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Production de chaleur - Système à biomasse - Plusieurs bâtiments / Slovénie
Mandat de l'étude de cas
Une municipalité de Slovénie vous demande d'évaluer la faisabilité d'utiliser la biomasse disponible localement, pour alimenter le réseau de chauffage de la ville et également pour estimer la réduction des émissions de gaz à effet de serre qui résulterait de l'utilisation de cette source d'énergie renouvelable. 90 % des maisons et des bâtiments municipaux de Gornji Grad sont actuellement raccordés au réseau de chaleur municipal qui est alimenté au mazout #2. Une usine travaillant le bois, mais non raccordée à ce réseau, propose de fournir gratuitement à la ville, les résidus de bois qu'elle produit. En retour, la ville offrirait à cette entreprise de pouvoir se raccorder gratuitement au réseau, puis facturerait la chaleur à la moitié du prix que paye actuellement l'usine pour s'approvisionner en mazout #2. Cette réduction de 50 % du coût de l'énergie représente, pour la municipalité, environ 73$/tonne de bois.
Données techniques
Gornji Grad est une petite ville de 2 700 habitants, située dans le nord-est de la Slovénie. La station météorologique la plus proche est celle de Ljubljana, à 50 km au sud-est. À environ 60 km au nord-ouest du site se trouve aussi la station météorologique de Klagenfurt, en Autriche. Le climat typique de Gornji Grad sera pris comme une moyenne de celui de ces deux villes.
Pour une année typique, la charge de pointe en chauffage sur le réseau de Gornji Grad est de 1,5 MW. La charge en chauffage de l'ensemble des bâtiments (21 500 m2) est estimée à 70 W/m². Vous pouvez considérer que le système de chauffage urbain existant est constitué d'un seul groupe de bâtiments et que l'usine de travail du bois constituera le 2e groupe de bâtiments.
Mandat de l'étude de cas
Une municipalité de Slovénie vous demande d'évaluer la faisabilité d'utiliser la biomasse disponible localement, pour alimenter le réseau de chauffage de la ville et également pour estimer la réduction des émissions de gaz à effet de serre qui résulterait de l'utilisation de cette source d'énergie renouvelable. 90 % des maisons et des bâtiments municipaux de Gornji Grad sont actuellement raccordés au réseau de chaleur municipal qui est alimenté au mazout #2. Une usine travaillant le bois, mais non raccordée à ce réseau, propose de fournir gratuitement à la ville, les résidus de bois qu'elle produit. En retour, la ville offrirait à cette entreprise de pouvoir se raccorder gratuitement au réseau, puis facturerait la chaleur à la moitié du prix que paye actuellement l'usine pour s'approvisionner en mazout #2. Cette réduction de 50 % du coût de l'énergie représente, pour la municipalité, environ 73$/tonne de bois.
Données techniques
Gornji Grad est une petite ville de 2 700 habitants, située dans le nord-est de la Slovénie. La station météorologique la plus proche est celle de Ljubljana, à 50 km au sud-est. À environ 60 km au nord-ouest du site se trouve aussi la station météorologique de Klagenfurt, en Autriche. Le climat typique de Gornji Grad sera pris comme une moyenne de celui de ces deux villes.
Pour une année typique, la charge de pointe en chauffage sur le réseau de Gornji Grad est de 1,5 MW. La charge en chauffage de l'ensemble des bâtiments (21 500 m2) est estimée à 70 W/m². Vous pouvez considérer que le système de chauffage urbain existant est constitué d'un seul groupe de bâtiments et que l'usine de travail du bois constituera le 2e groupe de bâtiments.
L'usine de travail du bois a une charge de pointe en chauffage de 750 kW. Le bâtiment a une surface de plancher de 7 500 m² et se trouve à une distance de 100 m d'un tuyau de distribution de chaleur de 100 mm et à 250 m de la chaufferie centrale du réseau. Seulement quelques modifications mineures à la chaufferie seront nécessaires pour pouvoir raccorder l'entreprise au système de chauffage urbain. En plus de la charge en chauffage du bâtiment de l'entreprise, il faut considérer une charge considérable de chauffage de procédé. Pour estimer cette charge, considérez qu'elle est équivalente à une « Demande de base d'eau chaude sanitaire » de 51 %.
