Chauffage urbain - District heating

L'usine d'incinération de Spittelau est l'une des nombreuses installations qui fournissent du chauffage urbain à Vienne .
Image animée montrant le fonctionnement du chauffage urbain
Centrale de chauffage urbain alimentée à la biomasse à Mödling , Autriche
Centrale de chauffage au charbon à Wieluń (Pologne)

Le chauffage urbain (également connu sous le nom de réseaux de chaleur ou de téléchauffage ) est un système de distribution de la chaleur générée dans un emplacement centralisé via un système de tuyaux isolés pour les besoins de chauffage résidentiels et commerciaux tels que le chauffage des locaux et le chauffage de l'eau . La chaleur est souvent obtenue à partir d'une centrale de cogénération brûlant des combustibles fossiles ou de la biomasse , mais des stations de chaudières à chaleur seule , du chauffage géothermique , des pompes à chaleur et du chauffage central solaire sont également utilisées, ainsi que des déchets de chaleur provenant de la production d' électricité nucléaire . Les centrales de chauffage urbain peuvent offrir des rendements plus élevés et un meilleur contrôle de la pollution que les chaudières localisées. Selon certaines recherches, le chauffage urbain avec production combinée de chaleur et d'électricité (CHPDH) est la méthode la moins chère pour réduire les émissions de carbone et a l'une des empreintes carbone les plus faibles de toutes les centrales de production d'énergie fossile.

Les réseaux de chaleur de cinquième génération n'utilisent pas de combustion sur site et n'émettent aucune émission de CO 2 et NO 2 sur site ; ils utilisent le transfert de chaleur à l'aide d'électricité, qui peut être produite à partir d'énergies renouvelables ou à partir de centrales électriques à combustible fossile éloignées. Une combinaison de cogénération et de pompes à chaleur centralisées est utilisée dans le système multi-énergie de Stockholm. Cela permet la production de chaleur par l'électricité lorsque la production d'électricité intermittente est abondante, et la cogénération d'électricité et de chauffage urbain lorsque la disponibilité de la production d'électricité intermittente est faible.

Le chauffage urbain est classé au 27e rang des 100 solutions de Project Drawdown pour lutter contre le réchauffement climatique .

Histoire

Le chauffage urbain trouve ses racines dans les bains à eau chaude et les serres de l'ancien Empire romain . Habituellement, un système de distribution d'eau chaude à Chaudes-Aigues en France est considéré comme le premier véritable système de chauffage urbain. Il a utilisé l'énergie géothermique pour fournir de la chaleur à environ 30 maisons et a commencé à fonctionner au 14ème siècle.

L' Académie navale américaine à Annapolis a commencé à vapeur service de chauffage urbain en 1853.

Bien que ces systèmes et de nombreux autres aient fonctionné au cours des siècles, le premier système de chauffage urbain à succès commercial a été lancé à Lockport , New York , en 1877 par l'ingénieur hydraulique américain Birdsill Holly , considéré comme le fondateur du chauffage urbain moderne.

Des générations de chauffage urbain

Les quatre générations différentes de systèmes de chauffage urbain conventionnels et leurs sources d'énergie (systèmes de chauffage urbain froid de cinquième génération non inclus)

En règle générale, tous les systèmes de chauffage urbain modernes sont axés sur la demande, ce qui signifie que le fournisseur de chaleur réagit à la demande des consommateurs et veille à ce qu'il y ait une température et une pression d'eau suffisantes pour fournir la chaleur demandée aux utilisateurs. Les cinq générations ont des caractéristiques qui les distinguent des générations précédentes. La caractéristique de chaque génération peut être utilisée pour donner une indication de l'état de développement d'un système de chauffage urbain existant.

Première génération

La première génération était un système à vapeur alimenté au charbon et a été introduite pour la première fois aux États-Unis dans les années 1880 et est également devenue populaire dans certains pays européens. Il était à la pointe de la technologie jusque dans les années 1930 et utilisait des conduits en béton, fonctionnait à des températures très élevées et n'était donc pas très efficace. Il y avait aussi des problèmes de fiabilité et de sécurité en raison des tubes de vapeur sous pression chaude. De nos jours, cette génération est technologiquement dépassée. Cependant, certains de ces systèmes sont encore utilisés, par exemple à New York ou à Paris. D'autres systèmes construits à l'origine ont ensuite été convertis aux générations ultérieures.

Deuxième génération

La deuxième génération a été développée dans les années 1930 et a été construite jusque dans les années 1970. Il brûlait du charbon et du pétrole, l'énergie était transmise par l'eau chaude sous pression comme caloporteur. Les systèmes avaient généralement des températures d'alimentation supérieures à 100 °C, des conduites d'eau usées dans des conduits en béton, pour la plupart assemblées sur place, et des équipements lourds. L'une des principales raisons de ces systèmes était les économies d'énergie primaire, qui ont résulté de l'utilisation de centrales de cogénération. Bien qu'ils soient également utilisés dans d'autres pays, les systèmes typiques de cette génération étaient les systèmes de chauffage urbain de style soviétique qui ont été construits après la Seconde Guerre mondiale dans plusieurs pays d'Europe de l'Est.

Troisième génération

Dans les années 1970, la troisième génération a été développée et a ensuite été utilisée dans la plupart des systèmes suivants dans le monde entier. Cette génération est également appelée « technologie de chauffage urbain scandinave », car de nombreux fabricants de composants de chauffage urbain sont basés en Scandinavie. La troisième génération utilise des tuyaux préfabriqués et pré-isolés, qui sont directement enterrés dans le sol et fonctionnent à des températures plus basses, généralement inférieures à 100 °C. L'une des principales motivations de la construction de ces systèmes était la sécurité d'approvisionnement en améliorant l' efficacité énergétique après que les deux crises pétrolières eurent entraîné une interruption de l'approvisionnement en pétrole. Par conséquent, ces systèmes utilisaient généralement le charbon, la biomasse et les déchets comme sources d'énergie, de préférence au pétrole. Dans certains systèmes, l'énergie géothermique et l'énergie solaire sont également utilisées dans le mix énergétique. Par exemple, Paris utilise le chauffage géothermique à partir d'une source de 55 à 70 °C à 1 ou 2 km sous la surface depuis les années 1970 pour le chauffage domestique.

Quatrième génération

Actuellement, la quatrième génération est en cours de développement, la transition vers la 4ème génération étant déjà en cours au Danemark . La quatrième génération est conçue pour lutter contre le changement climatique et intégrer des parts élevées d'énergies renouvelables variables dans le chauffage urbain en offrant une grande flexibilité au système électrique.

Selon la revue de Lund et al. ces systèmes doivent avoir les capacités suivantes :

  • "1. Capacité à fournir du chauffage urbain à basse température pour le chauffage des locaux et de l'eau chaude sanitaire (ECS) aux bâtiments existants, aux bâtiments existants rénovés énergétiquement et aux nouveaux bâtiments à faible consommation d'énergie."
  • "2. Capacité à distribuer la chaleur dans des réseaux à faibles pertes de réseau."
  • « 3. Capacité à recycler la chaleur des sources à basse température et à intégrer des sources de chaleur renouvelables telles que la chaleur solaire et géothermique. »
  • "4. Capacité à faire partie intégrante des systèmes énergétiques intelligents (c'est-à-dire des réseaux intelligents intégrés d'électricité, de gaz, de fluides et thermiques), notamment en faisant partie intégrante des systèmes de refroidissement urbain de 4e génération."
  • « 5. Capacité à assurer des structures de planification, de coûts et de motivation adaptées à l'opération ainsi qu'aux investissements stratégiques liés à la transformation en futurs systèmes énergétiques durables ».

Par rapport aux générations précédentes, les niveaux de température ont été réduits pour augmenter l'efficacité énergétique du système, avec des températures côté alimentation de 70 °C et moins. Les sources de chaleur potentielles sont la chaleur résiduelle de l'industrie, les centrales de cogénération brûlant des déchets, les centrales électriques à biomasse, l'énergie géothermique et solaire thermique ( chauffage solaire central ), les pompes à chaleur à grande échelle , la chaleur résiduelle provenant des fins de refroidissement et des centres de données et d'autres sources d'énergie durables. Avec ces sources d' énergie et le stockage d' énergie thermique à grande échelle , y compris le stockage saisonnier d' énergie thermique , les systèmes de chauffage urbain de quatrième génération devraient offrir une flexibilité pour équilibrer la production d' énergie éolienne et solaire , par exemple en utilisant des pompes à chaleur pour intégrer l' énergie électrique excédentaire sous forme de chaleur lorsqu'il y a est beaucoup d'énergie éolienne ou fournit de l'électricité à partir de centrales à biomasse lorsqu'une alimentation de secours est nécessaire. Par conséquent, les pompes à chaleur à grande échelle sont considérées comme une technologie clé pour les systèmes énergétiques intelligents avec des parts élevées d' énergie renouvelable jusqu'à 100 % et des systèmes de chauffage urbain avancés de quatrième génération.

