Réseaux de chaleur et énergies de récupération
Synthèse
La chaleur fatale est la chaleur qui est produite par un processus dont l’objet n’est pas la production de cette chaleur.
C’est par exemple la chaleur rejetée lors de l’incinération des déchets, processus dont l’objet principal est la destruction des déchets et non la production d’énergie.
La chaleur renouvelable et de récupération peut également provenir d’autres sources telles que la chaleur fatale industrielle ou les datacenters.
Objectifs PPE 2023 et 2028
- Multiplication par 5 à 6 d’ici 2028 par rapport à 2016 de la quantité de chaleur fatale industrielle récupérée soit 0,84 TWh en 2023 et entre 2,3 et 2,95 TWh en 2028
- Amélioration de la valorisation de la chaleur fatale des unités de traitements des déchets ménagers soit 3,6 TWh en 2023 et entre 5,3 et 6,9 TWh en 2028
- Points forts : valorisation d’une ressource qui serait autrement perdue ; ressource énergétique peu coûteuse
- Points faibles : disponibilité territoriale limitée, fonction des équipements présents sur le territoire ; dépendance importante selon l’activité émettrice
- Pistes : raccordement d’usines d’incinération existantes ; diversification des sources de récupération (data centers, stations d’épuration, …)
Principe technique
Valoriser une ressource qui serait autrement perdue
La chaleur fatale est la chaleur qui est produite par un processus dont l’objet n’est pas la production de cette chaleur. C’est par exemple la chaleur rejetée lors de l’incinération des déchets, processus dont l’objet principal est la destruction des déchets et non la production d’énergie.
Les réseaux de chaleur sont un excellent moyen de valoriser cette chaleur fatale. Raccordée à un réseau de chaleur, une unité de valorisation énergétique (UVE) peut chauffer un foyer à partir des déchets de sept autres. On peut également raccorder des sites industriels, des centrales électriques, et de manière générale toute installation dégageant d’importantes quantités de chaleur.
Lors du traitement des déchets, des procédés spécifiques (comme la méthanisation) et le transfert vers les installations de stockage de déchets non dangereux, permettent d’exploiter la part biodégradable des déchets.
Le biogaz ainsi collecté, qui provient de la fraction fermentescible des déchets, est considéré comme une énergie de récupération. Cette ressource s’intègre ensuite dans différentes solutions telles que la combustion au sein d’une chaufferie in situ, avec l’alimentation d’un éventuel réseau de chaleur, ainsi que l’injection dans le réseau de distribution de gaz.
La réglementation les considère également comme des énergies renouvelables (BOFiP-Impôts N°32 8/03/2017) puisqu’ils proviennent de la transformation de la biomasse.
Biogaz et chaleur fatale sont considérés comme des énergies n’émettant pas de CO2, dans la mesure où il s’agit de la valorisation d’une ressource qui est de toute façon produite et rejetée.
Fonctionnement d’un réseau de chaleur de récupération
Chaleur fatale
Le réseau de chaleur de récupération prend sa source au niveau du site où est produite la chaleur fatale, par exemple l’UVE. Celle-ci est récupérée et transférée au réseau, sur place, via un échangeur thermique.
La principale contrainte technique est l’éloignement du site de production par rapport aux zones à chauffer : alors que la chaufferie d’un réseau fioul, gaz, biomasse ou géothermie est positionnée en fonction des zones à desservir, le site depuis lequel on récupère la chaleur fatale a souvent été implanté suivant des critères de choix propres à l’activité exercée sur le site – parfois volontairement à l’écart des zones d’habitat ou de bureaux.
Biogaz
Le biogaz peut être injecté dans le réseau de gaz naturel et donc constituer ainsi une source d’énergie des réseaux de chaleur dont la chaufferie est alimentée par le gaz.
