Direction territoriale Ouest

Réseaux de chaleur

Odile Lefrère – Pôle Réseaux de Chaleur | CVRH Nantes 2015

24 janvier 2014

Séquence III 

III.0) Rappel : Développement des réseaux de chaleur

4 axes pour développer les réseaux de chaleur renouvelable sur un territoire Salut, nous sommes

les 4 axes de développement

des réseaux de chaleur

renouvelable.

1. ConversionSubstitution d’une énergie fossile par une énergie renouvelable dans un réseau existant

● Solution la plus simple du point de vue aménagement/urbanisme

Territoires concernés :zones urbaines (implantation majoritaire des réseaux existants)

Un exemple...Réseau de chaleur de Cergy-Pontoise :

Avant 2009 :2009 : installation d’une chaufferie boisAprès 2009 :

UIOM charbon f

UIOM bois gaz

Phot

o bi

oene

rgie

-pro

mot

ion.

fr

25000 logements et 600000m² de bureaux passent de 45 % à 70 % de chaleur renouvelable, sans travaux sur les bâtiments ou dans les rues

2. DensificationRaccordement de bâtiments proches du tracé d’un réseau existant

● Travaux de voirie : quelques mètres de canalisation par bâtiment● Bâtiments : doivent être compatibles (pas de chauffage

électrique) + nécessite l’accord du propriétaire

Territoires concernés :zones urbaines (implantation majoritaire des réseaux existants)

3. ExtensionCréation de nouvelles branches sur un réseau existant

● Deux cas : vers quartier existant ou vers quartier neuf/réhabilité● Existant : travaux de voirie + accès aux bâtiments ● Neuf : plus simple mais le coût doit être compatible avec les

besoins

Territoires concernés :zones urbaines et péri-urbaines

Nantes Centre-LoireUn important projet d’extension en zone urbanisée● Réseau créé en

19872013-2017 :

● Ajout chaufferie bois● De 22 km à 85 km● De 16000 à 41000

équivalents-logements

Réalisation à suivre !

4. CréationCréation d’un réseau neuf (chaufferie et réseau de distribution)

● Solution la plus lourde à insérer sur un territoire : travaux chaufferie + canalisations + bâtiments ; travail politique

● Plus facile lorsque lié à un événement urbain (rénovation urbaine, nouveau quartier...)

Territoires concernés :urbain, péri-urbain, petites villes, communes rurales

4. CréationCréation d’un réseau neuf (chaufferie et réseau de distribution)

● Exemple 1 - Rural : réseau de chaleur de Plouaret (Côte d’Armor)

● Petit réseau bois créé en 2004 pour alimenter des bâtiments publics

● Investissement amorti en seulement 11 ans, compte tenu de l’évolution du prix du fioul (vs. bois) depuis 2004

4. CréationCréation d’un réseau neuf (chaufferie et réseau de distribution)

● Exemple 2 - Urbain : réseau de chaleur de l’écoquartier Ste-Geneviève (Nanterre)

● Petit réseau géothermie/chaleur des eaux usées/gaz

● Créé en même temps que l’écoquartier, sur une ancienne friche industrielle → facilite les travaux de canalisations, l’implantation de la chaufferie et élimine le problème de conversion des bâtiments

● DSP sur 25 ans

III.1) Sources d’énergie des réseaux de chaleur

Un atout important des réseaux de chaleur :

l’évolutivité des sources d’énergie, la

capacité à

exploiter des sources très

variées.Image CC bjornmeansbear / Compfight

Principales énergies utilisées par les réseaux de chaleur en France

● Bouquet énergétique actuel :

Source : bilan de l’année 2013 – FEDENE pour MEDDE

Décomposition des 40 % EnR&R

Charbon - Fioul

● Charbon = principal combustible utilisé historiquement

● Avantage :● RAS

● Inconvénients :✔ Pollution particules✔ Empreinte carbone✔ Dépendance énergétique

Gaz Naturel

● Avantages :✔ Prix de la chaudière✔ Flexibilité arrêt/marche✔ Amplitude de fonctionnement✔ Place✔ Prix du combustible (aujourd’hui)

● Inconvénients :✔ Dépendance énergétique du territoire✔ Volatilité des prix✔ Impact environnemental

Cogénération...● Production « conjointe »

d’électricité et de chaleur● Avantages :

✔ Amélioration du rendement

✔ Plus faible empreinte carbone

✔ Possible avec la biomasse

● Inconvénients :✔ Fin des contrats

d’obligation d’achat✔ Faible rentabilité sur le

marché éléc✔ Fonctionnement en base✔ Besoin de chaleur...

Source : bio énergie

● La France, un mauvais élève : 17 % de la chaleur des RdC est issue de la cogénération contre 63 % en moyenne en Europe

✔ Problème : chaleur de récupération ou non ?

