ANALYSE ET ETUDE D’UN CHAUFFAGE A DISTANCE A ORBE-SUD

Alain ANSTETT
Projet supervisé par le Professeur F. Maréchal et Monsieur J. Trespalacios
ANALYSE ET ETUDE D’UN CHAUFFAGE
A DISTANCE A ORBE-SUD
GRUVATIEZ-EN-LAVEGNY
ET ZONE INDUSTRIELLE
Mai - 2015
javier.trespalacios@bluewin.ch / alain.anstett@epfl.ch 1

SOMMAIRE 1
ANALYSE ET ETUDE D’UN CHAUFFAGE A DISTANCE A ORBE-sud
1
• CONTEXTE ENERGETIQUE SUISSE
2
• PRESENTATION DU PROJET
3
• DEFINITION DES ZONES D’ETUDE
4
• CALCUL DES BESOINS ET PUISSANCES DE CHALEUR
5
• PRESENTATION DU RESEAU CAD
6
• CALCUL DES COÛTS (FACTURE ENERGETIQUE ACTUELLE)
7
• CALCUL DES EMISSIONS DE CO2
8
• INTEGRATION D’UN CCF – IMPACT SUR LES COÛTS ET EMISSIONS
9
• INTEGRATION DE PAC SUR LA RIVIERES ET LES EAUX USEES - IMPACT
10
• INTEGRATION DES RECUPERATIONS DE CHALEUR SUR LES INDUSTRIES - IMPACT
2javier.trespalacios@bluewin.ch / alain.anstett@epfl.ch

1. CONTEXTE ENERGETIQUE SUISSE
3
javier.trespalacios@bluewin.ch / alain.anstett@epfl.ch

1. CONTEXTE ENERGETIQUE SUISSE
4
 Le chauffage et le rafraichissement sont donc au cœur
des problématiques de restructuration énergétique
actuelles.

2. PRESENTATION DU PROJET
5
Voici quelques objectifs mis en avant par la
commune d’Orbe à l’horizon 2035 (source:
Schéma directeur Orbe-sud) :
 gestion durable et efficace des ressources
énergétiques ;
 épuisement (dans la mesure du possible)
de la totalité des potentiels de production
par des énergies vertes ;
 minimisation des facteurs de coût et
d’impact sur l’environnement liés à la
gestion des énergies de la ville ;
 mise en place de dispositions pour un
approvisionnement plus sûr.
Commune labélisé «Cité de l’Energie» depuis 2013

2. PRESENTATION DU PROJET
6
Parts des différents agents énergétiques utilisés pour le chauffage et
l’ECS dans toute la ville d’Orbe (source: J. Trespalacios, PET Orbe, 2014) :

3. DEFINITION DES ZONES
7
Définition de
la zone
Caractérisation
de la demande
Caractérisation
des ressources
Evaluation
intégration
des système
Impacts
(coûts,
CO2)
Itération

8
Limites géographiques du projet de semestre et découpage en zones :
 3 phases
 Phase 1 : Priorité – secteur d’étude du projet
 Phases 2 et 3 : Recommandations pour extension du réseau

9
Limites géographiques du projet de
semestre et découpage en zones (selon
plan affectation du sol) :
 Phase 1 - 5 zones :
 Zone G : nouveau quartier d’immeubles
de Gruvatiez (zone de référence)
 Zone N : Zone industrielle Nestlé
 Zone D : Zone industrielle Les Ducats
 Zone H : Zone industrielle Hilcona
 Zone EL : Zone industrielle et
résidentielle Etraz et Longeraie
N
H
D
ELG

4. CALCUL DES BESOINS ET PUISSANCES DE CHALEUR
10
3 Méthodologies utilisées :
 EnerGis (L. Girardin)
 Calcul des besoins, puissances, coûts et émissions appliqué à
un réseau de chauffage à distance (CAD)
 Utilisation de données géoréférencées (GIS)
 Considérations annuelle et saisonnière
 SIA 380/1, 381/2 et 2031
 Prise en compte de la réglementation actuelle
 Considérations annuelle et mensuelle
 Calcul à l’aide des jours de chauffage (JC)
 Office Fédéral de l’Energie (OFEN)
 Vérification des ordres grandeur → cohérence des résultats

11
EnerGis – utilisation de données de référence (lieu: Genève ; année:
2005) pour le calcul des besoins par unité de surface à chauffer (SRE) :
résidentiel
administratif
commercial
industriel

12
EnerGis – inventaire de tous les bâtiments compris dans les zones d’étude et
attribution des données pour chacun d’eux (source: RegBL, plateforme
geoplanet.vd.ch) :
 Zone X : nb bâtiments ; SRE totale (m2) ; coordonnées moyennes
 Bâtiment Y :
• Identification (EGID ou code architecte pour les nouveaux bâtiments)
• Affectation
• Année construction/rénovation
• SRE
• Coordonnées
• Agents énergétiques utilisés
• Besoins/surface pour le chauffage
et l’ECS pour l’année de référence
• Températures intérieures de consigne
• Températures limites
d’enclenchement de chauffage

13
Nombre de bâtiments identifiés par zone :

14
EnerGis – détermination de la « signature énergétique » des bâtiments :
 Calcul des coefficients k1 (pente) et k2 (ordonnée à l’origine) pour
tracer les graphes (Text, q) :
Focalisation sur le chauffage
L. Girardin
1
2
3

15
EnerGis – calcul de la grande courbe composée :
 Considération de tous les flux (5 zones) à chauffer (circuits de chauffage
domestiques)
4

