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Énergie
Bâtiment
Les systèmes de chauffage et de refroidissement urbains à la pointe de la technologie permettent aux municipalités de réduire leurs émissions globales de carbone et d'accélérer la transition énergétique grâce à la distribution efficace de chaleur et de froid à partir de sources d'énergie renouvelables.
Une énergie abordable et propre
Industrie, innovation et infrastructure
Villes et communautés durables
Consommation et production responsables
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Description
Les systèmes de chauffage et de refroidissement urbains distribuent de l'énergie thermique sous forme de vapeur, d'eau chaude ou de liquides réfrigérés, à partir de sources de production centrales ou décentralisées, par le biais d'un réseau vers plusieurs bâtiments ou sites, pour le chauffage ou le refroidissement des locaux ou des processus. Pour réduire l'impact sur l'environnement, les systèmes de chauffage urbain combinent la chaleur recyclée et la chaleur renouvelable. À la suite de l'accord de Paris en 2015 et de l'objectif de l'UE de réduire les émissions d'au moins 40 % par rapport aux niveaux de 1990 d'ici 2030, les États membres ont redoublé d'efforts pour favoriser le chauffage et le refroidissement urbains à l'aide de sources de carburant alternatives et de technologies de production de chaleur neutres en carbone. Cette transition est difficile car le chauffage urbain ne représente que 12 % de l'approvisionnement en chaleur de l'UE, la majeure partie de l'énergie étant produite par des centrales de cogénération alimentées par du gaz naturel et des combustibles solides tels que le lignite.
Problèmes à résoudre
Émissions de carbone
Approvisionnement en chaleur peu efficace
Dépendance à l'égard des combustibles fossiles
Émissions de gaz à effet de serre
Avantages
Les avantages montrent de manière tangible comment la mise en œuvre d'une solution peut améliorer la ville ou le lieu.
Principaux avantages
Réduire les émissions de GES
Réduire la pollution atmosphérique locale
Avantages potentiels
Réduire l'utilisation des fossiles
Améliorer la stabilité du réseau
Économiser les pics de demande d'énergie
Améliorer l'efficacité de l'approvisionnement en énergie
Augmentation de la part des énergies renouvelables
Fonctions
Les fonctions t'aident à comprendre ce que les produits peuvent faire pour toi et lesquels t'aideront à atteindre tes objectifs.
Chaque solution a au moins une fonction obligatoire, qui est nécessaire pour atteindre l'objectif de base de la solution, et plusieurs fonctions supplémentaires, qui sont des caractéristiques qui peuvent être ajoutées pour fournir des avantages supplémentaires.
Fonctions obligatoires
Fonctionner avec une efficacité énergétique d'au moins 32,5
Efficacité minimale établie par les directives régionales
Approvisionnement température de chauffage entre 80 et 120°C
Plage de température pour une distribution et une utilisation appropriées
Approvisionnement température de refroidissement entre 6 et 7°C
Plage de température pour une distribution et une utilisation appropriées
Connecter systèmes décentralisés vers le réseau de district
Ces systèmes doivent pouvoir être intégrés au réseau DH de la ville.
Fonctions potentielles
Récupérer jusqu'à 40 % de l'énergie
Récupération de l'énergie thermique perdue
Utiliser les sources d'énergie renouvelables pour la production de chaleur et de froid
Réduire la production d'énergie à partir de combustibles fossiles
Générer fourniture de chauffage urbain à basse température
Réduire les coûts variables de la production de chaleur et de froid
Variantes
Une variante est généralement quelque chose qui est légèrement différent d'autres choses similaires. Dans le contexte des solutions, les variantes sont des options différentes ou éventuellement des sous-domaines/branches par lesquels la solution peut être mise en œuvre, par exemple des options technologiques différentes.
Description
Les combustibles neutres ou à faible teneur en carbone, tels que la biomasse, les déchets et le biogaz, deviennent des alternatives intéressantes pour réduire l'impact environnemental des systèmes de chauffage. Bien que ces sources d'énergie produisent des émissions de carbone, elles sont neutres en termes de cycle de vie. L'énergie de la biomasse est neutre en carbone si la culture de la biomasse élimine autant de CO2 que sa combustion n'en émet dans l'atmosphère. Les déchets et le biogaz sont des matériaux récupérés qui seraient autrement éliminés.