Crédit photo : meteocity

Cogénération...

La cogénération en attente en France :

● Changement des contrats de rachat d'électricité issus des cogénérations

● Seules les installations <12MW ont le droit de reconduire ces contrats moyennant rénovation

● Marché de capacité pas encore en vigueur (pour 2016)● Selon les collectivités et exploitants, la vente sur le marché de gros

n'est plus assez rémunératrice

UIOM

● 32 % des déchets municipaux sont incinérés avec valorisation● En 2012 production de 12 708 GWh (dont 8 494 GWth)● 82 UIOM sur 113 valorisent les déchets sous forme thermique

ou en cogé. ● 1231 kWhth/tonne contre 436kWhel/tonne● Environ 25 % de la chaleur distribuée par les réseaux

UIOM

Chaleur Fatale Industrielle

● L’Europe et la France pousse à la valorisation de la chaleur fatale industrielle

● Étude de potentiel nécessaire (voir étude Ademe-forest ING en NPDC)

● Avantages :✔ Lien industriel/territoire✔ Énergie perdue autrement✔ Permet aux industriels d’améliorer

leur EE✔ Revenu supplémentaire

● Inconvénients :✔ Horizons de temps différents pour le TRI✔ Quel back-up si délocalisation ou fermeture ?

Chaleur Fatale Industrielle● En 2013, la consommation en Ef de l’Industrie =20 %● Les industries utilisent de l’énergie pour transformer les

matières premières en produits finis entre 20 à 50 % de cette énergie est dissipée en chaleur

● Cela représente environ 140 TWh (plus d’¼ de la consommation d’électricité du pays).

L’analyse coûts-avantages● Transposition des articles 14.5 à 14.8 de la directive via le

Décret n° 2014-1363 du 14 novembre 2014. ● L’Arrêté du 9 décembre 2014 précise les catégories

d’installations visées et le contenu

● But : Initier le dialogue entre les industriels rejetant de la chaleur fatale et les propriétaires des réseaux de chaleur capable de l’exploiter

● Principe simplifié :✔ Pour les nouvelles installation ICPE > à 20MW OU pour les

nouveaux réseaux de chaleur ICPE il faut annexer au dossier ICPE une analyse coût-avantages de la valorisation de la chaleur fatale

● Les exceptions :✔ Si déjà valorisation in-situ ou optimisation✔ Installation de production d’électricité✔ Rejet <80°C ou <10 GWh/an✔ Trop loin de la demande (4km si 50GWh/an, 12km si

50 à 250GWh/an et 40km si>250GWh/an)

● Le contenu de l’analyse :✔ description de l'installation prévue/rénovée✔ description de la solution valorisant la chaleur fatale✔ un justificatif des échanges entre le gestionnaire et/ou

le propriétaire de réseau et de l'installation industrielle✔ une analyse économique et financière avec flux de

trésorerie liés aux investissements et à l’exploitation

L’analyse coûts-avantages

Exemple : Réseau de Dunkerque

● Construit en 1985 (2ème plus gros réseau du NPD)● 100 MW, 40 km, 105 clients● 140 000 MWh● 50 000 eq logement● Récupération de chaleur Arcelor-mittal

représente 70 % des besoins● 3 Centrales cogénération● Des perspectives d’évolution

importante toujours dans une optiqueEnR&R>50 %

● Profonde (>200m, usage direct)● Possible uniquement via RC (Mutualisation de l’investissement)

● Avantages :✔ Pas d’intermittence✔ Grosse quantité d’énergie✔ Assurance possible sur la ressource

● Inconvénients :✔ Forte territorialisation de la ressource

(voir cartes BRGM pour connaître la ressource)✔ Soumis au code minier✔ Doublet onéreux

La Géothermie (chaleur)

Puits géothermal du réseau de chaleur de Chelles

La Géothermie (chaleur)

VIDEO : http://www.dalkia.fr/fr/medias/multimedia/2029,geothermie-

source-chaleur-renouvelable.htm

● Profonde (>200m, usage direct) :● Aujourd’hui 0,2Mtep soit 1,4TWh ( PPE

prévoit en 2023 environ 0,5Mtep)● 391 MWth ● Développement surtout en IDF mais autres

zones prometteuses (Aquitaine, Limagne, Bresse, couloir rhodanien)

La Géothermie (chaleur)

● Superficielle (<200m chaleur ET froid)● Individuel mais aussi collectif● Objectif : 0,6Mtep pour PAC indi et 0,25Mtep

géothermie intermédiaire● Thalassothermie, lacs et rivière aussi !