Chauffage urbain de cinquième génération/froid

Schéma de fonctionnement d'un système de "chauffage urbain froid"

Un réseau de chauffage et de refroidissement urbain de cinquième génération (5GDHC), également appelé chauffage urbain froid , distribue la chaleur à une température proche de la température ambiante du sol : cela minimise en principe les pertes de chaleur au sol et réduit le besoin d'une isolation importante. Chaque bâtiment du réseau utilise une pompe à chaleur dans son local technique pour extraire la chaleur du circuit ambiant lorsqu'il a besoin de chaleur, et utilise la même pompe à chaleur en sens inverse pour rejeter de la chaleur lorsqu'il a besoin de refroidissement. Dans les périodes de demandes simultanées de refroidissement et de chauffage, cela permet à la chaleur résiduelle du refroidissement d'être utilisée dans les pompes à chaleur des bâtiments qui ont besoin de chauffage. La température globale au sein du circuit ambiant est de préférence contrôlée par échange de chaleur avec un aquifère ou une autre source d'eau à basse température pour rester dans une plage de température de 10 °C à 25 °C.

Alors que la tuyauterie de réseau pour les réseaux à température ambiante du sol est moins coûteuse à installer par diamètre de tuyau que dans les générations précédentes, car elle n'a pas besoin du même degré d'isolation pour les circuits de tuyauterie, il faut garder à l'esprit que la différence de température plus faible du réseau de canalisations conduit à des diamètres de canalisations nettement plus grands que dans les générations précédentes. En raison de l'exigence de chaque bâtiment connecté dans les systèmes de chauffage et de refroidissement urbains de cinquième génération d'avoir leur propre pompe à chaleur, le système peut être utilisé à la fois comme source de chaleur ou comme dissipateur de chaleur pour la pompe à chaleur, selon si elle est exploitée dans un mode chauffage et refroidissement. Comme pour les générations précédentes, le réseau de canalisations est une infrastructure qui offre en principe un accès ouvert à diverses sources de chaleur à basse température, telles que la chaleur ambiante, l'eau ambiante des rivières, des lacs, de la mer ou des lagunes, et la chaleur résiduelle de sources industrielles ou commerciales.

Sur la base de la description ci-dessus, il est clair qu'il existe une différence fondamentale entre le 5GDHC et les générations précédentes de chauffage urbain, en particulier dans l'individualisation de la production de chaleur. Ce système critique a un impact significatif lors de la comparaison des efficacités entre les différentes générations, car l'individualisation de la production de chaleur fait passer la comparaison d'une simple comparaison de l'efficacité du système de distribution à une comparaison de l'efficacité du système d'approvisionnement, où à la fois l'efficacité de la production de chaleur ainsi que l'efficacité du système de distribution doit être incluse.

Un bâtiment moderne avec un système de distribution de chaleur interne à basse température peut installer une pompe à chaleur efficace délivrant une puissance calorifique à 45 °C. Un bâtiment plus ancien avec un système de distribution interne à température plus élevée, utilisant par exemple des radiateurs, nécessitera une pompe à chaleur à haute température pour fournir une puissance calorifique.

Mijnwater à Heerlen, aux Pays-Bas, est un exemple plus vaste d'un réseau de chauffage et de refroidissement de cinquième génération. Dans ce cas, la caractéristique distinctive est un accès unique à une mine de charbon abandonnée remplie d'eau dans les limites de la ville qui fournit une source de chaleur stable pour le système.

Un réseau de cinquième génération ("Balanced Energy Network", BEN) a été installé en 2016 dans deux grands bâtiments de la London South Bank University dans le cadre d'un projet de recherche et développement.

Production de chaleur

Les sources de chaleur utilisées pour différents systèmes de chauffage urbain comprennent: les centrales électriques conçus pour la cogénération (CHP, également appelée cogénération), y compris les installations de combustion et les centrales nucléaires; et la simple combustion d'un combustible fossile ou d'une biomasse ; chaleur géothermique; chaleur solaire; pompes à chaleur industrielles qui extraient la chaleur de l'eau de mer, de l'eau de rivière ou de lac, des eaux usées ou de la chaleur résiduelle des processus industriels.

Chaleur urbaine issue de la cogénération ou de la combustion simple

L'élément central de nombreux systèmes de chauffage urbain est une station de chaudière à chauffage uniquement . De plus, une cogénération est souvent ajoutée en parallèle avec les chaudières. Les deux ont en commun qu'ils sont généralement basés sur la combustion de vecteurs d'énergie primaire. La différence entre les deux systèmes est que, dans une centrale de cogénération, la chaleur et l'électricité sont générées simultanément, tandis que dans les stations de chaudières à chaleur uniquement, seule la chaleur est générée.

Dans le cas d'une centrale de cogénération à combustible fossile, la production de chaleur est généralement dimensionnée pour répondre à la moitié de la charge thermique de pointe en hiver, mais au cours de l'année, elle fournira 90 % de la chaleur fournie. Une grande partie de la chaleur produite en été sera généralement gaspillée. La capacité de la chaudière sera en mesure de répondre sans aide à la totalité de la demande de chaleur et pourra couvrir les pannes de la centrale de cogénération. Il n'est pas économique de dimensionner la centrale de cogénération seule pour pouvoir faire face à la pleine charge thermique. Dans le système de vapeur de New York , cela représente environ 2,5 GW. L'Allemagne a la plus grande quantité de cogénération en Europe.

La combinaison de la cogénération et du chauffage urbain est très économe en énergie en termes économiques, mais émet du CO2 et du NO2 sur site. Une simple centrale thermique peut être efficace de 20 à 35 %, tandis qu'une installation plus avancée, capable de récupérer la chaleur résiduelle, peut atteindre une efficacité énergétique totale de près de 80 %. Certains peuvent approcher les 100 % sur la base du pouvoir calorifique inférieur en condensant également les gaz de combustion.

La chaleur résiduelle des centrales nucléaires est parfois utilisée pour le chauffage urbain. Les principes d'une combinaison conventionnelle de cogénération et de chauffage urbain sont les mêmes pour le nucléaire que pour une centrale thermique . La Russie possède plusieurs centrales nucléaires de cogénération qui, ensemble, ont fourni 11,4 PJ de chauffage urbain en 2005. Le chauffage urbain nucléaire russe devrait presque tripler d'ici une décennie à mesure que de nouvelles centrales seront construites.

D'autres centrales de cogénération alimentées à l'énergie nucléaire se trouvent en Ukraine, en République tchèque, en Slovaquie, en Hongrie, en Bulgarie et en Suisse, produisant jusqu'à environ 100 MW par centrale électrique. Une utilisation de la production de chaleur nucléaire a été la fermeture de la centrale nucléaire d'Ågesta en Suède en 1974.

En Suisse, la centrale nucléaire de Beznau fournit de la chaleur à environ 20 000 personnes.

Chauffage urbain géothermique

Histoire

Le chauffage urbain géothermique était utilisé à Pompéi et à Chaudes-Aigues depuis le XIVe siècle.

États Unis

Les systèmes de chauffage urbain géothermique à usage direct, qui puisent dans des réservoirs géothermiques et distribuent l'eau chaude à plusieurs bâtiments pour une variété d'utilisations, sont rares aux États-Unis, mais existent en Amérique depuis plus d'un siècle.

En 1890, les premiers puits ont été forés pour accéder à une ressource d'eau chaude à l'extérieur de Boise, Idaho. En 1892, après avoir acheminé l'eau vers les maisons et les entreprises de la région via une canalisation en bois, le premier système de chauffage urbain géothermique a été créé.

Selon une étude de 2007, il y avait 22 systèmes de chauffage urbain géothermique (GDHS) aux États-Unis. En 2010, deux de ces systèmes se sont arrêtés. Le tableau ci-dessous décrit les 20 GDHS actuellement opérationnels en Amérique.

Nom du système Ville État Année de démarrage Nombre de clients Capacité, MWt Énergie annuelle produite, GWh Température du système, °F Température du système, °C
Quartier des eaux de Warm Springs Boise identifiant 1892 275 3.6 8.8 175 79
Institut de technologie de l'Oregon Chutes de Klamath OU 1964 1 6.2 13.7 192 89
Midland Midland Dakota du Sud 1969 12 0,09 0,2 152 67
Collège du sud de l'Idaho Chutes jumelles identifiant 1980 1 6.34 14 100 38
Philippe Philippe Dakota du Sud 1980 7 2.5 5.2 151 66
Sources Pagosa Sources Pagosa CO 1982 22 5.1 4.8 146 63
Centre commercial de l'Idaho Boise identifiant 1982 1 3.3 18.7 150 66
Elko Elko NV 1982 18 3.8 6.5 176 80
Ville de Boise Boise identifiant 1983 58 31,2 19.4 170 77
Warren Estates Réno NV 1983 60 1.1 2.3 204 96
Saint-Bernardin Saint-Bernardin Californie 1984 77 12.8 22 128 53
Ville de Klamath Falls Chutes de Klamath OU 1984 20 4.7 10.3 210 99
Domaines Manzanita Réno NV 1986 102 3.6 21.2 204 95
District scolaire du comté d'Elko Elko NV 1986 4 4.3 4.6 190 88
Les sources chaudes de Gila Glenwood NM 1987 15 0,3 0,9 140 60
Hôpital pour vétérans de Fort Boise Boise Boise identifiant 1988 1 1,8 3.5 161 72
Ranch des rapides de Kanaka Bühl identifiant 1989 42 1.1 2.4 98 37
Communauté À La Recherche De La Vérité Canby Californie 2003 1 0,5 1.2 185 85
Bluffdale Bluffdale Utah 2003 1 1,98 4.3 175 79
Vue sur le lac Vue sur le lac OU 2005 1 2.44 3.8 206 97

Chauffage urbain d'origine solaire

Centrale de chauffage solaire à Marstal , Danemark. Il couvre plus de la moitié de la consommation de chaleur de Marstal.