Contrairement à la chaleur fatale, le gaz peut facilement être transporté sur de très longues distances. La localisation du site de méthanisation est donc relativement indépendante de celle des zones à desservir. Ces dernières années, sa production est en constante et importante croissance. Ainsi, selon le Ministère en charge de l’écologie, les injections de biométhane dans les réseaux de gaz naturel ont été multipliées par 2,5 au premier semestre 2016 par rapport au premier semestre 2015.
Sur ce sujet, voir aussi : Développer l’offre de chaleur issue de la méthanisation, Cerema Ouest, Mai 2018
Chaleur de récupération : atouts, situation et perspectives
La chaleur fatale est difficilement valorisable sans réseau
Outre la valorisation thermique, la chaleur fatale peut servir à produire de l’électricité par cogénération. La cogénération permet de combiner les deux formes de valorisation (électrique et thermique), et de profiter ainsi des avantages de chacune d’elle. L’électricité est alors achetée par le fournisseur d’électricité, par le biais du mécanisme des tarifs d’achat, et injectée dans le réseau de distribution électrique. Toutefois, si une valorisation thermique directe est possible (c’est-à-dire s’il existe un besoin de chaleur conséquent à proximité du site), cette dernière solution est plus pertinente sur le plan du rendement énergétique.
Plus du quart de la chaleur des réseaux provient des déchets
L’incinération des déchets représente en 2018 25 % de toute l’énergie distribuée par les réseaux de chaleur français, loin devant la géothermie et la forte progression de la biomasse (22 %). Le biogaz et la récupération de chaleur industrielle représentent, quant à eux, 5 % environ du total.
Source enquête annuelle des réseaux de chaleur et de froid, SNCU
2023 : une diversification des sources de chaleur récupérables
En 2017, le biogaz valorisé en chaleur représente 4 TWh dont environ 0,1 TWh est utilisé pour alimenter les réseaux de chaleur. Aux horizons 2023 et 2028, les objectifs respectifs de 7 TWh de biogaz valorisé en chaleur et entre 12 et 18 TWh sont affichés par la PPE avec une utilisation majoritaire par les réseaux de chaleur et l’injection dans le réseau de gaz naturel.
La valorisation de chaleur rejetée par les industries pourrait également se développer. A Dunkerque, la chaleur fatale de la sidérurgie couvre ainsi 60% des besoins en chauffage de 15 000 logements. Les difficultés pour ce type de valorisation peuvent être techniques (transport de la chaleur sur des distances parfois longues) et organisationnelles (accord entre l’industrie concernée et l’exploitant du chauffage urbain).
De nouvelles innovations apparaissent en termes de récupération de la chaleur : eaux usées s’écoulant dans les réseaux d’assainissement, les centres de données informatiques (datacenters) . Ces technologies sont alors plutôt adaptées aux bâtiments à basse consommation, car elles ne permettent pas de récupérer de grandes quantités de chaleur.
Quelques exemples de réalisations
Issy-les-Moulineaux (92)
La nouvelle usine d’incinération des déchets d’Issy-les-Moulineaux Isseane construite en 2008 génère l’énergie équivalente à la consommation de 80 000 foyers, via la livraison de vapeur à la CPCU (Compagnie parisienne de chauffage urbain) et de l’électricité pour les besoins propres de l’usine. Elle est particulièrement bien intégrée au tissu urbain. Photo source : urbaser.com
Brest (29)
A Brest, l’UIOM apporte 90% de l’énergie distribuée par le réseau de chaleur qui dessert 30 000 équivalents-logements.
Nantes (44)
A Nantes, ce sont 80 000 MWh de chaleur récupérée qui sont livrés à 12 000 équivalents logements.
Voir aussi…
- Récupération et valorisation de la chaleur (Étude ADEME édition 2017)
- Notion générale sur la récupération de chaleur (portail CETIAT / ADEME)
- Analyse coûts-avantages pour la valorisation de la chaleur fatale
- Etude sur la chaleur fatale de l’ADEME