● Avantages :● Très adapté au besoin de chaud et de froid

concomitant (thermo-frigopompe) ● Aussi au besoin de chaud et de froid saisonniers

(free-cooling)● Facilitation grâce à la réforme du code minier (

plus d’info ici)● Disponible partout● Pertinent avec les nouveaux bâtiments

● Inconvénients :● Nécessite PAC (et élec)● Déséquilibre si uniquement chaud ou froid● Emetteurs de chaleur spécifique

La Géothermie (chaleur)

● Exemple : bassin à flot

Vidéo : http://www.bassins-a-flot.fr/reseau-de-chaleur/#

La Géothermie (chaleur)

● Focus sur les boucles d’eau tempérée● Principe : boucle d’eau très basse température souvent

associée à géothermie sur nappe ou sonde (peu de pertes thermiques) avec PACs décentralisées en sous-stations

La Géothermie (chaleur)

● Difficultés : ● Système individuel ou

collectif ? ● Réseau de chaleur ou non (au

regard de la loi ? De la TVA ? De la RT?)

● Comment s’assurer de la performance sur le long terme ?

● Quid de la gestion des échanges ?

La Géothermie (chaleur)

La Géothermie (chaleur)● Pour en savoir plus : la géothermie dans les documents

de planification énergétique territoriale✔ http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-60967-FR.pdf

Le bois- énergie :● Première énergie renouvelable de France (presque 50%)● 1000m cube de bois= 1 emploi de proximité● Objectif PPE (2023) : 13Mtep (pas que réseaux)● Par les RC : 3 000 GWh (10%) ● Plus de détails demain....

La problématique de la ressource bois

● Le stock mobilisable est considérable au plan national (top 3 d’Europe):

● +8 Mtep/an immédiatement disponibles (déchets + part inexploitée de sylviculture)

● +25 Mtep/an possibles en menant une politique volontariste sur la filière bois

● Mais la filière bois est insuffisamment structurée

● Situation pouvant devenir tendue à court terme dans certaines régions

● Pour en savoir plus : étude Ademe sur l’évaluation du gisement bois énergie

Schéma : Dalkia

Gisement bois-énergie (IFN, 2004)

Exemple de projet :la chaufferie bois de Bréteuil● Chaufferie combinant 2 chaudières :

● Bois (2 MW) : fonctionne en base● Gaz (6 MW) : fonctionne lorsque la t° extérieure est inférieure à

-5°C● Le bois assure 92 % de la production de chaleur

● Centralisé : ferme solaire● Aucun impact visuel sur les

bâtiments● Impact plus important sur le

paysage● Libère de la contrainte

d’orientation du bâti● Tension sur l’usage des sols

● Décentralisé : en toitures, raccordé au réseau

● Impact visuel identique au solaire autoconsommé

● Améliore l’efficacité par la mise en réseau

Le solaire thermique

● Très peu développé sur réseau● Objectif PPE : 0,3Mtep

● Avantages● Meilleur rendement/m² que le photovoltaïque● Besoin d’ECS toute l’année

● Inconvénients● En appoint seulement● Mauvaise prise en compte dans la RT sur réseau

● En savoir plus : solaire thermique et réseaux de chaleur (Amorce)

Le solaire thermique

Territorialité des énergies● Les réseaux de chaleur vertueux font appel à des

ressources liées aux territoires :

● Le bois est prélevé localement

● La géothermie n’est pas disponible partout

● Les UIOM et autres gisements de chaleur fatale sont disséminés sur les territoires

● → Prioriser les ressources par ordre de disponibilité sur le territoire

✔ Ex : NPDC – chaleur fatale ✔ Ex : Aquitaine - géothermie puis biomasse

● L’Ademe sensible à ce point

Conséquences négatives :

● Le montage d’un projet de réseau de chaleur est plus compliqué qu’un projet de réseau gaz ou électricité : il faut s’assurer de la disponibilité pérenne des énergies sur le territoire concerné

Conséquences positives :

● Le développement d’un réseau de chaleur renforce la résilience du territoire : on investit dans des infrastructures (chaufferies, canalisations) et des organisations locales (ex. : filière bois) → on consolide le territoire par rapport aux aléas extérieurs

● Les factures de chauffage bénéficient à l’économie locale

● Déficit énergétique de la France : 70 milliards d’euros/an● Gaz, pétrole : importés à 99 %● Uranium : importé à 100 %

III.2) Quelques innovations

Les réseaux de froid

● Une vingtaine en France

● Principe : réseau de chaleur inversé

● Développement lié à :● Densification des villes● Augmentation de la demande de confort● Bâtiments de plus en plus isolés

● Intérêt :● Centralisation des nuisances liées à la

production de froid● 5 à 10 fois plus efficace (énergie et GES)

que la climatisation électrique classique

Climatisation décentralisée classique

Photo geographica.net

En toiture... … ou en façade

Des équipements pour produire le froid / évacuer la chaleur, au niveau des bâtiments...