L'utilisation de la chaleur solaire pour le chauffage urbain a augmenté au Danemark et en Allemagne ces dernières années. Les systèmes comprennent généralement un stockage d'énergie thermique intersaisonnière pour une production de chaleur constante au jour le jour et entre l'été et l'hiver. De bons exemples sont à Vojens à 50 MW, Dronninglund à 27 MW et Marstal à 13 MW au Danemark. Ces systèmes ont été progressivement étendus pour fournir 10 à 40 % des besoins annuels de chauffage des locaux de leurs villages. Les panneaux solaires thermiques sont montés au sol dans les champs. Le stockage de chaleur est un stockage en fosse, un groupe de forages et le réservoir d'eau traditionnel. En Alberta, au Canada, la communauté solaire de Drake Landing a atteint un record mondial de 97% de fraction solaire annuelle pour les besoins de chauffage, en utilisant des panneaux solaires thermiques sur les toits des garages et un stockage thermique dans un groupe de forages.

Pompes à chaleur pour le chauffage urbain

À Stockholm, la première pompe à chaleur a été installée en 1977 pour fournir du chauffage urbain provenant de serveurs IBM. Aujourd'hui, la capacité installée est d'environ 660 MW de chaleur, utilisant les eaux usées traitées, l'eau de mer, le refroidissement urbain, les centres de données et les épiceries comme sources de chaleur. Un autre exemple est le projet de chauffage urbain de Drammen Fjernvarme en Norvège qui produit 14 MW à partir d'eau à seulement 8 °C, les pompes à chaleur industrielles sont des sources de chaleur démontrées pour les réseaux de chauffage urbain. Parmi les utilisations possibles des pompes à chaleur industrielles figurent :

  1. En tant que principale source de charge de base où l'eau provenant d'une source de chaleur de faible qualité, par exemple une rivière, un fjord, un centre de données , un émissaire de centrale électrique, un émissaire de traitement des eaux usées (tous généralement entre 0 C et 25 C), est augmentée jusqu'à la température du réseau de typiquement 60 C à 90 C en utilisant des pompes à chaleur . Ces appareils, bien que consommant de l'électricité, transféreront une puissance calorifique trois à six fois supérieure à la quantité d'électricité consommée. Un exemple de système urbain utilisant une pompe à chaleur pour produire de la chaleur à partir des eaux usées brutes se trouve à Oslo, en Norvège, qui a une puissance calorifique de 18 MW (thermique).
  2. Comme moyen de récupérer la chaleur de la boucle de refroidissement d'une centrale électrique pour augmenter soit le niveau de récupération de chaleur des fumées (car le tuyau de retour de la centrale de chauffage urbain est maintenant refroidi par la pompe à chaleur), soit en refroidissant la boucle de vapeur fermée et en abaissant artificiellement la pression de condensation et augmentant ainsi l'efficacité de la production d'électricité.
  3. En tant que moyen de refroidissement du fluide de travail d'épuration des gaz de combustion (généralement de l'eau) de 60 °C après injection à 20 °C avant injection. La chaleur est récupérée à l'aide d'une pompe à chaleur et peut être vendue et injectée côté réseau de l'installation à une température beaucoup plus élevée (par exemple environ 80 C).
  4. Lorsque le réseau a atteint sa capacité, les gros utilisateurs de charge individuelle peuvent être découplés du tuyau d'alimentation chaud, disons 80 C et couplés au tuyau de retour, par exemple 40 C. En ajoutant localement une pompe à chaleur à cet utilisateur, le tuyau de 40 C est refroidi davantage (la chaleur étant délivrée dans l'évaporateur de la pompe à chaleur). La sortie de la pompe à chaleur est alors une boucle dédiée à l'utilisateur entre 40 C et 70 C. Par conséquent, la capacité globale du réseau a changé car la différence de température totale de la boucle a varié de 80-40 C à 80 C-x (x étant une valeur inférieure à 40 C).

Des inquiétudes ont existé concernant l'utilisation des hydrofluorocarbures comme fluide de travail (réfrigérant) pour les grandes pompes à chaleur. Bien que les fuites ne soient généralement pas mesurées, elles sont généralement signalées comme étant relativement faibles, par exemple 1 % (contre 25 % pour les systèmes de refroidissement des supermarchés). Une pompe à chaleur de 30 mégawatts pourrait donc laisser fuir (annuellement) environ 75 kg de R134a ou autre fluide de travail. Compte tenu du potentiel de réchauffement global élevé de certains HFC, cela pourrait équivaloir à plus de 800 000 kilomètres (500 000 mi) de trajets en voiture par an.

Cependant, des avancées techniques récentes permettent l'utilisation de fluides frigorigènes naturels pour pompes à chaleur à très faible potentiel de réchauffement climatique (PRP). Le réfrigérant CO2 (R744, GWP=1) ou l'ammoniac (R717, GWP=0) ont également l'avantage, selon les conditions d'exploitation, d'entraîner une efficacité de pompe à chaleur plus élevée que les réfrigérants conventionnels. Un exemple est un réseau de chauffage urbain (thermique) de 14 MW à Drammen , en Norvège, qui est alimenté par des pompes à chaleur à eau de mer qui utilisent le réfrigérant R717, et fonctionne depuis 2011. Une eau à 90 °C est fournie à la boucle du district (et retourne à 65°C). La chaleur est extraite de l'eau de mer (à une profondeur de 60 pieds (18 m)) qui est de 8 à 9 °C toute l'année, ce qui donne un coefficient de performance moyen (COP) d'environ 3,15. Au cours du processus, l'eau de mer est refroidie à 4 °C ; cependant, cette ressource n'est pas utilisée. Dans un système de quartier où l'eau réfrigérée pourrait être utilisée pour la climatisation, le COP effectif serait considérablement plus élevé.

À l'avenir, les pompes à chaleur industrielles seront davantage décarbonées en utilisant, d'une part, l'excédent d'énergie électrique renouvelable (autrement déversée en raison de la satisfaction de la demande du réseau) provenant de l'éolien, du solaire, etc. et, d'autre part, en fabriquant davantage de sources de chaleur renouvelables (chaleur des lacs et des océans, géothermie, etc.). De plus, un rendement plus élevé peut être attendu grâce à un fonctionnement sur le réseau haute tension.

Excès d'énergie électrique renouvelable pour le chauffage urbain

Avec des pays européens tels que l'Allemagne et le Danemark passant à des niveaux très élevés (80 % et 100 % respectivement d'ici 2050) d'énergie renouvelable pour toutes les utilisations énergétiques, il y aura des périodes croissantes de production excédentaire d'énergie électrique renouvelable. Le stockage de cette énergie en tant qu'énergie électrique potentielle (par exemple, l'hydroélectricité pompée) est très coûteux et réduit l'efficacité totale des allers-retours. Cependant, le stocker sous forme de chaleur dans les systèmes de chauffage urbain, pour une utilisation dans des bâtiments où il y a une demande, est nettement moins coûteux. Alors que la qualité de l'énergie électrique est dégradée, des pompes à chaleur de la taille d'un réseau haute tension en MW maximiseraient l'efficacité sans gaspiller l'excès d'électricité renouvelable. Un tel couplage du secteur de l'électricité avec le secteur du chauffage ( Power-to-X ) est considéré comme un facteur clé pour les systèmes énergétiques à forte proportion d'énergie renouvelable, car il permet d'utiliser le stockage principalement sous forme de stockage de chaleur bon marché. Par conséquent, l'utilisation d'un stockage d'électricité plutôt coûteux peut être minimisée, car le secteur de la chaleur équilibre la production variable de sources d'énergie renouvelables avec des charges flexibles et le stockage de chaleur. Stockholm dispose actuellement d'environ 660 MW de pompes à chaleur connectées à son système de chauffage urbain.

Accumulateurs de chaleur et stockage

Tour d'accumulation de chauffage urbain de Theiss près de Krems an der Donau en Basse-Autriche avec une capacité thermique de 2 gigawattheures (7,2 TJ)

De plus en plus de grands accumulateurs de chaleur sont utilisés avec les réseaux de chauffage urbain pour maximiser l'efficacité et les rendements financiers. Cela permet de faire fonctionner les unités de cogénération aux heures de tarif électrique maximum, la production électrique ayant des taux de rendement bien plus élevés que la production de chaleur, tout en stockant l'excédent de production de chaleur. Il permet également de collecter la chaleur solaire en été et de la redistribuer hors saison dans des réservoirs ou des systèmes de forage isolés enterrés de très grande taille mais relativement peu coûteux. La perte de chaleur attendue dans le bassin isolé de 203 000 m³ à Vojens est d'environ 8 %.

Répartition de la chaleur

Tunnel pour caloducs entre Rigshospitalet et Amagerværket au Danemark
Des tuyaux isolés pour connecter un nouveau bâtiment au système de cogénération de chaleur et d'électricité à l'échelle du campus de l' Université de Warwick
Tuyau de chauffage urbain à Tübingen , Allemagne
Sous-station de chauffage urbain d'une puissance thermique de 700 kW qui isole le circuit d'eau du système de chauffage urbain et le système de chauffage central du client

Après génération, la chaleur est distribuée au client via un réseau de canalisations isolées . Les systèmes de chauffage urbain se composent de conduites d'alimentation et de retour. Habituellement, les tuyaux sont installés sous terre, mais il existe également des systèmes avec des tuyaux aériens. Dans le système, des unités de stockage de chaleur peuvent être installées pour égaliser les demandes de charge de pointe.

