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Réseaux de chaleur et valorisation énergétique des déchets


La période récente a vu un regain d’intérêt pour les réseaux de chaleur, notamment grâce à l’opportunité qu’ils représentent pour le développement des EnR & R1 et la réduction de la « thermosensibilité » du réseau électrique.

Les projets réalisés et en cours laissent envisager un avenir fondé sur de nouvelles améliorations technologiques plus que sur des ruptures. En effet, le foisonnement de technologies existantes et l’organisation de la filière française (avec des grands groupes en maîtrise d’ouvrage déléguée) orientent la R & D dans une logique de sécurisation et d’adaptation des technologies actuelles plus que de ruptures.



Progrès sur les composants


Concernant la production (ou récupération) de chaleur, les « centrales thermiques » alimentant les réseaux devront mieux valoriser les ressources locales de chaleur fatale, en vue de fournir « en base » les trois besoins que sont le chauffage, l’eau chaude sanitaire et la production de froid. Les unités puissantes pour les grands réseaux coexisteront avec des centrales de taille sensiblement plus faible, alimentant les réseaux plus petits, mais qui auront aussi leur place de façon décentralisée dans les grands réseaux, dont elles compléteront le niveau d’énergie, et permettront l’optimisation du fonctionnement général. Des réseaux d’eau tiède, avec des centrales fournissant en permanence une eau tempérée (de 18 °C à 32 °C) qui servirait de base de chauffage ou de rafraîchissement, ouvriraient la porte à des ressources très élargies pour les alimenter, étant notamment associées à du solaire thermique pour un relèvement local de température. Dans un horizon plus proche, les réseaux basse température (70 °C environ) devraient se généraliser pour les nouveaux réseaux, permettant la diversification des sources de chaleur, mais aussi l’utilisation de matériaux plastiques et composites. Les besoins en froid peuvent trouver une réponse dans les réseaux : réseau de froid pour la distribution d’eau glacée produite par des groupes frigorifiques centralisés, mais aussi production de froid en sousstations avec des machines à absorption alimentées par un réseau de chaleur. La première option semble aujourd’hui privilégiée.

Les perspectives de développement technologiques au niveau des réseaux de distribution de chaleur sont essentiellement d’ordre organisationnel : il s’agit d’améliorer l’efficacité énergétique de la distribution et d’assurer un fonctionnement de type « réseau intelligent ». Cela peut passer par une optimisation des durées et heures de fonctionnement des centrales, par l’optimisation de la température de consigne, par le calcul instantané du mix énergétique optimal, en tenant compte des rendements des différents moyens de production, de leur optimum de fonctionnement (courte-longue durées) et positionnement sur le réseau, et des niveaux de stockage dans le réseau. Les outils de stockage de chaleur et de froid vont également se développer. Le stockage intersaisonnier de chaleur fatale peut être autorisé par des progrès technologiques, comme la géothermie à double sens sur laquelle des essais sont en cours. Le stockage de froid peut se faire par stockage de chaleur latente (sous forme de glace) ou de chaleur sensible (sous forme d’eau glacée). La première alternative est la plus prometteuse.

Les performances environnementales des unités de production constituent un enjeu important. La plupart des technologies en matière de maîtrise de la pollution de l’air (SO2, poussières fines, NOx, métaux, dioxines) et de la prévention de la légionellose (aéroréfrigérants) sont éprouvées pour les grosses unités de production. Des progrès sont à rechercher pour les chaufferies de taille moyenne (petits réseaux ou extrémités de grands réseaux), sur la base de technologies existantes mais peu utilisables telles quelles pour des raisons économiques et techniques.

Les déchets peuvent être valorisés énergétiquement à travers les réseaux de chaleur. Sauf à privilégier la décharge, l’UIOM (Unité d’incinération des ordures ménagères) restera indispensable pour les déchets résiduels, dont le PCI (pouvoir calorifique intérieur) pourrait très sensiblement augmenter, au-delà des niveaux déjà atteints.