Photo Kari Pikkakangas / T&D World

Climatisation par réseau de froid

Mairie de Chicago

Aucun équipement à l’extérieur des bâtiments...

… ni sur les toitures...

Le Louvre

… ni sur les façades

Photo Wikimedia Commons

VIDEO

Climatisation par réseau de froid

Les réseaux basse température● Température habituelle des réseaux de chaleur : 90-110°C

● Réseau basse température : 70-80°C

● Intérêt : ● Réduction des pertes thermiques → meilleure efficacité énergétique● Adaptation aux émetteurs basse température (planchers chauffants...)● Capacité à mobiliser plus de sources de chaleur

● Inconvénients :● Peu adapté au bâti ancien● Nécessite des interventions sur le réseau de distribution → plutôt pour des réseaux neufs

● Tous les réseaux mis en place dans des quartiers neufs post-2010 sont en basse température● Possibilité d'étendre en basse température un réseau haute température

● Également : sur-isolation, variabilité instantanée des températures ou des débits, optimisation des sous-stations, etc.

Quelle innovation urbaine a pu se développer plus facilement grâce aux réseaux de chaleur ?

Le métro

Les stations d’épuration collectives

Les gratte-ciels

Quelle innovation urbaine a pu se développer plus facilement grâce aux réseaux de chaleur ?

Le métroLes stations d’épuration collectivesLes gratte-ciels

CC Jiuguang Wang

En centralisant la combustion nécessaire à la production de chaleur, on a pu éliminer le besoin de cheminées sur les toits des logements

Laquelle de ces sources d’énergie est exploitée par un réseau de chaleur ?

Noyaux de fruits

Chaleur d’un crématorium

Chaleur de serveurs informatiques

Laquelle de ces sources d’énergie est exploitée par un réseau de chaleur ?

Noyaux de fruits d’une usine Andros → réseau de Cransac (Aveyron)Crématorium → Halmstad (Suède), Aalborg (Danemark)Datacenter → réseau Val d’Europe (Marne-la-Vallée), campus Amazon (Seattle

Noyaux de fruits

Chaleur d’un crématorium

Chaleur de serveurs informatiques

Les nouvelles énergiesDe nouvelles sources d’énergie

● Principe : élargir le panel d’énergies renouvelables et de récupération mobilisées

● Plutôt en appoint de sources « massives » (bois, UIOM...)

● Quelques réalisations ponctuelles, développement plutôt pour après 2020

Les nouvelles sources d’énergie

● Video data centers

Le stockage d’énergie

● Techniquement au point depuis l'invention de l'eau chaude

● Développement dans les réseaux de chaleur pour lisser les pics de demande d'énergie

● Stockage journalier (ballon)● Stockage inter-saisonnier

● Amélioration de l'efficacité et du bouquet énergétique (pas d'appoint fossile pour les pointes)

● Innovations :● Réduction de l'encombrement : stockage dans des aquifères

souterrains (lien avec géothermie), stockage latent (changement d'état d'un fluide), stockage chimique...

● Stockage, par le réseau de chaleur, du surplus de production électrique (éolienne, solaire PV, cogénération...)

Homme des cavernes dans sa piscine d'eau chaude –

250000 av. JC

Photo Geico

Photo Eurosun via INES

Stockage inter-saisonnier de 12000m3 (Friedrichshaffen, Allemagne)

Les réseaux intelligents

● Réseau de transfert entre les bâtiments :● Ville = cohabitation de bâtiments consommateurs d'énergie, de bâtiments passifs et

de bâtiments producteurs d'énergie● Le réseau de chaleur permet l'échange d'énergie entre bâtiments● Le réseau de chaleur permet de décorréler l'instant de production et l'instant de

consommation (stockage + mutualisation)

● Réseau capable de gérer plusieurs sources d'énergie suivant plusieurs paramètres variables dans le temps (ensoleillement, vent, appel de puissance, prix de l'électricité, température extérieure...)

● Multi-source et décentralisation avec PAC● Micro réseaux● Boucle d’eau tempérée● Réversibilité chaud/froid● Stockage● Smart grid multi énergie

Solidarité énergétique des territoires : ne pas oublier les liens neufs/anciens

Les réseaux intelligents

RT2012 BeposProduction d’EnR&R

● Attention énergie ≠ électricité seule...différents vecteurs

Source : coolpac

Source : www.developpementdurable.org

Source : ville-levallois.fr

Source : actu-environnement.fr

Les réseaux intelligents et les bepos

● Bâtiment ou quartier Bepos (quapos, tepos) : échelle ? ● Échange de chaleur et de froid entre bâtiments :

Réseau centralisé Réseau diffus

Mutualisation du stockage centralisé et diffus

Un peu de smart

Beaucoup de Smart

Les réseaux intelligents et les bepos

Exemple Paris- Saclay

● Quid du comptage et de la formule appropriée pour la chaleur donnée/consommée/produite?

