L'importance des limites du système lors de l’évaluation de l’efficacité énergétique des réseaux de chauffage urbain

Récapitulatif :

L’évaluation de l’efficacité énergétique des réseaux de chauffage urbain nécessite une attention particulière portée aux limites du système, car les conclusions sur la performance peuvent varier considérablement selon que le périmètre d’analyse est restreint ou élargi.
Par exemple, une approche étroite (portant uniquement sur le réseau de distribution) peut faire apparaître un système comme plus performant, alors que l’intégration de la production de chaleur ou des systèmes côté usagers peut inverser cette conclusion. Des exemples concrets montrent que la réduction des températures de fonctionnement peut générer des gains d’efficacité modestes si l’on se limite au réseau (par exemple, 5 % de pertes de chaleur en moins), mais entraîner des améliorations bien plus importantes et des bénéfices économiques significatifs (jusqu’à 29 % de gain d’efficacité globale et des économies multipliées par 17) lorsqu’on considère l’ensemble du système.

Le livre blanc met également en évidence le rôle essentiel des installations techniques des bâtiments (ITB) et du comportement des usagers. Une optimisation des ITB et une meilleure implication des usagers permettent non seulement de réduire la demande thermique, mais aussi de diminuer les températures de fonctionnement, ce qui contribue à réduire les coûts et à améliorer l’efficacité globale du système.

Pour comprendre pleinement – et maximiser – la valeur des améliorations d’efficacité dans les réseaux de chaleur, il est crucial d’adopter une approche large et holistique des limites du système, intégrant à la fois les impacts en amont et en aval.
Cette vision globale permet non seulement de révéler des gains d’efficacité plus importants, mais aussi de soutenir la transition vers des systèmes de chaleur à faible émission de carbone et à base d’énergies renouvelables, en améliorant la compréhension des interactions entre les différentes composantes du système énergétique.

Introduction

Lorsqu’on travaille dans le secteur du chauffage urbain, il est courant d’entendre la question suivante : Qu’est-ce qui définit un système de chauffage urbain performant ?
À première vue, cela semble une question simple à laquelle on pourrait répondre avec des affirmations comme : un système avec de faibles pertes thermiques, des coûts réduits, de faibles émissions ou une part élevée d’énergies renouvelables…
Cependant, la réalité est un peu plus nuancée. Pour répondre correctement à cette question, il est nécessaire de définir les limites du système ainsi que les paramètres d’évaluation de sa performance, car ces éléments peuvent fortement influencer la conclusion sur l’efficacité réelle du système. Ce livre blanc se concentre principalement sur l’efficacité énergétique, tout en abordant, lorsque cela est pertinent, l’efficacité économique.

Le développement historique du refroidissement urbain (district cooling) est décrit dans [8]. La première génération correspond à un système de réfrigération industrielle. Elle est suivie par une deuxième génération, qui adopte l’eau comme fluide de distribution et exploite les économies d’échelle. La troisième génération se caractérise par une diversification des sources de froid, tandis que la quatrième génération positionne le refroidissement urbain au sein d’un système énergétique intelligent. Contrairement aux systèmes de chauffage urbain (district heating), les systèmes de refroidissement urbain sont généralement conçus pour desservir de grands bâtiments présentant une demande de froid tout au long de l’année, tels que les immeubles de bureaux, les centres commerciaux ou les bâtiments qui, en plus des besoins liés aux conditions climatiques, doivent faire face à des charges thermiques internes importantes, comme la ventilation, le contrôle de l’humidité ou le fonctionnement d’équipements électroniques.

Avec la transition énergétique et la sortie progressive des énergies fossiles, le chauffage urbain est bien positionné pour devenir le principal mode d’approvisionnement en chaleur dans les zones urbaines où la demande de chaleur est dominante. La question reste cependant de savoir dans quelle mesure le chauffage urbain est adapté, comparé aux pompes à chaleur individuelles, pour remplacer le chauffage au gaz naturel dans les régions où coexistent des besoins en chauffage et en refroidissement. L’un des avantages des pompes à chaleur individuelles dans les climats chauds est qu’elles permettent un remplacement presque équivalent des chaudières gaz existantes, tout en assurant une transition simple de l’alimentation en énergie : du réseau de gaz vers le réseau électrique. De plus, une pompe à chaleur peut à elle seule couvrir les besoins en chauffage des espaces, en eau chaude sanitaire et en refroidissement. Toutefois, cette électrification individuelle de la demande thermique peut poser des défis importants au réseau électrique, notamment la nécessité de renforcer la capacité du réseau et de développer une production d’électricité renouvelable importante. Or, cette capacité risque de rester inexploitée pendant une grande partie de l’année, en raison de la saisonnalité de la demande thermique des bâtiments.