Le milieu couramment utilisé pour la distribution de chaleur est l'eau ou l' eau surchauffée , mais la vapeur est également utilisée. L'avantage de la vapeur est qu'en plus des fins de chauffage, elle peut être utilisée dans des processus industriels en raison de sa température plus élevée. L'inconvénient de la vapeur est une perte de chaleur plus élevée en raison de la température élevée. De plus, l' efficacité thermique des centrales de cogénération est considérablement plus faible si le fluide de refroidissement est de la vapeur à haute température, ce qui réduit la production d' électricité. Les huiles caloporteuses ne sont généralement pas utilisées pour le chauffage urbain, bien qu'elles aient des capacités calorifiques plus élevées que l'eau, car elles sont chères et ont des problèmes environnementaux.

Au niveau du client le réseau de chaleur est généralement raccordé au système de chauffage central des habitations via des échangeurs de chaleur ( sous-stations thermiques ) : les fluides de travail des deux réseaux (généralement eau ou vapeur) ne se mélangent pas. Cependant, une connexion directe est utilisée dans le système Odense .

La perte annuelle typique d'énergie thermique due à la distribution est d'environ 10 %, comme le montre le réseau de chauffage urbain norvégien.

Comptage de la chaleur

La quantité de chaleur fournie aux clients est souvent enregistrée avec un compteur de chaleur pour encourager la conservation et maximiser le nombre de clients pouvant être desservis, mais de tels compteurs sont coûteux. En raison du coût du comptage de chaleur, une approche alternative consiste simplement à mesurer l'eau - les compteurs d'eau sont beaucoup moins chers que les compteurs de chaleur, et ont l'avantage d'encourager les consommateurs à extraire autant de chaleur que possible, ce qui conduit à une température de retour très basse, ce qui augmente l'efficacité de la production d'électricité.

De nombreux systèmes ont été installés dans une économie socialiste (comme dans l'ancien bloc de l'Est ) qui manquait de compteur de chaleur et de moyens d'ajuster la livraison de chaleur à chaque appartement. Cela a conduit à de grandes inefficacités - les utilisateurs devaient simplement ouvrir les fenêtres lorsqu'il faisait trop chaud - gaspillant de l'énergie et minimisant le nombre de clients connectables.

Taille des systèmes

Les systèmes de chauffage urbain peuvent varier en taille. Certains systèmes couvrent des villes entières telles que Stockholm ou Flensburg , en utilisant un réseau de gros tuyaux primaires de 1000 mm de diamètre reliés à des tuyaux secondaires - par exemple 200 mm de diamètre, qui à leur tour sont reliés à des tuyaux tertiaires qui peuvent avoir un diamètre de 25 mm qui peuvent se connecter à 10 à 50 maisons.

Certains systèmes de chauffage urbain peuvent être dimensionnés uniquement pour répondre aux besoins d'un petit village ou d'une zone d'une ville, auquel cas seuls les tuyaux secondaires et tertiaires seront nécessaires.

Certains systèmes peuvent être conçus pour ne desservir qu'un nombre limité de logements, d'environ 20 à 50 maisons, auquel cas seuls des tuyaux de taille tertiaire sont nécessaires.

Avantages et inconvénients

Le chauffage urbain présente divers avantages par rapport aux systèmes de chauffage individuels. Le chauffage urbain est généralement plus économe en énergie, en raison de la production simultanée de chaleur et d'électricité dans les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité . Cela a l'avantage supplémentaire de réduire les émissions de gaz à effet de serre . Les unités de combustion plus grandes ont également un nettoyage des gaz de combustion plus avancé que les systèmes à chaudière unique. Dans le cas de la chaleur excédentaire des industries, les systèmes de chauffage urbain n'utilisent pas de combustible supplémentaire car ils récupèrent la chaleur qui serait autrement dispersée dans l'environnement.

Le chauffage urbain nécessite un engagement financier à long terme qui s'intègre mal avec un accent sur les retours sur investissement à court terme. Les avantages pour la communauté comprennent des coûts d'énergie évités grâce à l'utilisation d'énergie thermique excédentaire et gaspillée, et une réduction des investissements dans l'équipement de chauffage individuel des ménages ou des bâtiments. Les réseaux de chauffage urbain, les chaufferies à chaleur seule et les centrales de cogénération nécessitent des investissements et des financements initiaux élevés. Ce n'est que s'ils sont considérés comme des investissements à long terme que ceux-ci se traduiront par des opérations rentables pour les propriétaires de systèmes de chauffage urbain ou les exploitants de centrales de cogénération. Le chauffage urbain est moins attractif pour les zones à faible densité de population, car l'investissement par ménage est considérablement plus élevé. De plus, il est moins attrayant dans les zones de nombreux petits bâtiments; par exemple les maisons individuelles que dans les zones avec moins de grands bâtiments ; par exemple des immeubles d'habitation, car chaque raccordement à une maison unifamiliale coûte assez cher.

Les systèmes de chauffage individuels peuvent être complètement arrêtés par intermittence en fonction de la demande de chauffage locale, ce qui n'est pas le cas avec un système de chauffage urbain.

Propriété, problèmes de monopole et structures de tarification

Dans de nombreux cas, les grands systèmes de chauffage urbain combinés à la chaleur et à l'électricité appartiennent à une seule entité. C'était typiquement le cas dans les anciens pays de l'Est. Cependant, pour de nombreux projets, la propriété de la centrale de cogénération est distincte de la partie consommatrice de chaleur.

Les exemples sont Varsovie qui a une telle propriété partagée avec PGNiG Termika propriétaire de l'unité de cogénération, Veolia possédant 85% de la distribution de chaleur, le reste de la distribution de chaleur appartient à la municipalité et aux travailleurs. De même, tous les grands systèmes de cogénération/cogénération au Danemark sont à propriété partagée.

La Suède offre un autre exemple de déréglementation du marché du chauffage. En Suède, il est très courant que la propriété du réseau de chauffage urbain ne soit pas séparée de la propriété des centrales de cogénération, du réseau de refroidissement urbain ou des pompes à chaleur centralisées. Il existe également des exemples où la concurrence a engendré des réseaux parallèles et des réseaux interconnectés où plusieurs services publics coopèrent.

Au Royaume-Uni, des plaintes ont été déposées selon lesquelles les entreprises de chauffage urbain détiennent trop de monopole et sont insuffisamment réglementées, un problème dont l'industrie est consciente et a pris des mesures pour améliorer l'expérience des consommateurs grâce à l'utilisation de chartes client telles qu'énoncées par la Chaleur Confiance. Certains clients intentent une action en justice contre le fournisseur pour fausse déclaration et commerce déloyal, affirmant que le chauffage urbain ne réalise pas les économies promises par de nombreux fournisseurs de chaleur.

Variante nationale

Étant donné que les conditions diffèrent d'une ville à l'autre, chaque système de chauffage urbain est unique. En outre, les nations ont un accès différent aux vecteurs d'énergie primaire et ont donc une approche différente sur la façon d'aborder les marchés du chauffage à l'intérieur de leurs frontières.

L'Europe 

Depuis 1954, le chauffage urbain est promu en Europe par Euroheat & Power. Ils ont compilé une analyse des marchés du chauffage et du refroidissement urbains en Europe dans le cadre de leur projet Ecoheatcool soutenu par la Commission européenne . Une étude distincte, intitulée Heat Roadmap Europe, a indiqué que le chauffage urbain peut réduire le prix de l'énergie dans l'Union européenne d'ici 2050. Le cadre juridique des États membres de l' Union européenne est actuellement influencé par la directive européenne sur la cogénération .

Cogénération en Europe

L'UE a activement intégré la cogénération dans sa politique énergétique via la directive sur la cogénération . En septembre 2008, lors d'une audition de l'Intergroupe Urban Lodgment du Parlement européen, le commissaire à l'énergie Andris Piebalgs a déclaré : « La sécurité d'approvisionnement commence vraiment par l'efficacité énergétique. L'efficacité énergétique et la cogénération sont reconnues dans les premiers paragraphes de la directive de l'Union européenne sur la cogénération 2004/08/CE. Cette directive entend soutenir la cogénération et établir une méthode de calcul des capacités de cogénération par pays. Le développement de la cogénération a été très inégal au fil des ans et a été dominé au cours des dernières décennies par les circonstances nationales.

Dans l'ensemble, l'Union européenne produit actuellement 11 % de son électricité par cogénération, ce qui permet à l'Europe d'économiser environ 35 Mtep par an. Cependant, il existe de grandes différences entre les États membres, avec des économies d'énergie allant de 2 % à 60 %. L'Europe compte les trois pays dont l'économie de cogénération est la plus intensive au monde : le Danemark, les Pays-Bas et la Finlande.