● Quid du rachat de chaleur ou de froid et de la facturation ?

● Quid du froid renouvelable?

● Quid de l’échelle bâtiment/quartier et du lien code urbanisme et code construction (échange d’énergie quartier bâtiment) ?

Les défis des réseaux 2.0

III.3) Les étapes d’un projet de RC

Source : réseaux de chaleur en Rhône alpes

Comme beaucoup de projets...

Étude d’opportunité● Identifier le projet et les partenaires locaux (ALEC, Ademe, etc)

● Identifier le maître d’ouvrage

● Définir les contours du projet (avec des variantes)

● Établir la synthèse des consommations (besoins de chauffage,

d’ECS...)

● Présentation technique succincte et pré- dimensionnement

● Décrire les possibilités locales d’approvisionnement en

combustible bois

● Fournir les éléments économiques et juridiques de cadrage d’une

future opération

Focus sur le foisonnement

Étude de faisabilité● étudier et de montrer la faisabilité technique du projet,● chiffrer le projet puis de réaliser une analyse technico-économique,● étudier les solutions en matière de montage juridique,● permettre au Maître d’Ouvrage de prendre une décision pour la

réalisation ou non de son équipement

● Loi MOP (art2)✔ Il appartient au maître de l’ouvrage, après s’être assuré de la

Faisabilité et de l’opportunité de l’opération envisagée:-d’en déterminer la localisation, le programme, -d’en arrêter l’enveloppe financière prévisionnelle, -d’en assurer le financement, -de choisir le processus selon lequel l’ouvrage sera réalisé et -de conclure, avec les maîtres d’œuvre et entrepreneurs qu‘il choisit, les contrats ayant pour objet les études et l’exécution des travaux(...) Le programme et l’enveloppe financière prévisionnelle, définis avant tout commencement des avant-projets, pourront toutefois être précisés par le maître d’ouvrage avant tout commencement des études de projet.

Étude de faisabilité● Ce que contient l’étude :

✔ Bilan existant

✔ Étude thermique

✔ Étude d’approvisionnement

✔ Étude technique

✔ Analyse économique

✔ Bilan environnemental

✔ Conclusion

Études de conception● Etude technico-économique complémentaire (souvent une

actualisation des données)● Établissement du programme fonctionnel et organisationnel avec

programmation des travaux,…)● Dossiers de consultation pour le choix:

✔ Équipe de maîtrise d’œuvre (architecte, économiste, bureau de contrôle,…)

✔ Exploitant✔ Fournisseur de combustible bois✔ Délégataire (le cas échéant)

● Analyse des offres et rapports au maître d’ouvrage● Assistance juridique :

✔ au montage de la régie (statuts, compte administratif prévisionnel, règlement de service, polices d’abonnement)

✔ à la définition de la délégation de service public

Réalisation

● S’assurer du planning et re-phaser avec les autres acteurs si

nécessaire

● Communiquer sur les travaux et les nuisances entraînées pour les

riverains

● Coordonner avec les autres domaines (aménagement, voirie,

logement, etc.)

● Demande titre V, etc.

Exploitation

● Contrôler

● Communiquer

● Prévoir

III.4) Notions de dimmensionnement

Bilan énergétique

Besoin des abonnés (kWh/an)

● En chauffage, ECS, process✔ Si bâtiment existant : facture ou ratio✔ Si neuf : ratios (ratios des besoins RT)

● Clés de répartition horaire pour calculer la puissance horaire✔ Méthode degré heure pour le chauffage (fichier météo RT)✔ Scénario de puisage pour l’ECS, méthode Th-BCE

● Possibilité de recréer des scénarios d’occupation ● A cette étape, il est possible d’identifier et d’éliminer du périmètre des

bâtiments dont le raccordement est délicat ou non pertinent.

