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Production de chaleur - Système à biomasse - Réseau énergétique / Canada
Mandat de l'étude de cas
La ville de Charlottetown à l'Île-du-Prince-Édouard envisage de raccorder son centre municipal au réseau de chauffage urbain, principalement alimenté au bois. La ville vous a engagé afin d'évaluer l'impact de ce raccordement sur les coûts d'exploitation et sur les émissions de gaz à effet de serre du centre.
Données techniques
Située à peu près au milieu de l'Île-du-Prince-Édouard, Charlottetown est la plus petite capitale provinciale au Canada et compte environ 35 000 habitants.
Avec sa superficie de 8 000 m², le centre municipal se compose d'une patinoire et d'un hall d'exposition. Le bâtiment est actuellement chauffé au mazout mais les chaudières doivent être remplacées. Le rendement saisonnier de ces chaudières est estimé à 63 % et la consommation moyenne annuelle de mazout est de 314 000 litres. L'eau chaude sanitaire représenterait environ 10 % des besoins totaux annuels de chauffage.
Une distance de 100 m sépare le bâtiment de la conduite de distribution du réseau de chauffage urbain la plus proche. Le système de chauffage fonctionne à une température moyenne d'eau chaude, avec une température maximum d'alimentation de 120 °C.
La centrale thermique de Charlottetown produit 85 % de sa chaleur avec de la biomasse de haute qualité (principalement des copeaux de bois) ayant une teneur en eau d'environ 45 %. La centrale thermique a un rendement saisonnier de 74 %. Le reste de l'énergie est produit avec du mazout #2 dont le rendement saisonnier est de 82 %.
Données financières
Pour pouvoir raccorder le centre municipal au réseau de chauffage urbain principal, il faut prévoir l'installation d'une tuyauterie de distribution dont le coût s'élève à 500 $/m. Pour la station de transfert d'énergie au réseau thermique et le démantèlement des chaudières existantes, le coût total est estimé à 47 000 $. Tous les autres coûts de raccordement seront absorbés par la compagnie qui exploite le réseau de chauffage urbain.
La ville vous a fourni les valeurs typiques des autres paramètres financiers nécessaires à l'analyse : le taux d'indexation du coût en combustible est de 2 % (égal au taux général d'inflation), le taux d'actualisation est de 10 % ; le projet sera financé à 80 % (ratio d'endettement) avec un taux d'intérêt sur la dette de 8 % sur une période d'emprunt de 20 ans ; on supposera que la durée de vie du projet sera de 25 ans. Le coût moyen de la chaleur achetée au réseau de chauffage urbain est de 50 $/MWh (ou l'équivalent de 118 $/tonne de biomasse dans le contexte de cette étude), l'électricité revient à 0,50 $/kWh et le coût du mazout (livraison incluse) est de 0,40 $/litre.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Projet réel
Résultats
Charlottetown, capitale provinciale de l'Île-du-Prince-Édouard, est la ville où s'exploite depuis 1986 le plus important réseau de chauffage urbain alimenté au bois au Canada.
En 1998, la ville a décidé de raccorder son centre municipal au réseau de chauffage urbain à la biomasse plutôt que de remplacer les anciennes chaudières au mazout. Occupant une surface de 8 000 m², le centre municipal comprend une patinoire et un hall d'exposition. Les chaudières au mazout existantes nécessitaient des réparations et ces dépenses ont pu être évitées en raccordant le bâtiment au réseau de chauffage urbain.
La société PEI Energy Corporation, qui exploite le système de chauffage urbain, a décidé de prendre à sa charge les frais de conception et d'installation du raccordement au réseau de chauffage. Cette société récupère cet investissement initial sous la forme d'un taux mensuel fixe inclus dans les facturations adressées au centre. La centrale thermique n'a requis aucune puissance additionnelle. Tous les frais d'entretien et d'exploitation des équipements liés au réseau de chauffage sont sous la responsabilité de la PEI Energy Corporation.