L’utilisation des refus de tri (ou de la fraction combustible issue de TMB/méthanisation) imposera des grilles et chaudières adaptées, sauf émergence de techniques très différentes, mais non envisageables raisonnablement à ce jour, compte tenu des résultats peu convaincants de diverses tentatives. Les combustibles solides de récupération (CSR) peuvent être utilisés en alimentation des chaufferies. De nouvelles techniques de contrôle en continu (tri optique pour éliminer des indésirables, chlore ou métaux par exemple) garantiront la bonne qualité du produit envoyé en chaudière. Dans les centrales thermiques à CSR, des équipements de dépollution complémentaires seront à mettre en place pour assurer une émission conforme aux normes. Le contrôle du respect des valeurs limites d’émission (fumées) sera effectué par simple développement des techniques existantes.

La méthanisation des déchets, qui produit du biogaz et une fraction combustible issue du TMB (CSR), n’a pas encore atteint pleinement sa maturité technologique et son développement exigera des acquis technologiques assurant une grande fiabilité (y compris pour la prévention des odeurs).

Le principal handicap du bois énergie réside dans la pollution importante qu’engendre sa combustion. Souvent situées en zones urbaines, les centrales bois font l’objet d’exigences techniques cohérentes avec celles qui brûlent des CSR, notamment en ce qui concerne le bois déchet (bonne séparation, tri et contrôle). Les grosses chaufferies bois, préférables aux petites chaufferies dispersées, doivent connaître des progrès techniques pour réduire encore les émissions, notamment de poussières fines, et optimiser la gestion des cendres.

La possibilité de mettre en oeuvre des unités de production locale d’électricité assises sur des énergies fatales locales, pour faire face à la consommation électrique des divers auxiliaires associés à la « modernisation » des réseaux, sera un outil fort de leur développement. Un des seuls sauts technologiques identifiés est la possible généralisation de productions locales d’électricité type ORC (Cycle Organique de Rankine), à condition de dépasser les stades de démonstration et validation.

Aspects systémiques


L’information, la formation, mais surtout les outils pour connaître, percevoir et agir sont des éléments clés dans toute approche énergétique d’ensemble. Les techniques manquent encore, en matière d’information de l’usager sur ses consommations – sur base annuelle et surtout en instantané. Le comptage des consommations de chaleur et d’ECS (eau chaude sanitaire) ne dispose pas encore des outils techniques nécessaires à sa généralisation. Les progrès technologiques devraient pallier ce manque sans difficulté et à coût acceptable, pour peu que le besoin en soit exprimé. L’évolution vers des réseaux de chaleur et de froid intelligents suppose des outils métrologiques et d’information performants.

Industrie française/acteurs


Les compétences françaises en matière de gestion des réseaux et des déchets se partagent entre les grands groupes et s’exportent au niveau européen et international. Parmi les grands gestionnaires français de réseaux de chaleur et de froid, on peut citer Dalkia, premier exploitant des réseaux de chaleur en Europe, et Cofely, filiale de GDF Suez Environnement. Le marché est mondial (pays d’Europe de l’Est, Moyen- Orient, Canada, etc.). Concernant l’incinération et la méthanisation, le marché est peu concurrentiel, il se partage entre les grands gestionnaires de déchets (Suez-Sita et Véolia Propreté) et les constructeurs d’incinérateurs (CNIM, TIRU, filiale d’EDF).

D’autres acteurs sont concernés par les activités liées aux réseaux de chaleur et à la valorisation énergétique des déchets : industries des canalisations, des échangeurs, de la maitrise et du contrôle de la pollution, activités pour lesquelles le savoir-faire français est reconnu. Tous ces éléments permettent à la France d’exporter ses compétences : réhabilitation des réseaux de chaleur des pays d’Europe de l’Est, développement de réseaux de froid au Moyen-Orient, gestion des déchets dans les pays en développement, en relation souvent avec les deux secteurs de l’eau potable et de l’assainissement, où notre pays est également très bien positionné.