Étape 1 : évaluation des besoins

● En choisissant le diamètre de tuyaux en fonction de la puissance/énergie des abonnées

● En choisissant l’emplacement des sous-station

● Cas idéal : gros consommateur à coté de la chaufferie principale

● Possibilité de servitude de passage

● Éviter les gros obstacles (surcoûts important)

Étape 2 : tracé précis du réseau

● Pertes réseau :✔ Dépend des températures (A/R + extérieur), du diamètre, de

l’isolation des canalisations, nbr d’heure de fonctionnement et du linéaire

✔ Outil de la commission titre V permet de calculer les pertes✔ Abaques du fabricant

Étape 3 : calcul des pertes

● Pertes de génération au niveau de la chaufferie et du stockage :✔ Il s’agit de la différence entre la quantité d’énergie entrant dans

les systèmes de production et la quantité d’énergie fournie● Il faut :

✔ Calculer les appels de puissance✔ Classer les générateurs par ordre de priorité et connaître leurs conditions de

fonctionnement (charge min/max, T°min/max)✔ Calculer les appels de puissance horaire/générateur✔ Calculer le rendement thermique horaire/puissance appelée✔ Calculer les pertes de génération horaires✔ Calculer les pertes de stockage / hydroaccumulation

Étape 4 : calcul des pertes

Rendement d’une chaudière bois par rapport à la puissance appelée

Focus sur le rendement biomasse

Rendement d’une chaudière bois par rapport à la puissance appelée

● Dégradation du rendement avec la diminution de la charge ● Dégradation du rendement avec le taux d’humidité

● Il reste à calculer :✔ Consommation des auxiliaires de génération✔ Consommation des auxiliaires de distribution (pompes)

● Tracer la courbe de charge● Faire le bilan pour connaître la quantité

de combustible en entrée

● Faire de test de sensibilité du projet !✔ Attention aux réseaux basés sur « un » abonné✔ Fonctionnement été ?✔ Chaudières en cascade ou une plus puissante ? ✔ Projection et extension

Étape 5 : bilan de l’énergie entrante et incertitudes

Faire plusieurs scénarios

Les étapes ne se suivent pas réellement mais sont plutôt itératives

● Petit réseau : chute rapide● Gros réseau : chute plus douce

Focus sur la monotone de puissance

Source : biomasse Normandie

Pour du 100 % bois → plusieurs chaudières

bois

● <1000h : petit projet 100 % bois (moins de 100kW)● Environ 2000 h : 100 % ou petit projet bi-énergie● 2000 à 3000h : dimensionnement classique● >3000h : gros projet

● Meilleure couverture bois si plusieurs chaudières ou hydroaccumulation

● Le dimensionnement est primordial✔ Pour assurer le bon fonctionnement✔ Pour améliorer la viabilité financière ✔ Attention au sur-dimensionnement « en prévision de »

Focus sur certains ratios de fonctionnement

● Il n’existe pas de formule magique ou de ratio pour savoir si un réseau sera rentable ou non

● Trop de paramètres géographiques ● Il est nécessaire de faire des études fines à chaque fois● On peut retenir le ratio de 1,5MWh/ml comme un minium pour un

rentabilité correcte (1 pour des petits réseaux ruraux)● La technique ne fait pas tout, la communication aide aussi !

A retenir...

III.5) Notions de coût et analyse économique

Modèle économique des RdC● Un investissement capitalistique

RdC Ecoquartier Hoche Nanterre1,6MW bois et 3,4MW gaz 80 % EnR~900 logements-930 tonnes Co2/an

€€€€€ ?

L’écoquartier du Fort-Issy-les moulineauxDoublet géothermique basse T° (600m)10 000MWh/an78 % EnR~1600 eq. Lgmt-2000 tonnes Co2/an

€€€€€ ?

Aéroport d’Orly 10MW doublet géothermique (1800m) et 38MW gaz40 000MWh/an-9000 tonnes Co2/an

€€€€€€ ?

RdC Ecoquartier Hoche Nanterre1,6MW bois et 3,4MW gaz 80 % EnR~900 logements-930 tonnes Co2/an3,45 millions d’€HT

L’écoquartier du Fort-Issy-les moulineauxDoublet géothermique basse T° (600m)10 000MWh/an78 % EnR~1600 eq. Lgmt-2000 tonnes Co2/an8,4 millions d’€HT

Aéroport d’Orly 10MW doublet géothermique (1800m) et 38MW gaz40 000MWh/an-9000 tonnes Co2/an12,7 millions d’€HT

Modèle économique des RdC● Un investissement capitalistique

Étude ADEME/Perdurance 2009 – Réseau de chaleur bois + appoint gazCoûts d’investissement HT et hors aides publiquesAttention – prudence – Écart type important !!!

puissance bois 250 kW à 1000€/kW + 125m de réseau à 300€/m + études/frais

puissance bois 1 MW à 650€/kW + 500m de réseau à 315€/m + études/frais

puissance bois 4 MW à 500€/kW + 2km de réseau à 480€/m + études/frais

petit

moyen

gros

qqs éq-lgts – dizaines éq-

lgts

dizaines – centaines éq-

lgts

centaines – milliers éq-lgts

330 k€

880 k€

3300 k€

Modèle économique des RdCOrdre de grandeur

Production de chaleur

33%

Chaufferie (hors production de

chaleur)28%

Distribution de chaleur

30%

Etudes et frais9%

Coûts d'investissement : répartition par poste

Source : Etude ADEME/Perdurance 2009Coûts HT et hors aides publiques

Modèle économique des RdCOrdre de grandeur

Modèle économique des RdC● Qui a-t-il dans le prix ?