Description du système
Le réseau de chauffage urbain de Charlottetown utilise l'eau chaude pour chauffer plusieurs bâtiments d'envergure, notamment les bureaux du gouvernement provincial, l'hôpital Queen Elizabeth, l'Université de l'Île-du-Prince-Édouard, le Collège Vétérinaire de l'Atlantique, deux centres d'achat et d'autres bâtiments commerciaux et résidentiels. Agrandi à plusieurs reprises, le réseau s'étend aujourd'hui sur quelques 16 km. D'importants investissements ont été réalisés en 1997 lorsque l'on a augmenté la puissance de la centrale thermique et remplacé plusieurs systèmes antipollution.
La centrale thermique du chauffage urbain est en fait une centrale à cogénération, c'est-à-dire qu'elle produit à la fois de l'électricité et de la chaleur. L'énergie primaire est fournie par des résidus de bois, mais aussi par des chaudières à mazout ainsi que par un incinérateur à ordures. La puissance maximale de la centrale thermique est de 35 MW auxquels s'ajoute une production d'électricité de 1,2 MW. Environ 85 % des besoins totaux de la centrale sont assurés par le bois et l'incinération des ordures, le complément étant assuré par du mazout.
Au centre municipal de Charlottetown, le raccordement au réseau de chauffage urbain a permis de supprimer trois chaudières au mazout pour le chauffage du bâtiment, plus une autre pour l'eau chaude sanitaire. L'eau chaude est également utilisée pour alimenter la machine d'entretien de la glace de la patinoire de hockey (re-surfaceuse « Zamboni »). Environ 22 % de la chaleur fournie au centre municipal est revendue à un hippodrome voisin.
Leçons à tirer
Aperçu général
La décision d'investir, de développer et d'exploiter le réseau de chauffage urbain de la ville de Charlottetown a d'abord été une initiative du gouvernement provincial. Depuis, le système a été vendu à l'industrie privée pour devenir la propriété d'une compagnie cotée en bourse. Le réseau s'étend continuellement depuis sa création et continue d'attirer de nouveaux clients. La compagnie de chauffage investit dans des technologies nouvelles afin d'améliorer le rendement énergétique de l'installation et de réduire les émissions polluantes. Des emplois locaux de qualité ont été créés. De plus, sur chaque dollar dépensé pour la facture énergétique auprès de la société de chauffage urbain, on estime que 70 ¢ restent dans l'économie locale alors que, si on se limitait au chauffage au mazout, seulement 10 ¢ y resteraient.
Photo
Centre récréatif - Système à biomasse - Réseau énergétique, Île-du-Prince-Édouard, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
La ville de Charlottetown à l'Île-du-Prince-Édouard envisage de raccorder son centre municipal au réseau de chauffage urbain, principalement alimenté au bois. La ville vous a engagé afin d'évaluer l'impact de ce raccordement sur les coûts d'exploitation et sur les émissions de gaz à effet de serre du centre.
Données techniques
Située à peu près au milieu de l'Île-du-Prince-Édouard, Charlottetown est la plus petite capitale provinciale au Canada et compte environ 35 000 habitants.
Avec sa superficie de 8 000 m², le centre municipal se compose d'une patinoire et d'un hall d'exposition. Le bâtiment est actuellement chauffé au mazout mais les chaudières doivent être remplacées. Le rendement saisonnier de ces chaudières est estimé à 63 % et la consommation moyenne annuelle de mazout est de 314 000 litres. L'eau chaude sanitaire représenterait environ 10 % des besoins totaux annuels de chauffage.
Une distance de 100 m sépare le bâtiment de la conduite de distribution du réseau de chauffage urbain la plus proche. Le système de chauffage fonctionne à une température moyenne d'eau chaude, avec une température maximum d'alimentation de 120 °C.
La centrale thermique de Charlottetown produit 85 % de sa chaleur avec de la biomasse de haute qualité (principalement des copeaux de bois) ayant une teneur en eau d'environ 45 %. La centrale thermique a un rendement saisonnier de 74 %. Le reste de l'énergie est produit avec du mazout #2 dont le rendement saisonnier est de 82 %.
Données financières
Pour pouvoir raccorder le centre municipal au réseau de chauffage urbain principal, il faut prévoir l'installation d'une tuyauterie de distribution dont le coût s'élève à 500 $/m. Pour la station de transfert d'énergie au réseau thermique et le démantèlement des chaudières existantes, le coût total est estimé à 47 000 $. Tous les autres coûts de raccordement seront absorbés par la compagnie qui exploite le réseau de chauffage urbain.