16
EnerGis – calcul de la température de retour et du débit max. du CAD :
4
5

17

18
Localisation des besoins en chaud / zone :

19
Localisation des puissances installées en chaud / zone :

5. PRESENTATION DU RESEAU CAD
20
1er tracé selon le zonage et certaines considérations légales et techniques :
 Passage par les routes de
préférence pour la conduite
principale (éviter les
parcelles privées non
alimentées)
 Alimentation prioritaire du
quartier de Gruvatiez-En-
Lavegny (en vert clair)
 Localisationde la centrale
pas trop éloignée des
consommateurs en bout de
course (ex.: Hilcona en
orange)
 Réseau maillé peu adapté à
cause de la proximité avec la
rivière de l’Orbe

6. CALCUL DES COÛTS
21
Coûts d’investissement
 EnerGis (L. Girardin) : approximation des coûts de tuyauterie (y
compris pose) par une formule empirique pour déterminer la longueur
de chaque tronçon en fonction du diamètre hydraulique calculé et
fonction de la puissance requise pour une zone «z» :
Bâtiment «b»Zone «z»
Avec K=0,23;
c1=7047 CHF/m2;
c2 = 752,8 CHF/m
1
2
3
4

22
Coûts d’investissement
 Approximation des coûts de la chaudière à gaz du CAD (y compris pose et
maintenance) sur la base de données techniques et de l’indice de coût NERA
& AEA et du catalogue technique du fabricant Viessmann.
 Idem pour les autres équipements de production de chaleur qui suivront dans
l’étude.
 Pour les échangeurs de chaleur (1/bât.) :
 Utilisation de l’ouvrage CEPCI (Turton)
 Calcul du coût en fonction de la taille (1 taille moyenne a été
considérée, le nombre d’échangeur équivalent au nombre de bât.)
 Les paramètres suivants ont été considérés : Dtmin = 10K,
U=560W/m2K

23

24
Facture énergétique actuelle :

25
Facture totale avec CAD – investissement vs économie facture énergétique :

7. CALCUL DES EMISSION DE CO2
26
Localisation des émissions de CO2 (situation actuelle) :

8. INTEGRATION D’UN CCF - IMPACT SUR LES COÛTS ET EMISSIONS
27
IMPACT DE LA COGENERATION ???
TURBINE A GAZ ???
MOTEUR A GAZ ???
?

28
Modification des coûts :
 Coûts d’investissement
 CCF très coûteux (10 à 20 X plus cher pour un moteur à gaz)
remplaçant la chaudière à gaz
 Coûts du raccordement au réseau électrique
 Coûts d’opération
 Facture de gaz plus élevée (rendement thermique passant de 95 à
env. 50%)
 Electricité produite par le CCF vendue (ex.: 0,24 CHF/kWh pour une
tarification unique selon Swissgrid)

29
Facture totale avec CAD et CCF – investissement vs économie facture
énergétique :

9. INTEGRATION DE PAC SUR LA RIVIERE ET LES EAUX USEES - IMPACT
30

31
Taval
Tamont
Tamont
TPAC, in
TPAC, out

32
Passage du tronçon de pompage (prélèvement eaux de rivière) :

33
Facture totale avec CAD, CCF et PAC sur rivière – investissement vs économie
facture énergétique :

34
Sur eaux usée - hypothèses :
 Débits standard selon affectation attribués
 Températures standard (J. Trespalacios, PET Orbe)
 COP moyen selon SIA 2031 : env. 3,4
Réglementation :
 Température minimale dans la conduite de 10°C
 Différence de températures minimale (avant et après utilisation du collecteur
sur EU) de moins de 0,1°C à la STEP

35
Placement des collecteurs de récupération de chaleur sur la conduite principale
d’écoulement des EU (première esquisse) :
 Avec collecteur de 150m (365kW utile en hiver) et un autre de 300m
(730kW utile en hiver)
CCF

36
Facture totale avec CAD, CCF et PAC sur rivière+EU – investissement vs
économie facture énergétique :

37
Réduction des émissions de CO2 avec le CAD → CCF, PAC (rivière+EU) :
10. INTEGRATION DES RECUPERATIONS DE CHALEUR SUR LES INDUSTRIES - IMPACT

10. INTEGRATION DES RECUPERATIONS DE CHALEUR SUR LES INDUSTRIES - IMPACT
38
Récupération de chaleur sur les rejets thermiques de Nestlé :
 Hypothèses :
 Possibilité de récupérer la chaleur sur les cheminées d’évacuation des
fumées (chaleur provenant notamment des procédés de torréfaction)
 Température entrante dans l’échangeur de récupération (gaz/eau) :
100°C
 Possibilités de refroidir les fumées jusqu’à 90°C
 Chaleur spécifique (cp) des fumées : ~0,9 kJ/kgK
 Masse volumique des fumées : ~1,3 kg/m3
 Δtmin,échangeur = 20°C
 Conséquences :
 Possibilité de chauffer directement l’eau de chauffage (sans PAC)
 Env. 50 kW récupérable / cheminée

RESTE A FAIRE…
39
 Proposer des recommandations pour l’extension du CAD (phases 2 et 3)
 Evaluer succinctement les besoins en froid (commerces et bureaux) et la part
d’électricité vendue pouvant être exploitée pour ces besoins.
 Affiner la recherche sur les possibilités de récupération de chaleur chez
Nestlé, mais aussi d’autres industries (ex.: Hilcona)
 Pour l’analyse environnementale, inclure le cycle de vie des appareils et
matériaux
 Mettre en état de réutilisation pour d’autres éventuels futurs projets les
programmes Excel et Matlab implémentés
 …

40
Merci de votre attention !
Questions, remarques ???

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