Un prix global : ● Investissement initial● Exploitation et redevances● Gros entretien et renouvellement

Une facture binomiale : ● Part fixe : R2 (fonction de la puissance)

✔ Exploitation (P2/P3)✔ Amortissement (P4)

● Part Variable : R1 (fonction de la conso)✔ Combustible (P1)

R1 : ● R1 gaz● R1 bois● R1 fuel● R1 XXX

Exemple d’Indexation: ● R1g prix du gaz (STS)● R1b « prix du bois » attention à ne pas indexer le bois

sur du fuel, voir des prix ici http://www.cibe.fr/travaux-cibe-combustibles_143_fr.html

● R1f prix du fuel (FOD)

R1 global● R1= a.R1g+b.R1b+c.R1f+dR1x● Avec :

● a,b,c,d ϵ [0,1] proportion du combustible associé dans le mix énergétique

Modèle économique des RdCLa facture

R2● R21 coût de l’énergie électrique

pour l’éclairage et le fonctionnement des installations de production

● R22 coût du petit entretien, frais administratifs, impôts, etc

● R23 coût du renouvellement et de modernisation des installations

● R24 annuité de financement de l’investissement initial

✔

R2 global● R2= (d.R21+e.R22+f.R23+g.R24)

Exemple d’Indexation: ● R21 prix électricité (El)● R22 prix de prestation de

service (fSD2)● R23 prix BTP (IME, BT40)

Attention● Il s’agit d’exemples● La formation du prix peut être

différente● Quoiqu’il en soit la collectivité

doit être en mesure de la comprendre et de la contrôler

● L’abonné et l’usager aussi...

Modèle économique des RdCLa facture

● La collectivité doit être en mesure de comprendre et de contrôler la facturation (même en DSP...)

● L’abonné et l’usager aussi...● Certains réseaux sont critiqués pour l’opacité de leur

facturation● Certaines collectivités/exploitants mettent en place des

dispositifs pédagogiques et d’échange avec les usagers

Modèle économique des RdCLa facture

Équation économique à résoudre

● Coût d’investissement

● Coût de fonctionnement

● Risque économique

≤● Facturation des

usagers● Aides publiques● Bénéfices non

économiques valorisés par la collectivité

Approximativement :

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Investissement initial :● Travaux GC, voirie,

chaufferie...● Dimensionnement● Type d’énergie ● Technologie

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Investissement initial :● Travaux GC, voirie,

chaufferie...● Dimensionnement● Type d’énergie ● Technologique

Les précautions :● Mutualisation des travaux (autres

réseaux, voiries)● Dimensionnement (attention au

surdimensionnent)● Type d’énergie (connaître les

ressources locales les plus disponibles et les moins chères)

● Avancées technologiques (nouvelles canalisations, chaufferies, etc)

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Focus sur le type d’énergie

Source : amorce – prix de vente de la chaleur 2011

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Le temps● Durée de

l’engagement● Durée des travaux● Étalement des

raccordements● Durée des emprunts

Dali

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Le temps● Durée de

l’engagement● Durée des

travaux● Étalement des

raccordements● Durée des

emprunts

Les précautions :● Lecture du contrat DSP et du

business model● Planification des travaux en

adéquation avec la livraison des immeubles (réalisation par tranches, chaudières mobiles...)

Le risque et l’incertitude● Nombre de futurs abonnés● Travaux d’efficacité énergétique● Réseaux concurrents● Consommations et puissances

inconnues

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Le risque et l’incertitude● Nombre de futurs abonnés● Travaux d’efficacité énergétique● Réseaux concurrents● Consommations et puissances

inconnuesLes précautions :

● Classement du réseau● Schéma directeur du réseau● Engagement des différents acteurs

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Un quartier :● Dense● Mixité d’usages

(logements, bureaux, équipements, etc)

● Proximité source(s)● Chaud et froid ?