D'autres pays européens font également de gros efforts pour accroître leur efficacité. L'Allemagne rapporte que plus de 50 % de la demande totale d'électricité du pays pourrait être fournie par la cogénération. L'Allemagne s'est fixé pour objectif de doubler sa cogénération d'électricité de 12,5 % de l'électricité du pays à 25 % d'ici 2020 et a adopté une législation de soutien en conséquence dans le "Ministère fédéral de l'économie et de la technologie", (BMWi), Allemagne, août 2007. Le Royaume-Uni est également soutenir activement le chauffage urbain. À la lumière de l'objectif du Royaume-Uni d'atteindre une réduction de 80 % des émissions de dioxyde de carbone d'ici 2050, le gouvernement s'était fixé pour objectif de s'approvisionner au moins 15 % en électricité gouvernementale à partir de la cogénération d'ici 2010. D'autres mesures britanniques visant à encourager la croissance de la cogénération sont des incitations financières, des subventions, un cadre réglementaire élargi, ainsi qu'un leadership et un partenariat du gouvernement.

Selon la modélisation AIE 2008 de l'expansion de la cogénération pour les pays du G8, l'expansion de la cogénération en France, en Allemagne, en Italie et au Royaume-Uni à elle seule doublerait effectivement les économies de combustible primaire existantes d'ici 2030. Cela augmenterait les économies de l'Europe de 155 TWh aujourd'hui à 465 TWh en 2030. Cela entraînerait également une augmentation de 16 à 29 % de la production totale d'électricité cogénérée de chaque pays d'ici 2030.

Les gouvernements sont assistés dans leurs efforts de cogénération par des organisations comme COGEN Europe qui servent de plaque tournante d'information pour les mises à jour les plus récentes de la politique énergétique de l'Europe. COGEN est l'organisation faîtière européenne qui représente les intérêts de l'industrie de la cogénération, les utilisateurs de la technologie et la promotion de ses avantages dans l'UE et l'Europe élargie. L'association est soutenue par les principaux acteurs de l'industrie, notamment les sociétés de gaz et d'électricité, les ESCO, les fournisseurs d'équipements, les bureaux d'études, les organisations nationales de promotion, les sociétés financières et autres sociétés de services.

Une stratégie énergétique de l'UE en 2016 suggère une utilisation accrue du chauffage urbain.

L'Autriche

La centrale de chauffage urbain de Steyr est une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité renouvelable dans laquelle des copeaux de bois sont utilisés pour produire de l'électricité

Le plus grand système de chauffage urbain d'Autriche se trouve à Vienne (Fernwärme Wien) – avec de nombreux petits systèmes répartis dans tout le pays.

Le chauffage urbain à Vienne est géré par Wien Energie. Au cours de l'exercice 2004/2005, un total de 5.163 GWh a été vendu, 1.602 GWh à 251.224 appartements et maisons privés et 3.561 GWh à 5211 gros clients. Les trois grands incinérateurs de déchets municipaux fournissent 22 % du total en produisant 116 GWh d'électricité et 1,220 GWh de chaleur. La chaleur résiduelle des centrales électriques municipales et des grandes installations industrielles représente 72 % du total. Les 6 % restants sont produits par des chaudières de pointe à partir de combustibles fossiles. Une centrale à biomasse produit de la chaleur depuis 2006.

Dans le reste de l'Autriche, les centrales de chauffage urbain les plus récentes sont construites comme des centrales à biomasse ou comme des centrales de cogénération à la biomasse comme le chauffage urbain à biomasse de Mödling ou le chauffage urbain à biomasse de Baden .

La plupart des anciens systèmes de chauffage urbain à combustible fossile disposent d'un accumulateur de chauffage urbain , de sorte qu'il est possible de produire de l'énergie de chauffage urbain thermique uniquement au moment où le prix de l'électricité est élevé.

la Belgique

La Belgique dispose du chauffage urbain dans plusieurs villes. Le plus grand système se trouve dans la ville flamande de Gand , le réseau de canalisations de cette centrale électrique fait 22 km de long. Le système date de 1958.

Bulgarie

La Bulgarie dispose d'un chauffage urbain dans une douzaine de villes. Le système le plus important se trouve dans la capitale Sofia , où il y a quatre centrales électriques (deux centrales de cogénération et deux chaufferies ) fournissant de la chaleur à la majorité de la ville. Le système date de 1949.

République Tchèque

Le plus grand système de chauffage urbain de la République tchèque est à Prague détenu et exploité par Pražská teplárenská, desservant 265 000 ménages et vendant env. 13 PJ de chaleur annuellement. La majeure partie de la chaleur est en fait produite sous forme de chaleur résiduelle dans la centrale thermique distante de 30 km de Mělník . Il existe de nombreux petits systèmes de chauffage central répartis dans tout le pays, notamment l'utilisation de la chaleur résiduelle, l' incinération des déchets solides municipaux et les centrales thermiques .

Danemark

Au Danemark, le chauffage urbain couvre plus de 64 % du chauffage des locaux et du chauffage de l'eau . En 2007, 80,5 % de cette chaleur était produite par des centrales de cogénération . La chaleur récupérée de l'incinération des déchets représentait 20,4 % de la production totale de chaleur urbaine au Danemark. En 2013, le Danemark a importé 158 000 tonnes de déchets à incinérer. La plupart des grandes villes du Danemark disposent de grands réseaux de chauffage urbain, notamment des réseaux de transport fonctionnant jusqu'à 125 °C et 25 bars de pression et des réseaux de distribution fonctionnant jusqu'à 95 °C et entre 6 et 10 bars de pression. Le plus grand système de chauffage urbain au Danemark se trouve dans la région de Copenhague , exploité par CTR I/S et VEKS I/S. Dans le centre de Copenhague, le réseau CTR dessert 275 000 foyers (90 à 95 % de la population de la région) grâce à un réseau de 54 km de canalisations de distribution de chauffage urbain doubles offrant une capacité de pointe de 663 MW, dont une partie est associée au refroidissement urbain . Le prix à la consommation de la chaleur du CTR est d'environ 49 € par MWh plus taxes (2009). Plusieurs villes disposent d' un chauffage central solaire avec différents types de stockage d'énergie thermique .

L'île danoise de Samsø possède trois centrales à paille produisant du chauffage urbain.

Finlande

En Finlande, le chauffage urbain représente environ 50 % du marché total du chauffage, dont 80 % sont produits par des centrales de cogénération. Plus de 90 % des immeubles collectifs, plus de la moitié des maisons mitoyennes et la majeure partie des bâtiments publics et des locaux commerciaux sont raccordés à un réseau de chauffage urbain. Le gaz naturel est principalement utilisé dans le réseau de gazoducs du sud-est, le charbon importé est utilisé dans les zones proches des ports et la tourbe est utilisée dans les zones du nord où la tourbe est une ressource naturelle. Les énergies renouvelables, comme les copeaux de bois et autres sous-produits combustibles de l'industrie papetière, sont également utilisées, tout comme l'énergie récupérée par l' incinération des déchets solides municipaux . Les unités industrielles qui génèrent de la chaleur en tant que sous-produit industriel peuvent vendre de la chaleur résiduelle au réseau plutôt que de la rejeter dans l'environnement. L'excès de chaleur et d'électricité provenant des chaudières de récupération des usines de pâte à papier est une source importante dans les villes d'usines. Dans certaines villes, l'incinération des déchets peut contribuer jusqu'à 8 % des besoins en chaleur du chauffage urbain. La disponibilité est de 99,98 % et les perturbations, lorsqu'elles surviennent, réduisent généralement les températures de quelques degrés seulement.

À Helsinki, un centre de données souterrain à côté du palais présidentiel libère l'excès de chaleur dans les maisons voisines, produisant suffisamment de chaleur pour chauffer environ 500 grandes maisons.

Allemagne

En Allemagne, le chauffage urbain détient une part de marché d'environ 14 % dans le secteur des bâtiments résidentiels. La charge thermique connectée est d'environ 52 729 MW. La chaleur provient principalement des centrales de cogénération (83%). Les chaudières à chaleur seule fournissent 16 % et 1 % est le surplus de chaleur de l'industrie. Les centrales de cogénération utilisent du gaz naturel (42 %), du charbon (39 %), du lignite (12 %) et des déchets/autres (7 %) comme combustible.

Le plus grand réseau de chauffage urbain est situé à Berlin, tandis que la plus grande diffusion du chauffage urbain se produit à Flensburg avec environ 90 % de part de marché. À Munich, environ 70 % de l'électricité produite provient de centrales de chauffage urbain.

Le chauffage urbain a assez peu de cadre juridique en Allemagne. Il n'y a pas de loi à ce sujet car la plupart des éléments du chauffage urbain sont réglementés par des arrêtés gouvernementaux ou régionaux. Il n'y a pas de soutien gouvernemental pour les réseaux de chauffage urbain mais une loi pour soutenir les centrales de cogénération. Comme dans l'Union européenne la directive sur la cogénération entrera en vigueur, cette loi a probablement besoin de quelques ajustements.

Grèce

La Grèce dispose d'un chauffage urbain principalement dans la province de Macédoine occidentale , la Macédoine centrale et la province du Péloponnèse . Le système le plus important est la ville de Ptolemaida , où se trouvent cinq centrales électriques ( centrales thermiques ou TPS notamment) fournissant de la chaleur à la majorité des plus grandes villes de la région et à certains villages. La première petite installation a eu lieu à Ptolemaida en 1960, offrant le chauffage au Proastio village de Eordaea en utilisant les TPS de Ptolemaida. Aujourd'hui, des installations de chauffage urbain sont également disponibles à Kozani , Ptolemaida, Amyntaio , Philotas , Serres et Megalopolis en utilisant des centrales électriques à proximité. À Serres, la centrale électrique est une centrale de cogénération à haut rendement utilisant du gaz naturel, tandis que le charbon est le principal combustible de tous les autres réseaux de chauffage urbain.