Cas Pratique
Énergie
Amélioration de l'efficacité énergétique du chauffage urbain et de la production d'eau chaude sanitaire
Rénovation de l'ensemble du système de chauffage urbain afin d'accroître l'efficacité énergétique et de réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles.
Afin d'obtenir des quartiers durables à Tepebasi grâce à une rénovation en profondeur, des améliorations ont été apportées à la conception de l'enveloppe du bâtiment. Minimiser le transfert de chaleur à travers l'enveloppe du bâtiment est essentiel pour réduire les besoins de chauffage et de climatisation des locaux.
La popularité des installations P2H s'accroît grâce à l'augmentation de la capacité installée des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire photovoltaïque. Les installations P2H exploitent l'électricité renouvelable produite et la transforment en chaleur, soit par des résistances chauffantes, des chaudières à électrodes ou des pompes à chaleur. Pour une intégration efficace du P2H, le rapport entre la production d'énergie renouvelable et la production de combustibles fossiles doit être pris en compte. Une plus grande capacité installée d'énergie renouvelable favoriserait la faisabilité d'une installation de P2H. Le P2H constitue une alternative au système de gestion de la demande. Lorsque la production d'électricité à partir de sources renouvelables est excédentaire, les installations de P2H sont alimentées pour produire de la chaleur.
Description
L'énergie solaire thermique exploite l'énergie du soleil pour produire de l'énergie thermique destinée à l'industrie, au secteur résidentiel et au secteur commercial. Dans les régions où l'irradiation solaire est élevée (indice de masse surfacique annuel supérieur à 1 000 kWh/m2), les installations solaires thermiques sont les plus favorables. Néanmoins, dans les pays d'Europe du Nord comme le Danemark (avec un indice d'ensoleillement annuel inférieur à 1 000 kWh/m2), l'énergie solaire thermique contribue de manière significative au réseau de chauffage urbain. L'énergie solaire thermique contribue généralement à hauteur de 20 % à l'approvisionnement total en chaleur, bien que l'inclusion d'unités de stockage saisonnières puisse augmenter le pourcentage de chauffage pouvant être assuré par l'énergie solaire sur une base annuelle jusqu'à 50 % (SDH 2020). Les grands réseaux urbains de chauffage urbain s'approvisionnent généralement en énergie thermique auprès d'installations solaires thermiques à grande échelle. Les capteurs solaires plats sont les systèmes les plus couramment installés.
Description
Cette variante de la production de chaleur a été conçue pour exploiter l'énergie thermique des tuyaux transportant le flux de retour des systèmes de refroidissement urbain ou des tuyaux d'évacuation des eaux usées. Pour ce faire, on utilise un échangeur de chaleur et une pompe à chaleur alimentée par des panneaux solaires photovoltaïques, dans lesquels la chaleur est récupérée pour produire de l'eau chaude dans les bâtiments résidentiels.
La faisabilité de la récupération des déchets thermiques dépend largement des coûts nivelés de la chaleur pour les sources de production de chaleur conventionnelles. Ces mises en œuvre entraînent des coûts d'investissement élevés, de sorte que des incitations économiques sont nécessaires pour permettre une mise à l'échelle.
Cas Pratique
Énergie
Solution de refroidissement urbain durable utilisant la chaleur résiduelle
Un système de refroidissement urbain à haute efficacité énergétique a été installé dans le centre ville très peuplé de Tartu en utilisant des refroidisseurs refroidis par la rivière. Fortum a amélioré l'efficacité énergétique du système en utilisant une pompe à chaleur qui réutilise la chaleur résiduelle du système de refroidissement pour le système de chauffage urbain.
Le chauffage urbain à basse température est une technologie d'approvisionnement en chaleur permettant un approvisionnement efficace, respectueux de l'environnement et rentable de la collectivité. Par rapport au chauffage urbain classique, la température d'alimentation du réseau est réduite à environ 50 °C, voire moins.