Le réseau de chauffage est typique d'un système conçu pour des températures moyennes de distribution, avec une tuyauterie surdimensionnée de 25 % par rapport aux besoins au moment de la conception.
La nouvelle chaudière à biomasse à haut rendement (rendement saisonnier de 85 %), sera implantée dans la chaufferie existante. La municipalité désire également installer une deuxième chaudière à bois, de manière à garantir un fonctionnement fiable de la nouvelle chaufferie, avec une puissance de secours de 100 %. La chaufferie existante est suffisamment grande pour loger les 2 nouvelles chaudières à la biomasse.
Les analyses des résidus de bois de l'usine démontrent que le combustible aura un pouvoir calorifique de la biomasse à l'état sec de presque 19 000 MJ/tonne, avec une teneur en eau de 40 %. La demande électrique additionnelle appelée par le système à biomasse et les pompes circulatrices sera de 60 000 kWh. En Slovénie, l'électricité provient principalement de centrales électriques au charbon. Les chaudières à mazout existantes, tant à la chaufferie municipale qu'à l'entreprise de travail du bois, ont des rendements saisonniers de l'ordre de 60 %.
Pour l'analyse des gaz à effet de serre, considérez que le charbon est le combustible du réseau électrique de référence.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont les suivantes : inflation de 1 %, ratio d'endettement de 80 %, taux d'intérêt sur la dette de 6 %, durée de l'emprunt de 15 ans et taux d'actualisation de 10 %. Ce projet sera mis en œuvre par une entreprise qui a un taux d'imposition sur les revenus de 28 %. Les dettes peuvent être reportées d'une année à l'autre. L'amortissement du capital investi est réalisé de manière dégressive avec un taux d'amortissement de 25 % et une allocation du coût en capital de 75 %. La durée de vie du système est estimée à 25 ans. Le prix d'une chaudière à biomasse, présenté par un fournisseur local, est de 370 000 €.
Le prix moyen de l'électricité est de 0,065 €/kWh et celui du mazout #2 (livraison incluse) de 0,63 €/L. Le coût du combustible devrait augmenter au même rythme que l'inflation. Pour simplifier l'étude, vous pouvez considérer que le prix facturé par la municipalité, à ses clients réguliers, pour le chauffage fourni, demeurera inchangé et qu'il est le même que ce d'autres payent pour le chauffage conventionnel au mazout.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez 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
Depuis 1998, Gornji Grad, une petite ville de 2 700 habitants, située dans le nord-est de la Slovénie, utilise la biomasse comme combustible pour un réseau de chauffage urbain alimentant initialement une cinquantaine de bâtiments. À la fin de 2001, plus de 86 % des bâtiments de la ville ont été raccordés à ce système. Cette conversion a permis de réduire de 40 % les émissions de gaz à effet de serre en comparaison de celles des combustibles précédemment utilisés. Le projet permet non seulement de réduire la pollution de l'air mais de créer de nouveaux emplois dans la communauté.
Gornji Grad est la première municipalité de Slovénie à avoir adopté des résidus de bois produits sur son territoire pour alimenter un réseau de chauffage urbain, si bien que ce projet pourrait devenir un modèle pour des municipalités de Slovénie ou d'ailleurs, pouvant bénéficier du même contexte. Les systèmes de chauffage qui ont été remplacés utilisaient le bois, le charbon ou le mazout. Le fournisseur de biomasse (résidus de bois) est un actionnaire minoritaire (25 %) de la société municipale de chauffage urbain ENGO Ltd.
Le coût total du projet a été de 4,1 millions €. Une subvention du gouvernement slovène et du programme Phare des Communautés européennes a permis de couvrir 25 % des coûts du projet. Une autre subvention de 15 % des coûts du projet a été donnée par le gouvernement autrichien. Le programme Phare, financé par les Communautés européennes, est l'un des trois outils d'aide aux pays d'Europe centrale qui sont candidats à l'accession à l'Union européenne, pour leur permettre d'atteindre les critères d'admissibilité.