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Un facteur favorable :La densité énergétique

● A consommation au m² équivalente, plus l’urbanisation est dense, plus le réseau est efficace technico-économiquement

● Mais densité urbaine ≠ densité thermique● 2000m² de logements RT2012 sur une rue de 100m 1 MWh/ml→● 2000m² de logements RT2005 sur une rue de 100m 3 MWh/ml→

Extraits National Heat Map Angleterre

● Exemple : réseau de chaleur de Plouaret (Côte d’Armor)

● Réseau bois créé en 2004 pour alimenter des bâtiments publics

● Investissement amorti en seulement 11 ans

La création d’un réseau peut être viable même en zone peu dense

Autres facteurs favorables● Mixité des usages des bâtiments raccordés● Raccordement de bâtiments aux besoins importants● Déploiement progressif du réseau au fil des raccordements● Vision de long terme● Valeur accordée aux gains sociaux et environnementaux

Dans certains cas, la somme de ces facteursrend le réseau de chaleur renouvelable viable.

Dans d’autres cas, l’équation reste insoluble.Créer un réseau pénaliserait les usagers.

Le fonds chaleur ● Environ 220 M€ par an● Conditions

● Au moins 50 % d’EnR● Densité thermique > 1,5Mwh/an/ml

● Montant des aides● Taux d’aides maximum = 55 % de l’investissement● Niveau d’aide calculé « toutes aides confondues »● Objectif de réduction de la facture de 5 % (vs. gaz)

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

La fiscalité● Récupération de TVA (investissement et

fonctionnement) ● TVA sur les ventes aux usagers :

● 5,5% sur le R2● 5,5% sur le R1 si le réseau est alimenté

majoritairement par des énergies renouvelables ou de récupération

● Pas de TVA sur les ventes si chiffre d'affaire < 80300€/an

Modèle économique des RdC● Les paramètres aux impacts financiers forts

Modèle économique des RdC● Quel est le prix pour l’usager ?

Prix moyen de la chaleur des réseaux : 67,5€ HT/MWh (source : AMORCE, 2011)

✔

✔ 62,7 €TTC/ MWh pour les réseaux « vertueux » (EnR>50%)

✔ 76,2 €TTC/MWh pour les réseaux « fossiles » (EnR<50%)

Modèle économique des RdC● Quels sont les prix pour l’usager ?

Attention...forte disparité (qui s’atténue au fils des années)

Le compétitivité des RdcRetour sur l'étude Amorce

Hypothèse prix :

● Électricité :✔ TRV :~150€HT/an et ~10,9 c€ TTC/kwh (HP) et 6,8

c€TTC/kwh (HC)● Gaz :

✔ TRV :~150€HT/an et ~5,2 c€ TTC/kwh

● Sauf que le prix dans l’électricité et le gaz ne comprend pas la même chose qu’en réseau de chaleur

●

● D’où une comparaison en coût global (facture énergétique + petit entretien et électricité annexe + GES + amortissement)

Le compétitivité des RdcRetour sur l'étude Amorce

Comparaison également réalisée pour d’autres types de logements :● Bâtiment peu performant (300 kWh/m2/an)● Parc social moyen (170 kWh/m2/an)● Bâtiment RT2005 (120 kWh/m2/an)

● A voir sur le site d’AMORCE pour la dernière édition (réservée adhérents) ou ici pour les éditions précédentes :

● http://reseaux-chaleur.cerema.fr/ (chercher « enquête amorce »)

Le compétitivité des RdcRetour sur l'étude Amorce

En coût global enveloppe+chauffage les RC sont les plus

économes

Le compétitivité des RdcRetour sur l'étude Amorce

Le compétitivité des RdCDans le temps

La compétitivité des RdC● L’évolution des prix

Augmentation en 4 ans : 20 % Augmentation en 4 ans : 20 % Augmentation moyenne annuelle : 4,75 %

La compétitivité des RdC● L’évolution des prix

Chauffage classique

RdC classique

RdC basse température

Augmentation limitée grâce à la part fixe stable et

majoritaire

Modèle économique des RdCL’évolution des prix

Ce qui peut sembler être un avantage (contrôle de la facture) peut être un inconvénient :

● Acceptation de l'usager d'un abonnement élevé

● Acceptation des autorités (politique de réduction et contrôle de sa consommation)

● Prix de vente de la chaleur● Augmentation en 4 ans de 20 %● Augmentation moyenne annuelle de 4,75 %

● Prix de vente du gaz (TRV)● Augmentation en 4 ans de 39 %● Augmentation moyenne annuelle de 9,2 %

Modèle économique des RdCL’évolution des prix

08/01/16

Pour en savoir plus sur les réseaux de chaleur, leur place dans la transition énergétique nationale et

territoriale, leurs liens avec la planification,

l’aménagement et la construction :

reseaux-chaleur.cerema.fr

Direction territoriale Ouest

Odile LefrèreChargée d’études Énergie/ Réseaux de Chaleur02 40 12 85 43Odile.lefrere@cerema.fr

Pôle Réseaux de Chaleurreseaux-chaleur@cerema.frreseaux-chaleur.cerema.fr / blog.reseaux-chaleur.frtwitter.com/reseaux_chaleur