Cas Pratique
Énergie
TIC
Chauffage urbain à basse température et contrôleurs intelligents
Développement d'un système efficace de chauffage à basse température à partir du flux de retour d'un réseau de chaleur à haute température.
Le concept novateur des réseaux de chauffage urbain froid vise à combiner les avantages d'un système de distribution d'énergie centralisé avec de faibles pertes de chaleur dans la fourniture d'énergie. Cet effet combiné est obtenu grâce à la fourniture centralisée d'eau à des températures relativement basses, qui est ensuite chauffée par des pompes à chaleur décentralisées. Ces pompes de circulation prélèvent de l'eau dans la conduite chaude, l'utilisent dans une pompe à chaleur pour atteindre des températures adaptées au chauffage des locaux, puis rejettent l'eau refroidie dans la conduite froide.
Description
Les refroidisseurs à absorption utilisent la chaleur perdue provenant d'autres processus ou équipements pour alimenter un processus thermodynamique qui permet de refroidir l'eau et de la distribuer pour les besoins du chauffage, de la ventilation et de la climatisation. Les refroidisseurs à absorption ne nécessitent pas l'installation d'un système de refroidissement urbain à l'échelle de la ville. Ils doivent être installés à proximité d'un flux constant de chaleur résiduelle, par exemple près des effluents d'une usine industrielle ou d'un campus universitaire.
Facteurs de soutien
Réduire la concurrence sur le marché : Suppression des subventions et autres incitations en faveur des systèmes de chauffage à base de combustibles fossiles.
Accès au capital : Fournir des projets de démonstration, des financements innovants et des mécanismes de garantie de la dette pour le développement de grands projets d'infrastructure dans les villes.
Acceptation par les citoyens : L'acceptation par les citoyens locaux doit être renforcée en améliorant la sensibilisation et en soulignant les avantages du chauffage et du refroidissement urbains. Des activités adéquates d'engagement des citoyens, telles que des événements d'information locaux, pourraient être des outils appropriés pour obtenir l'approbation.
Soutien municipal: Permettre l'accès aux routes et aux terrains publics pour construire les réseaux et les sources de chaleur. Il faut également veiller à ce que les bâtiments municipaux soient raccordés au système de chauffage et de refroidissement urbains.
Transparence: Les données relatives aux audits énergétiques locaux, à la recherche et au développement, ainsi qu'aux performances doivent être mises à disposition.
Élimination des combustibles fossiles : les taxes élevées sur les combustibles fossiles rendent compétitives les mises en œuvre telles que celles présentées dans les variantes.
Contexte de la ville
Quels sont les facteurs de soutien et les caractéristiques d'une ville pour lesquels cette solution est adaptée ? Quels sont les facteurs qui faciliteraient la mise en œuvre ?
Exigences générales pour la mise en œuvre du chauffage urbain :
Densité élevée de la charge thermique : Les réseaux de chaleur étant très gourmands en capitaux, la zone chauffée doit être densément construite afin de minimiser la longueur des tuyaux nécessaires.
Viabilité économique: En règle générale, la densité de la charge thermique pour le chauffage urbain doit être supérieure à 23 MWh par mètre de longueur de réseau prévue pour être commercialement viable.
Localisation du parc immobilier: Les bâtiments à raccorder aux réseaux de chauffage urbain doivent être proches du réseau existant afin de minimiser la longueur des tuyaux de raccordement. Cela permettra de réduire les coûts d'investissement et d'exploitation.
Emplacement des sources de chaleur : les sources de chaleur modernes sont équipées de systèmes d'épuration des gaz de combustion de haute qualité. Par conséquent, sous réserve des conditions de planification, les sources de chaleur peuvent être situées à proximité ou au centre des zones urbaines afin de minimiser la longueur du réseau. L'emplacement des sources de chaleur doit faire l'objet d'un accord préalable
Le chauffage urbain a plusieurs exigences en matière d'utilisation des sols pour sa mise en œuvre :
Il est très utile d'élaborer une carte de la demande de chaleur et un plan de chauffage correspondant pour une ville afin d'identifier les zones les plus adaptées au chauffage urbain et celles qui sont le mieux desservies par des systèmes de bâtiments individuels.