La ville vous a fourni les valeurs typiques des autres paramètres financiers nécessaires à l'analyse : le taux d'indexation du coût en combustible est de 2 % (égal au taux général d'inflation), le taux d'actualisation est de 10 % ; le projet sera financé à 80 % (ratio d'endettement) avec un taux d'intérêt sur la dette de 8 % sur une période d'emprunt de 20 ans ; on supposera que la durée de vie du projet sera de 25 ans. Le coût moyen de la chaleur achetée au réseau de chauffage urbain est de 50 $/MWh (ou l'équivalent de 118 $/tonne de biomasse dans le contexte de cette étude), l'électricité revient à 0,50 $/kWh et le coût du mazout (livraison incluse) est de 0,40 $/litre.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- Dans cette étude de cas, on remarquera que RETScreen est essentiellement utilisé pour l'analyse de réduction des émissions des GES, l'analyse financière et la rédaction d'un rapport. La plupart des résultats concernant les consommations d'énergie et les coûts d'énergie sont fournis dans l'énoncé du problème. Dans les feuilles de calcul « Besoins en chauffage et réseau » et « Modèle énergétique », les données d'entrées ont été choisies de telle sorte que les résultats du calcul énergétique établi avec RETScreen correspondent aux données de l'énoncé et qu'on utilise ainsi les chiffres énergétiques corrects dans les autres feuilles de calcul.
- La « Charge en chauffage par groupe de bâtiments » peut être calculée à part ou déterminée de façon itérative. Comme on connaît le rendement saisonnier des chaudières à mazout, l'utilisateur peut faire varier les charges de chauffage et voir l'impact sur la consommation annuelle de mazout (qui est également connue). On verra ainsi qu'une charge de chauffage d'environ 100 W/m² correspond à une consommation annuelle de mazout de 314 000 litres.
- Pour la section « Coût du réseau de chauffage urbain », la méthode « Formule » pour l'évaluation des coûts est utilisée afin de simplifier les données d'entrée. Comme le coût de la station de transfert d'énergie et des tuyaux de distribution est connu, les facteurs de coût sont ajustés de manière à obtenir les résultats correspondant aux coûts de l'énoncé. Le coût de la station de transfert d'énergie comprend toutes les modifications à effectuer dans la chaufferie du centre municipal, incluant le démantèlement des anciennes chaudières à mazout.
- Comme le centre municipal est raccordé à un système de chauffage urbain d'envergure, la charge de base du système de chauffage sur la feuille « Modèle énergétique » doit être interprétée comme étant la portion de la puissance totale du système qui devra être allouée au bâtiment étudié.
- La charge de base et le « Système de chauffage de pointe » sont définis d'une façon qui permet à RETScreen de modéliser correctement l'apport des différents combustibles utilisés. La puissance de la chaudière à biomasse est déterminée de manière à ce que la capacité produite par la biomasse soit de 85 %. Le « Système de chauffage de pointe » est une chaudière à mazout dont la puissance a été fixée à 450 kW, comblant ainsi les 15 % restants de la demande annuelle d'énergie.
- Tous les coûts de conception, d'installation des équipements et d'entretien sont absorbés par la société qui possède et exploite le système de chauffage urbain. Les seuls coûts pris en charge par le client (la ville) dans le cadre de ce projet sont ceux de la station de transfert d'énergie (incluant le démantèlement des anciennes chaudières) et la longueur additionnelle de tuyaux pour se raccorder au réseau de distribution. Dans le projet réel, ces coûts ont même été financés par la société de chauffage urbain et remboursés par le client sous forme d'un coût fixe dans la facturation mensuelle. La valeur de 50 $/MWh utilisée dans cette analyse n'inclut pas ce coût fixe.
Projet réel
Résultats
Charlottetown, capitale provinciale de l'Île-du-Prince-Édouard, est la ville où s'exploite depuis 1986 le plus important réseau de chauffage urbain alimenté au bois au Canada.