Le projet a été reconnu en octobre 2000, comme « Projet climatique du mois » par l'association de villes et municipalité européennes « Climate Alliance ».
Description du système
Le système comprend deux chaudières à biomasse de 2 MW, conçues par Järnforsen Energi de Suède et fabriquées par Järnforsen International, à Celje en Slovénie. Les résidus de bois, la sciure et les copeaux de bois sont fournis principalement par une usine locale de travail du bois et stockés dans des silos avec un système automatisé de décharge. La biomasse est introduite dans la chambre de combustion au moyen d'une vis sans fin. La chambre de combustion est constituée de grilles en pente à mouvement alternatif. L'air de précombustion est introduit en dessous des grilles du foyer et les gaz de combustion sont re-circulés pour réduire les émissions de NOx. L'apport d'air de postcombustion est contrôlé en différents endroits, de manière à réduire les émissions de CO. Après leur combustion complète, les fumées sont alors dirigées vers le générateur d'eau chaude situé derrière la chambre de combustion. Le rendement du système est estimé à 90 % lorsque des résidus de bois ayant une teneur en eau de 40 % de la masse totale (masse humide), sont utilisés.
La chaufferie est équipée de plusieurs cyclones de dépoussiérage des fumées, si bien qu'elle respecte les normes d'émissions de l'Union Européenne pour les particules, en plus de celles de CO et de NOX.
Pendant les mois d'été, une seule chaudière est utilisée. Un système de contrôle permet d'ajuster en continu la puissance de la chaufferie en fonction de la charge sur le réseau, de l'heure de la journée et des conditions météorologiques.
Le réseau de distribution de chaleur comprend 8 km de tuyauterie. La consommation de chaque utilisateur de réseau est calculée automatiquement et la facturation de chauffage se fait sur une base mensuelle.
Leçons à tirer
Aperçu général
Approximativement 55 % du territoire de la Slovénie est couvert de forêts, ce qui donne au pays un intéressant potentiel d'utilisation de la biomasse. Trois autres municipalités de Slovénie possèdent maintenant un réseau de chaleur alimenté à la biomasse. Les maires de ces villes s'étaient entendus pour adopter une approche conjointe de présentation de leurs projets au programme Phare des Communautés européennes. Ces maires sont convaincus que ces projets contribueront au développement de leur région, en créant de nouveaux emplois, en améliorant l'environnement local et en promouvant le tourisme.
Photo
Chaudière - Système à biomasse - Réseau énergétique - Bois - résidus, Gornji Grad, Slovénie
Références
Le réseau de chauffage est typique d'un système conçu pour des températures moyennes de distribution, avec une tuyauterie surdimensionnée de 25 % par rapport aux besoins au moment de la conception.
La nouvelle chaudière à biomasse à haut rendement (rendement saisonnier de 85 %), sera implantée dans la chaufferie existante. La municipalité désire également installer une deuxième chaudière à bois, de manière à garantir un fonctionnement fiable de la nouvelle chaufferie, avec une puissance de secours de 100 %. La chaufferie existante est suffisamment grande pour loger les 2 nouvelles chaudières à la biomasse.
Les analyses des résidus de bois de l'usine démontrent que le combustible aura un pouvoir calorifique de la biomasse à l'état sec de presque 19 000 MJ/tonne, avec une teneur en eau de 40 %. La demande électrique additionnelle appelée par le système à biomasse et les pompes circulatrices sera de 60 000 kWh. En Slovénie, l'électricité provient principalement de centrales électriques au charbon. Les chaudières à mazout existantes, tant à la chaufferie municipale qu'à l'entreprise de travail du bois, ont des rendements saisonniers de l'ordre de 60 %.
