbaines.


Chauffage urbain : faits et chiffres

En matière de chauffage urbain, le Danemark est l'un des pays phare. La première centrale de chauffage urbain y a été construite en 1903, et aujourd'hui, ce sont 63 % des foyers qui sont approvisionnés par ce type de réseau. Il existe 460 centrales de chauffage au Danemark, faisant appel à des sources d'énergie telles que l'incinération de déchets, les éoliennes, la biomasse et l'énergie géothermique. L'un des avantages majeurs du chauffage urbain est qu'il peut puiser son énergie de sources multiples, dont des sources d'énergie renouvelable, et les combiner.

Une centrale de chauffage alimentant un réseau urbain au Danemark

Part de chauffage urbain par habitant dans les autres pays (source  : Euroheat & Power) :

Islande 99  %
Lettonie 64 %
Danemark 63 %
Suède 42 %
Pologne 40 %
Roumanie 23 %
Allemagne 14 %
Corée 12 %
France 8 %

À travers toute l'Europe, la part de production de chauffage revenant au chauffage urbain est inférieure à 10 %.

PHOTO : Une centrale de chauffage alimentant un réseau urbain au Danemark

À propos de Grundfos et du chaufage urbain
Grundfos a fourni de nombreuses pompes pour les réseaux de chauffage (et de climatisation) urbains, non seulement en Europe mais également en Amérique du nord, en Asie et dans d'autres pays. Les pompes Grundfos sont employées à tous les niveaux des réseaux de chauffage urbain, des pompes intégrées aux conduites jusqu'aux pompes monocellulaires, et des pompes à corps séparé aux pompes multicellulaires et aux pompes de dosage. Grundfos fournit également des systèmes de contrôle ainsi que des outils d'asistance.

Pour en apprendre plus sur le sujet, cliquez ici

 





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