En 1998, la ville a décidé de raccorder son centre municipal au réseau de chauffage urbain à la biomasse plutôt que de remplacer les anciennes chaudières au mazout. Occupant une surface de 8 000 m², le centre municipal comprend une patinoire et un hall d'exposition. Les chaudières au mazout existantes nécessitaient des réparations et ces dépenses ont pu être évitées en raccordant le bâtiment au réseau de chauffage urbain.
La société PEI Energy Corporation, qui exploite le système de chauffage urbain, a décidé de prendre à sa charge les frais de conception et d'installation du raccordement au réseau de chauffage. Cette société récupère cet investissement initial sous la forme d'un taux mensuel fixe inclus dans les facturations adressées au centre. La centrale thermique n'a requis aucune puissance additionnelle. Tous les frais d'entretien et d'exploitation des équipements liés au réseau de chauffage sont sous la responsabilité de la PEI Energy Corporation.
Description du système
Le réseau de chauffage urbain de Charlottetown utilise l'eau chaude pour chauffer plusieurs bâtiments d'envergure, notamment les bureaux du gouvernement provincial, l'hôpital Queen Elizabeth, l'Université de l'Île-du-Prince-Édouard, le Collège Vétérinaire de l'Atlantique, deux centres d'achat et d'autres bâtiments commerciaux et résidentiels. Agrandi à plusieurs reprises, le réseau s'étend aujourd'hui sur quelques 16 km. D'importants investissements ont été réalisés en 1997 lorsque l'on a augmenté la puissance de la centrale thermique et remplacé plusieurs systèmes antipollution.
La centrale thermique du chauffage urbain est en fait une centrale à cogénération, c'est-à-dire qu'elle produit à la fois de l'électricité et de la chaleur. L'énergie primaire est fournie par des résidus de bois, mais aussi par des chaudières à mazout ainsi que par un incinérateur à ordures. La puissance maximale de la centrale thermique est de 35 MW auxquels s'ajoute une production d'électricité de 1,2 MW. Environ 85 % des besoins totaux de la centrale sont assurés par le bois et l'incinération des ordures, le complément étant assuré par du mazout.
Au centre municipal de Charlottetown, le raccordement au réseau de chauffage urbain a permis de supprimer trois chaudières au mazout pour le chauffage du bâtiment, plus une autre pour l'eau chaude sanitaire. L'eau chaude est également utilisée pour alimenter la machine d'entretien de la glace de la patinoire de hockey (re-surfaceuse « Zamboni »). Environ 22 % de la chaleur fournie au centre municipal est revendue à un hippodrome voisin.
Leçons à tirer
- Le principe du chauffage par raccordement à un réseau de chauffage urbain est de plus en plus accepté dans la ville de Charlottetown et de nouveaux raccordements sont régulièrement entrepris, aussi bien pour de nouvelles constructions que pour des bâtiments existants.
- La société de chauffage urbain peut prendre entièrement à sa charge les coûts de raccordement au réseau et récupérer son investissement dans sa facturation mensuelle. C'est un moyen intéressant pour attirer de nouveaux clients.
Aperçu général
La décision d'investir, de développer et d'exploiter le réseau de chauffage urbain de la ville de Charlottetown a d'abord été une initiative du gouvernement provincial. Depuis, le système a été vendu à l'industrie privée pour devenir la propriété d'une compagnie cotée en bourse. Le réseau s'étend continuellement depuis sa création et continue d'attirer de nouveaux clients. La compagnie de chauffage investit dans des technologies nouvelles afin d'améliorer le rendement énergétique de l'installation et de réduire les émissions polluantes. Des emplois locaux de qualité ont été créés. De plus, sur chaque dollar dépensé pour la facture énergétique auprès de la société de chauffage urbain, on estime que 70 ¢ restent dans l'économie locale alors que, si on se limitait au chauffage au mazout, seulement 10 ¢ y resteraient.
Photo
Centre récréatif - Système à biomasse - Réseau énergétique, Île-du-Prince-Édouard, Canada
Références
- Godkin, David, « Communications personnelles », PEI Energy Corp, 2002.
- Gregory, Brooke, « Communications personnelles », Centre municipal de Charlottetown, 2002.
- Ziegler, Urban, « Communications personnelles », PEMtec, 2002.