Forage géothermique à l'extérieur de la centrale électrique de Reykjavik.

Hongrie

Selon le recensement de 2011, il y avait 607 578 logements (15,5% de tous) en Hongrie avec chauffage urbain, principalement des appartements en panneaux dans les zones urbaines. Le plus grand système de chauffage urbain situé à Budapest , appartenant à la municipalité Főtáv Zrt. ("Metropolitan Teleheating Company") fournit du chauffage et de l'eau chaude sanitaire à 238 000 foyers et 7 000 entreprises.

Islande

Avec 95% de tous les logements (principalement dans la capitale de Reykjavík ) bénéficiant de services de chauffage urbain - principalement à partir de l'énergie géothermique , l'Islande est le pays avec la plus forte pénétration du chauffage urbain.

La majeure partie du chauffage urbain islandais provient de trois centrales géothermiques, produisant plus de 800 MWth :

  • Centrale de cogénération de chaleur et d'électricité (CHP) de Svartsengi
  • Centrale de cogénération de Nesjavellir
  • Centrale de cogénération Hellisheiði

Irlande

L' installation de valorisation énergétique des déchets de Dublin fournira du chauffage urbain à jusqu'à 50 000 foyers à Poolbeg et ses environs. Certains développements résidentiels existants dans les North Docklands ont été construits pour être convertis en chauffage urbain - utilisant actuellement des chaudières à gaz sur site - et des tuyaux sont en place dans le tunnel de service de Liffey pour les connecter à l'incinérateur ou à d'autres sources de chaleur résiduelle de la région.

Tralee dans le comté de Kerry dispose d'un système de chauffage urbain de 1 MW fournissant de la chaleur à un complexe d'appartements, des logements protégés pour les personnes âgées, une bibliothèque et plus de 100 maisons individuelles. Le système est alimenté par des copeaux de bois produits localement.

Dans l'abbaye de Glenstal dans le comté de Limerick, il existe un système de chauffage à base d'étang de 150 kW pour une école.

Un programme d'utilisation de la chaleur résiduelle d'un centre de données Amazon Web Services à Tallaght est destiné à chauffer 1200 unités et bâtiments municipaux

Italie

Une centrale thermique de cogénération à Ferrera Erbognone ( PV ), Italie

En Italie, le chauffage urbain est utilisé dans certaines villes ( Bergame , Brescia , Crémone , Bolzano , Vérone , Ferrare , Imola , Modène , Reggio Emilia , Terlan , Turin , Parme , Lodi , et maintenant Milan ). Le chauffage urbain de Turin est le plus grand du pays et alimente 550.000 personnes (62% de la population totale de la ville).

Lettonie

En Lettonie, le chauffage urbain est utilisé dans les grandes villes telles que Riga , Daugavpils , Liepāja , Jelgava . Le premier système de chauffage urbain a été construit à Riga en 1952. Chaque grande ville a une entreprise locale responsable de la production, de l'administration et de l'entretien du système de chauffage urbain.

Pays-Bas

Le chauffage urbain est utilisé à Rotterdam , Amsterdam et Almere et on en attend davantage, car le gouvernement a mandaté une transition du gaz naturel pour toutes les maisons du pays d'ici 2050. La ville de Heerlen a développé un réseau utilisant l'eau dans les mines de charbon désaffectées comme source et stockage pour la chaleur et le froid. C'est un bon exemple de réseau de chauffage et de refroidissement de 5e génération

Macédoine du Nord

Le chauffage urbain n'est disponible qu'à Skopje. Balkan Energy Group (BEG) exploite trois usines de production d'eau chaude, qui couvrent la majorité du réseau, et fournissent de la chaleur à environ 60.000 ménages à Skopje, plus de 80 bâtiments dans le secteur éducatif (écoles et jardins d'enfants) et plus de 1.000 autres consommateurs (principalement commercial). Les trois usines de production de BEG utilisent le gaz naturel comme source de combustible. Il existe également une centrale de cogénération TE-TO AD Skopje produisant de la chaleur fournie au système de chauffage urbain de Skopje. La part de la cogénération dans la production de DH était de 47 % en 2017. La distribution et la fourniture de chauffage urbain sont assurées par des sociétés détenues par BEG.

Norvège

En Norvège, le chauffage urbain ne représente qu'environ 2 % des besoins énergétiques pour le chauffage. C'est un nombre très faible par rapport à des pays similaires. L'une des principales raisons pour lesquelles le chauffage urbain a une faible pénétration en Norvège est l'accès à une électricité hydroélectrique bon marché, et 80 % de la consommation privée d'électricité sert au chauffage des pièces et de l'eau. Cependant, il y a le chauffage urbain dans les grandes villes.

Pologne

En 2009, 40 % des ménages polonais utilisaient le chauffage urbain, la plupart en zone urbaine. La chaleur est fournie principalement par des centrales de cogénération, dont la plupart brûlent de la houille. Le plus grand système de chauffage urbain se trouve à Varsovie, détenu et exploité par Veolia Warszawa, distribuant env. 34 PJ par an.

Roumanie

Le plus grand système de chauffage urbain de Roumanie se trouve à Bucarest . Détenue et exploitée par la RADET , elle distribue environ 24 PJ annuellement, desservant 570 000 foyers. Cela correspond à 68% des besoins totaux de chaleur domestique de Bucarest (RADET répond à 4% supplémentaires par des systèmes de chaudières à un seul bâtiment, pour un total de 72%).

Russie

Dans la plupart des villes russes, les centrales de cogénération ( ТЭЦ, теплоэлектроцентраль ) produisent plus de 50 % de l'électricité du pays et fournissent simultanément de l'eau chaude aux îlots voisins. Ils utilisent principalement des turbines à vapeur alimentées au charbon et au gaz pour la cogénération de chaleur. Maintenant, les conceptions de turbines à gaz à cycle combiné commencent également à être largement utilisées.

Serbie

En Serbie , le chauffage urbain est utilisé dans les principales villes, notamment dans la capitale, Belgrade . La première centrale de chauffage urbain a été construite en 1961 pour fournir un chauffage efficace aux banlieues nouvellement construites de Novi Beograd . Depuis, de nombreuses usines ont été construites pour chauffer la ville en pleine croissance. Ils utilisent le gaz naturel comme carburant, car il a moins d'impact sur l'environnement. Le système de chauffage urbain de Belgrade possède 112 sources de chaleur d'une capacité de 2 454 MW, plus de 500 km de canalisations et 4 365 stations de raccordement, fournissant du chauffage urbain à 240 000 appartements et 7 500 immeubles de bureaux/commerciaux d'une superficie totale supérieure à 17 000 000 mètres carrés.

Slovaquie

Le système de chauffage centralisé de la Slovaquie couvre plus de 54 % de la demande globale de chaleur. En 2015, environ 1,8 million de citoyens, soit 35 % de la population totale de la Slovaquie, étaient desservis par le chauffage urbain. L'infrastructure a été construite principalement dans les années 1960 et 1980. Ces dernières années, d'importants investissements ont été réalisés pour accroître la part des sources d'énergie renouvelables et l'efficacité énergétique dans les systèmes de chauffage urbain. La production de chaleur provient principalement de sources de gaz naturel et de biomasse, et 54 % de la chaleur du chauffage urbain est générée par cogénération. Le système de distribution se compose de 2800 km de canalisations. L'eau chaude et l'eau chaude sont les caloporteurs les plus courants, mais le transport de vapeur à haute pression plus ancien représente encore environ un quart de la distribution primaire, ce qui entraîne davantage de pertes dans le système. En termes de structure de marché, il y avait 338 fournisseurs de chaleur autorisés à produire et/ou distribuer de la chaleur en 2016, dont 87 % étaient à la fois producteurs et distributeurs. La plupart sont de petites entreprises qui opèrent dans une seule commune, mais certaines grandes entreprises comme Veolia sont également présentes sur le marché. L'État possède et exploite de grandes centrales de cogénération qui produisent du chauffage urbain et de l'électricité dans six villes (Bratislava, Košice, Žilina, Trnava, Zvolen et Martin). Plusieurs entreprises peuvent opérer dans une même ville, ce qui est le cas dans les grandes villes. Une grande partie de l'eau chaude sanitaire est produite par de petites chaudières à gaz naturel connectées à des blocs de bâtiments. En 2014, près de 40 % de la production totale de DH provenait de chaudières au gaz naturel, autres que la cogénération.

Suède

La Suède a une longue tradition d'utilisation du chauffage urbain dans les zones urbaines. En 2015, environ 60% des maisons suédoises (privées et commerciales) étaient chauffées par le chauffage urbain, selon l'association suédoise du chauffage urbain. La ville de Växjö a réduit sa consommation de combustibles fossiles de 30 % entre 1993 et ​​2006, et visait une réduction de 50 % d'ici 2010. Cet objectif devait être atteint en grande partie grâce au téléchauffage à la biomasse. Un autre exemple est l'usine d' Enköping , combinant l'utilisation de plantations à courte rotation tant pour le carburant que pour la phytoremédiation.

47% de la chaleur générée dans les systèmes de téléchauffage suédois est produite avec des sources de bioénergie renouvelables, ainsi que 16% dans les usines de valorisation énergétique des déchets , 7% est fournie par des pompes à chaleur , 10% par condensation des fumées et 6% par l'industrie récupération de chaleur perdue . Les autres sont principalement des combustibles fossiles : pétrole (3 %), gaz naturel (3 %), tourbe (2 %) et charbon (1 %).