Pour l'analyse des gaz à effet de serre, considérez que le charbon est le combustible du réseau électrique de référence.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont les suivantes : inflation de 1 %, ratio d'endettement de 80 %, taux d'intérêt sur la dette de 6 %, durée de l'emprunt de 15 ans et taux d'actualisation de 10 %. Ce projet sera mis en œuvre par une entreprise qui a un taux d'imposition sur les revenus de 28 %. Les dettes peuvent être reportées d'une année à l'autre. L'amortissement du capital investi est réalisé de manière dégressive avec un taux d'amortissement de 25 % et une allocation du coût en capital de 75 %. La durée de vie du système est estimée à 25 ans. Le prix d'une chaudière à biomasse, présenté par un fournisseur local, est de 370 000 €.
Le prix moyen de l'électricité est de 0,065 €/kWh et celui du mazout #2 (livraison incluse) de 0,63 €/L. Le coût du combustible devrait augmenter au même rythme que l'inflation. Pour simplifier l'étude, vous pouvez considérer que le prix facturé par la municipalité, à ses clients réguliers, pour le chauffage fourni, demeurera inchangé et qu'il est le même que ce d'autres payent pour le chauffage conventionnel au mazout.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez 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
- Si l'usine de travail du bois doit être connectée au réseau existant via une prolongation de 100 m de nouveaux tuyaux, RETScreen indique qu'il faudrait une tuyauterie de 125 mm pour pouvoir véhiculer la puissance thermique nécessaire. Or, la tuyauterie en place n'a que 100 mm de diamètre et ne peut donc prendre en charge cette nouvelle demande. Par conséquent, l'usine devra être directement raccordée à la chaufferie centrale qui est à une distance de 250 m.
- La biomasse est fournie gratuitement à la municipalité. Cependant cette dernière s'est engagée à fournir de la chaleur à l'usine à bois, avec un rabais de 50 % par rapport à ce que l'usine payait, en énergie, auparavant. Ainsi, l'escompte de 50 % sur l'énergie que payait l'industrie devient véritablement la valeur d'achat de la biomasse, payée par la municipalité.
- Les frais annuels « d'Exploitation et d'entretien », ainsi que les « Coûts périodiques » présentés dans l'étude de cas sont uniquement les surcoûts de l'option à la biomasse par rapport au cas de référence d'une chaudière au mazout.
- Le projet réel présenté est différent de celui de l'exercice proposé qui a été conçu comme un exemple simplifié d'utilisation de RETScreen.
- Aucun crédit n'a été considéré dans l'analyse pour l'enlèvement des équipements de la chaudière existante, puisqu'il n'est pas spécifié dans l'étude de cas qu'ils devaient être remplacés. La viabilité financière du projet aurait été améliorée si ces crédits avaient été inclus dans l'analyse.
Projet réel
Résultats
Depuis 1998, Gornji Grad, une petite ville de 2 700 habitants, située dans le nord-est de la Slovénie, utilise la biomasse comme combustible pour un réseau de chauffage urbain alimentant initialement une cinquantaine de bâtiments. À la fin de 2001, plus de 86 % des bâtiments de la ville ont été raccordés à ce système. Cette conversion a permis de réduire de 40 % les émissions de gaz à effet de serre en comparaison de celles des combustibles précédemment utilisés. Le projet permet non seulement de réduire la pollution de l'air mais de créer de nouveaux emplois dans la communauté.
Gornji Grad est la première municipalité de Slovénie à avoir adopté des résidus de bois produits sur son territoire pour alimenter un réseau de chauffage urbain, si bien que ce projet pourrait devenir un modèle pour des municipalités de Slovénie ou d'ailleurs, pouvant bénéficier du même contexte. Les systèmes de chauffage qui ont été remplacés utilisaient le bois, le charbon ou le mazout. Le fournisseur de biomasse (résidus de bois) est un actionnaire minoritaire (25 %) de la société municipale de chauffage urbain ENGO Ltd.