En raison de la loi interdisant les décharges traditionnelles , les déchets sont couramment utilisés comme combustible.

Royaume-Uni

Tour d'accumulateur de chauffage urbain et ateliers sur le Churchill Gardens Estate, Pimlico , Londres. Cette usine utilisait autrefois la chaleur résiduelle provenant de la centrale électrique de Battersea de l'autre côté de la Tamise . (janvier 2006)

Au Royaume-Uni, le chauffage urbain est devenu populaire après la Seconde Guerre mondiale, mais à une échelle restreinte, pour chauffer les grands ensembles résidentiels qui ont remplacé les zones dévastées par le Blitz . En 2013, il y avait 1 765 systèmes de chauffage urbain dont 920 basés à Londres seulement. Au total, environ 210 000 foyers et 1 700 entreprises sont alimentés par des réseaux de chaleur au Royaume-Uni.

L' entreprise de chauffage urbain de Pimlico (PDHU) est devenue opérationnelle pour la première fois en 1950 et continue de s'étendre à ce jour. Le PDHU s'appuyait autrefois sur la chaleur résiduelle de la centrale électrique de Battersea, aujourd'hui désaffectée , sur la rive sud de la Tamise . Il est toujours en fonctionnement, l'eau étant désormais chauffée localement par un nouveau centre énergétique qui intègre 3,1 MWe / 4,0 MWth de moteurs de cogénération au gaz et 3 chaudières à gaz de 8 MW.

L'un des plus grands systèmes de chauffage urbain du Royaume-Uni est EnviroEnergy à Nottingham . L'usine initialement construite par Boots est maintenant utilisée pour chauffer 4 600 maisons et une grande variété de locaux commerciaux, notamment le Concert Hall , le Nottingham Arena , les Victoria Baths, le Broadmarsh Shopping Center , le Victoria Center et bien d'autres. La source de chaleur est un incinérateur de valorisation énergétique . L'Écosse possède plusieurs systèmes de chauffage urbain, le premier au Royaume-Uni étant installé à Aviemore et d'autres à Lochgilphead, Fort William et Forfar.

Le réseau de chauffage urbain de Sheffield a été créé en 1988 et continue de s'étendre aujourd'hui. Il permet d'économiser l'équivalent de 21 000 tonnes de CO2 chaque année par rapport aux sources d'énergie conventionnelles – l'électricité du réseau national et la chaleur générée par les chaudières individuelles. Il y a actuellement plus de 140 bâtiments connectés au réseau de chauffage urbain. Il s'agit notamment de monuments de la ville tels que l' hôtel de ville de Sheffield , le Lyceum Theatre , l' université de Sheffield , l' université de Sheffield Hallam , des hôpitaux, des magasins, des bureaux et des installations de loisirs ainsi que 2 800 maisons. Plus de 44 km de canalisations souterraines fournissent de l'énergie qui est générée à l'installation de récupération d'énergie de Sheffield . Celui-ci transforme 225 000 tonnes de déchets en énergie, produisant jusqu'à 60 MWe d'énergie thermique et jusqu'à 19 MWe d'énergie électrique.

Le Southampton District Energy Scheme a été construit à l'origine pour utiliser uniquement l' énergie géothermique , mais utilise désormais également la chaleur d'un générateur de cogénération au gaz. Il fournit du chauffage et du refroidissement urbain à de nombreux grands locaux de la ville, notamment le centre commercial Westquay , l'hôtel De Vere Grand Harbour, le Royal South Hants Hospital et plusieurs programmes de logement. Dans les années 1980, Southampton a commencé à utiliser le chauffage urbain combiné à la chaleur et à l'électricité, profitant de la chaleur géothermique « piégée » dans la région. La chaleur géothermique fournie par le puits fonctionne en conjonction avec le système de production combinée de chaleur et d'électricité. L'énergie géothermique fournit 15 à 20 %, le mazout 10 % et le gaz naturel 70 % de l'apport total de chaleur pour ce système et les générateurs combinés de chaleur et d'électricité utilisent des combustibles conventionnels pour produire de l'électricité. La « chaleur résiduelle » issue de ce procédé est récupérée pour être distribuée sur le réseau de 11 km.

Le système de chauffage urbain de Lerwick est remarquable car il s'agit de l'un des rares systèmes où un système entièrement nouveau a été ajouté à une petite ville déjà existante.

ADE dispose d'une carte en ligne des installations de chauffage urbain au Royaume-Uni. L'ADE estime que 54 % de l'énergie utilisée pour produire de l'électricité est gaspillée par la production d'électricité conventionnelle, ce qui représente 9,5 milliards de livres sterling (12,5 milliards de dollars américains) par an.

Espagne

Amérique du Nord

En Amérique du Nord, les systèmes de chauffage urbain se répartissent en deux catégories générales. Ceux qui appartiennent à et desservent les bâtiments d'une seule entité sont considérés comme des systèmes institutionnels. Tous les autres entrent dans la catégorie commerciale.

Canada

Le chauffage urbain devient une industrie en pleine croissance dans les villes canadiennes, avec de nombreux nouveaux systèmes construits au cours des dix dernières années. Certains des principaux systèmes au Canada comprennent :

  • Calgary : ENMAX exploite actuellement le Calgary Downtown District Energy Centre qui chauffe jusqu'à 10 000 000 pieds carrés (930 000 m 2 ) de bâtiments résidentiels et commerciaux nouveaux et existants. Le District Energy Centre a commencé ses activités en mars 2010 et a fourni de la chaleur à son premier client, l'immeuble municipal de la ville de Calgary.
  • Edmonton : La communauté de Blatchford , qui est actuellement développée sur le terrain de l'ancien aéroport du centre-ville d'Edmonton , lance un système de partage d'énergie de quartier (DESS) en plusieurs phases. Un champ de géo-échange a été mis en ligne en 2019, et le service public d'énergie de Blatchford est en phase de planification et de conception d'un système d'échange de chaleur pour les eaux usées.
  • Hamilton , en Ontario, possède un système de chauffage et de refroidissement urbain au centre-ville, exploité par HCE Energy Inc.
  • Montréal dispose d'un système de chauffage et de refroidissement urbain au centre-ville.
  • Toronto :
    • Enwave fournit du chauffage et du refroidissement urbains au centre-ville de Toronto , y compris une technologie de refroidissement en profondeur des lacs, qui fait circuler l'eau froide du lac Ontario à travers des échangeurs de chaleur pour refroidir de nombreux bâtiments de la ville.
    • Creative Energy est en train de construire un système énergétique urbain combiné à la chaleur et à l'électricité pour le développement du village de Mirvish .
  • Surrey : Surrey City Energy, propriété de la ville, fournit du chauffage urbain au quartier du centre- ville de la ville .
  • Vancouver :
    • L'installation de Creative Energy sur Beatty Street fonctionne depuis 1968 et fournit une centrale de chauffage au centre-ville de Vancouver . En plus de chauffer 180 bâtiments, le réseau de distribution de chaleur centrale pilote également une horloge à vapeur . Des travaux sont actuellement en cours pour déplacer l'installation du gaz naturel vers l'équipement électrique.
    • Un système de chauffage urbain à grande échelle connu sous le nom de Neighbourhood Energy Utility dans la région du sud-est de False Creek est en exploitation initiale avec des chaudières au gaz naturel et dessert le village olympique de 2010. Le système de récupération de chaleur des eaux usées non traitées a commencé à fonctionner en janvier 2010, fournissant 70 % de la demande annuelle d'énergie, avec des travaux de modernisation en cours pour retirer l'installation de sa consommation restante de gaz naturel.
  • Windsor, en Ontario, dispose d'un système de chauffage et de refroidissement urbain au centre-ville.
  • Drake Landing Solar Community , AB, est de petite taille (52 maisons) mais remarquable pour avoir le seul système de chauffage solaire central en Amérique du Nord.
  • London, Ontario et Charlottetown, Î.-P.-É. possèdent des systèmes de cogénération de chauffage urbain détenus et exploités par Veresen .
  • Sudbury, en Ontario, possède un système de cogénération de chauffage urbain dans son centre-ville, ainsi qu'une centrale de cogénération autonome pour l' Hôpital régional de Sudbury . De plus, Naneff Gardens, un nouveau lotissement résidentiel près de Donnelly Drive dans le quartier Garson de la ville , dispose d'un système de chauffage urbain géothermique utilisant une technologie développée par une entreprise locale, Renewable Resource Recovery Corporation.
  • Ottawa, contient un important système de chauffage et de refroidissement urbain desservant le grand nombre d'édifices du gouvernement fédéral de la ville. La boucle du système contient près de 4 000 m 3 (1 million de gal US) d'eau réfrigérée ou chauffée à tout moment.
  • Cornwall, en Ontario, exploite un système de chauffage urbain qui dessert un certain nombre d'édifices et d'écoles de la ville.
  • Markham, Ontario : Markham District Energy exploite plusieurs sites de chauffage urbain :
    • Warden Energy Centre (vers 2000), Clegg Energy Centre et Birchmount Energy Centre desservant les clients de la région de Markham Centre
    • Bur Oak Energy Center (vers 2012) au service des clients de la région de Cornell Center

De nombreuses universités canadiennes exploitent des centrales de chauffage sur les campus.