Le coût total du projet a été de 4,1 millions €. Une subvention du gouvernement slovène et du programme Phare des Communautés européennes a permis de couvrir 25 % des coûts du projet. Une autre subvention de 15 % des coûts du projet a été donnée par le gouvernement autrichien. Le programme Phare, financé par les Communautés européennes, est l'un des trois outils d'aide aux pays d'Europe centrale qui sont candidats à l'accession à l'Union européenne, pour leur permettre d'atteindre les critères d'admissibilité.
Le projet a été reconnu en octobre 2000, comme « Projet climatique du mois » par l'association de villes et municipalité européennes « Climate Alliance ».
Description du système
Le système comprend deux chaudières à biomasse de 2 MW, conçues par Järnforsen Energi de Suède et fabriquées par Järnforsen International, à Celje en Slovénie. Les résidus de bois, la sciure et les copeaux de bois sont fournis principalement par une usine locale de travail du bois et stockés dans des silos avec un système automatisé de décharge. La biomasse est introduite dans la chambre de combustion au moyen d'une vis sans fin. La chambre de combustion est constituée de grilles en pente à mouvement alternatif. L'air de précombustion est introduit en dessous des grilles du foyer et les gaz de combustion sont re-circulés pour réduire les émissions de NOx. L'apport d'air de postcombustion est contrôlé en différents endroits, de manière à réduire les émissions de CO. Après leur combustion complète, les fumées sont alors dirigées vers le générateur d'eau chaude situé derrière la chambre de combustion. Le rendement du système est estimé à 90 % lorsque des résidus de bois ayant une teneur en eau de 40 % de la masse totale (masse humide), sont utilisés.
La chaufferie est équipée de plusieurs cyclones de dépoussiérage des fumées, si bien qu'elle respecte les normes d'émissions de l'Union Européenne pour les particules, en plus de celles de CO et de NOX.
Pendant les mois d'été, une seule chaudière est utilisée. Un système de contrôle permet d'ajuster en continu la puissance de la chaufferie en fonction de la charge sur le réseau, de l'heure de la journée et des conditions météorologiques.
Le réseau de distribution de chaleur comprend 8 km de tuyauterie. La consommation de chaque utilisateur de réseau est calculée automatiquement et la facturation de chauffage se fait sur une base mensuelle.
Leçons à tirer
- Ce projet aurait pu difficilement voir le jour sans la participation et la motivation des conseillers de la ville.
- L'intervention de fournisseurs locaux d'équipements aide au potentiel de succès d'un tel projet.
- Il est essentiel de pouvoir bénéficier du savoir-faire technique et en gestion de projets, de réalisations similaires.
- Les petites villes ont souvent des ressources limitées quand il s'agit de gérer des données de consommation énergétique, de planifier les besoins actuels et futurs d'énergie, et de gérer aux plans techniques et financiers des projets de cette envergure.
- Sans un suivi adéquat du déroulement du projet, les ingénieurs-experts et les consultants peuvent avoir tendance à dépasser les coûts fixés pour que le projet soit rentable, en faisant passer comme des priorités des questions techniques plutôt que d'avoir comme objectif le rendement financier global.
Aperçu général
Approximativement 55 % du territoire de la Slovénie est couvert de forêts, ce qui donne au pays un intéressant potentiel d'utilisation de la biomasse. Trois autres municipalités de Slovénie possèdent maintenant un réseau de chaleur alimenté à la biomasse. Les maires de ces villes s'étaient entendus pour adopter une approche conjointe de présentation de leurs projets au programme Phare des Communautés européennes. Ces maires sont convaincus que ces projets contribueront au développement de leur région, en créant de nouveaux emplois, en améliorant l'environnement local et en promouvant le tourisme.
Photo
Chaudière - Système à biomasse - Réseau énergétique - Bois - résidus, Gornji Grad, Slovénie
Références
- Granstrand, Mats, « Communications personnelles », Järnforsen Energi, 2002.
- Öko-Institut, « Instruments and Options for Environmental Policy », Accession Process of EU Associated Countries in the Area of Environment and Energy, Germany, avril 2000.
- Ziegler, Urban, « Communications personnelles », PEMtec, 2002.