États Unis

La Holly Steam Combination Company a été la première entreprise de chauffage à vapeur à distribuer commercialement le chauffage urbain à partir d'un système de chauffage central à vapeur. En 2013, environ 2 500 systèmes de chauffage et de refroidissement urbains existaient aux États-Unis, sous une forme ou une autre, la majorité fournissant de la chaleur.

  • Consolidated Edison of New York (Con Ed) exploite le système de vapeur de la ville de New York , le plus grand système de chauffage urbain commercial aux États-Unis. Le système fonctionne en continu depuis le 3 mars 1882 et dessert l'île de Manhattan depuis la batterie jusqu'à la 96e rue. En plus de chauffer l'espace et l'eau, la vapeur du système est utilisée dans de nombreux restaurants pour la préparation des aliments, pour la chaleur de processus dans les blanchisseries et les nettoyeurs à sec, et pour alimenter les refroidisseurs à absorption pour la climatisation . Le 18 juillet 2007, une personne a été tuée et de nombreuses autres blessées lorsqu'un tuyau de vapeur a explosé sur la 41e rue à Lexington. Le 19 août 1989, trois personnes sont tuées dans une explosion à Gramercy Park .
  • Milwaukee , dans le Wisconsin , utilise le chauffage urbain pour son quartier central des affaires depuis que la centrale électrique de Valley a commencé à fonctionner en 1968. [15] La qualité de l'air à proximité immédiate de la centrale a été mesurée avec une réduction significative des niveaux d'ozone. La conversion de la centrale en 2012, qui a changé l'apport de combustible du charbon au gaz naturel , devrait encore améliorer la qualité de l'air au niveau du capteur local César Chavez ainsi que des capteurs antarctiques. motifs pour les faucons pèlerins .
  • Le système de vapeur urbain de Denver est le plus ancien système de chauffage urbain commercial exploité en continu au monde. Il a commencé son service le 5 novembre 1880 et continue de servir 135 clients. Le système est partiellement alimenté par la station de cogénération Xcel Energy Zuni , qui a été construite à l'origine en 1900.
  • NRG Energy exploite des réseaux de district dans les villes de San Francisco, Harrisburg , Minneapolis , Omaha , Pittsburgh et San Diego .
  • Seattle Steam Company , un système de district exploité par Enwave, à Seattle. Enwave exploite également un système de chauffage urbain à Chicago , Houston , Las Vegas , Los Angeles , La Nouvelle-Orléans et Portland ainsi que d'autres villes canadiennes.
  • Hamtramck Energy Services (HES) exploite un système de district à Detroit qui a commencé à fonctionner à la station Willis Avenue en 1903, à l'origine exploité par Detroit Edison, maintenant DTE Energy .
  • Lansing Board of Water & Light , un système de services publics municipal de Lansing, dans le Michigan, exploite un système d'eau chauffée et réfrigérée à partir de sa centrale au charbon existante. Ils ont annoncé que leur nouvelle centrale de cogénération au gaz naturel continuera de fournir ce service.
  • Cleveland Thermal exploite un réseau de vapeur (depuis 1894) à partir de l'usine de Canal Road près de The Flats et un système de refroidissement urbain (depuis 1993) à partir de l'usine de Hamilton Avenue sur les falaises à l'est du centre-ville.
  • Veresen exploite des centrales de chauffage urbain/cogénération à Ripon, en Californie et à San Gabriel, en Californie .
  • Veolia Energy, successeur de la 1887 Boston Heating Company, exploite un système de district de 26 miles (42 km) à Boston et Cambridge, Massachusetts , et exploite également des systèmes à Philadelphie PA, Baltimore MD, Kansas City MO, Tulsa OK, Houston TX et d'autres villes.
  • District Energy St. Paul exploite le plus grand système de chauffage urbain à eau chaude en Amérique du Nord et produit la majorité de son énergie à partir d'une centrale combinée de chaleur et d'électricité alimentée à la biomasse adjacente. En mars 2011, un panneau solaire thermique de 1 MWh a été intégré au système, composé de 144 panneaux solaires de 20' x 8' installés sur le toit d'un bâtiment client, RiverCentre.
  • Le département californien des services généraux gère une usine centrale fournissant du chauffage urbain à quatre millions de pieds carrés dans 23 bâtiments appartenant à l'État, y compris le Capitole de l'État, à l'aide de chaudières à vapeur à haute pression.

Historiquement, le chauffage urbain était principalement utilisé dans les zones urbaines des États-Unis, mais en 1985, il était principalement utilisé dans les institutions. Une poignée de petites municipalités de la Nouvelle-Angleterre ont maintenu la vapeur municipale jusqu'au 21e siècle, dans des villes comme Holyoke, Massachusetts et Concord, New Hampshire , mais la première mettrait fin au service en 2010 et la seconde en 2017, attribuant les infrastructures vieillissantes et les dépenses en capital à leur fermetures. En 2019, Concord a remplacé un certain nombre de tuyaux restants par des tuyaux plus efficaces pour un système à vapeur plus petit ne chauffant que la State House et la State Library , principalement pour des raisons de préservation historique plutôt que pour un plan énergétique plus large.

L'intérieur de la chaufferie BGSU

Le chauffage urbain est également utilisé sur de nombreux campus universitaires, souvent en combinaison avec le refroidissement urbain et la production d'électricité. Les collèges utilisant le chauffage urbain comprennent l' Université du Texas à Austin ; Université Rice ; Université Brigham Young ; Université de Georgetown ; l' Université Cornell , qui utilise également le refroidissement par source d' eau profonde en utilisant les eaux du lac Cayuga à proximité ; Université Purdue ; Université du Massachusetts Amherst ; Université de Notre Dame ; Université d'État du Michigan ; Université de l'Est du Michigan ; Case Western Reserve University ; Université d'État de l'Iowa ; Université du Delaware ; Université du Maryland, College Park , Université du Wisconsin-Madison , Université de Géorgie , Université de Cincinnati , North Carolina State University et plusieurs campus de l' Université de Californie . Le MIT a installé un système de cogénération en 1995 qui fournit de l'électricité, du chauffage et de la climatisation à 80 % des bâtiments de son campus. L' Université du New Hampshire possède une centrale de cogénération fonctionnant au méthane provenant d'une décharge adjacente, fournissant à l'Université 100 % de ses besoins en chaleur et en électricité sans brûler de pétrole ou de gaz naturel. L'Université d'État du Dakota du Nord (NDSU) à Fargo, dans le Dakota du Nord, utilise le chauffage urbain depuis plus d'un siècle à partir de sa centrale de chauffage au charbon.

Asie

Japon

87 entreprises de chauffage urbain opèrent au Japon, desservant 148 districts.

De nombreuses entreprises exploitent des installations de cogénération de quartier qui fournissent de la vapeur et/ou de l'eau chaude à de nombreux immeubles de bureaux. De plus, la plupart des opérateurs du Grand Tokyo desservent le refroidissement urbain.

Chine

Dans le sud de la Chine , il n'y a pratiquement pas de systèmes de chauffage urbain. Dans le nord de la Chine, les systèmes de chauffage urbain sont courants. La plupart des systèmes de chauffage urbain qui sont uniquement destinés au chauffage au lieu de la cogénération utilisent de la houille . Étant donné que la pollution de l'air en Chine est devenue assez grave, de nombreuses villes utilisent désormais progressivement le gaz naturel plutôt que le charbon dans le système de chauffage urbain. Il existe également une certaine quantité de systèmes de chauffage géothermique et de pompe à chaleur marine .

En février 2019, la State Power Investment Corporation (SPIC) de Chine a signé un accord de coopération avec le gouvernement municipal de Baishan dans la province de Jilin pour le projet de démonstration de chauffage à énergie nucléaire de Baishan, qui utiliserait un réacteur DHR-400 de la China National Nuclear Corporation (réacteur de chauffage de district 400 MWt ). Le coût de la construction est de 1,5 milliard de yuans (230 millions de dollars), ce qui prend trois ans.

Pénétration du marché

La pénétration du chauffage urbain (DH) sur le marché de la chaleur varie selon les pays. La pénétration est influencée par différents facteurs, notamment les conditions environnementales, la disponibilité des sources de chaleur, l'économie et le cadre économique et juridique. La Commission européenne vise à développer des pratiques durables grâce à la mise en œuvre de technologies de chauffage et de refroidissement urbains. [16]

En 2000, le pourcentage de maisons alimentées par le chauffage urbain dans certains pays européens était le suivant :

Pays Pénétration (2000)
Islande 95%
Danemark 64,4% (2017)
Estonie 52%
Pologne 52%
Suède 50%
République Tchèque. 49%
Finlande 49%
Slovaquie 40%
Russie 35%
Allemagne 22% (2014)
Hongrie 16%
L'Autriche 12,5%
La France 7,7% (2017)
Pays-Bas 3%
Royaume-Uni 2%

En Islande, l'influence positive prédominante sur la DH est la disponibilité de chaleur géothermique facilement captée . Dans la plupart des pays d'Europe de l'Est, la planification énergétique comprenait le développement de la cogénération et du chauffage urbain. L'influence négative aux Pays-Bas et au Royaume-Uni peut être attribuée en partie à un climat plus doux, ainsi qu'à la concurrence du gaz naturel . La taxe sur les prix intérieurs du gaz au Royaume-Uni représente un tiers de celle de la France et un cinquième de celle de l'Allemagne.

Voir également

Notes de bas de page

Liens externes