Les sources de chaleur doivent être proches du client (économie), mais il faut tenir compte de la prévention du bruit et de la logistique de transport.
Les réseaux souterrains nécessitent de l'espace qui est déjà partiellement occupé par d'autres infrastructures : électricité, télécommunications, eaux usées, eau, etc.
Possibilité de stations de pompage de surpression
Les itinéraires de transport des combustibles et des cendres doivent minimiser les dommages et les risques pour la population.
Initiatives du gouvernement
Quels sont les efforts et les politiques entrepris par les administrations publiques locales/nationales pour favoriser et soutenir cette solution ?
UE
1) RHC-ETIP
La plateforme européenne de technologie et d'innovation pour le chauffage et le refroidissement renouvelables (RHC-ETIP) rassemble les parties prenantes des secteurs de la biomasse, de la géothermie, de l'énergie solaire thermique et des pompes à chaleur - y compris les industries connexes telles que le chauffage et le refroidissement urbains, le stockage de l'énergie thermique et les systèmes hybrides - afin de définir une stratégie commune visant à accroître l'utilisation des technologies d'énergie renouvelable pour le chauffage et le refroidissement.
2) Agence internationale de l'énergie (AIE)
Le programme de collaboration technologique sur le chauffage et le refroidissement urbains, y compris la production combinée de chaleur et d'électricité[JH1], porte sur la conception, les performances et l'exploitation des systèmes de distribution et des installations des consommateurs. L'accord a pour but de contribuer à faire du chauffage et du refroidissement urbains et de la production combinée de chaleur et d'électricité des outils puissants pour la conservation de l'énergie et la réduction des impacts environnementaux de la fourniture de chaleur. Le programme offre une plateforme pour les rapports en ligne et l'échange de bonnes pratiques.
ROYAUME-UNI
1) L'unité de livraison des réseaux de chaleur (Heat Networks Delivery Unit - HNDU)
La Heat Networks Delivery Unit a été créée en 2013 pour relever les défis en matière de capacité et d'aptitude que les autorités locales ont identifiés comme des obstacles au déploiement des réseaux de chaleur au Royaume-Uni. L'unité fournit des financements et des conseils spécialisés aux autorités locales qui développent des projets de réseaux de chaleur.
2) Projet d'investissement dans les réseaux de chaleur (HNIP)
Le projet d'investissement dans les réseaux de chaleur prévoit 320 millions de livres sterling d'aide à l'investissement afin d'augmenter le volume de réseaux de chaleur construits, de réaliser des économies de carbone pour les budgets carbone et de contribuer à créer les conditions d'un marché durable qui peut fonctionner sans subvention directe de l'État. La phase pilote du projet d'investissement dans les réseaux de chaleur s'est déroulée sur 6 mois et a attribué 24 millions de livres sterling à 9 projets d'autorités locales retenus en mars 2017.
Cartographie des parties prenantes
Quelles sont les parties prenantes à prendre en compte (et comment) dans la planification et la mise en œuvre de cette solution ?
Carte des parties prenantes d'un système de chauffage ou de refroidissement urbain (BABLE, 2021)
Modèle de valeur
Évaluation du rapport coût-bénéfice de la solution.
La liste suivante d'avantages est accompagnée d'un classement par ordre d'importance. Une valeur de 1 correspond à une grande importance.
Modèle de valeur pour un système de chauffage ou de refroidissement urbain (BABLE, 2021)
La création de cette solution a été soutenue par un financement de l'UE.
Cas Pratique
Découvrez des exemples concrets de mise en œuvre de cette solution.
Énergie
Bâtiment
Contrôle intelligent du chauffage
Exploitation intelligente des systèmes de chauffage pour réduire la consommation d'énergie et les émissions de CO2 dans les bâtiments. Cela implique l'analyse de données en temps réel et des algorithmes adaptatifs pour gérer le chauffage plus efficacement, résoudre les problèmes d'intégration et favoriser l'acceptation par les utilisateurs.
L'étude "Renewable Power-to-Heat in Hajnówka" illustre la possibilité et la nécessité de convertir le réseau de chaleur fossile de la ville polonaise de Hajnówka aux énergies renouvelables.
Gestion de la demande dans les réseaux de chauffage urbain
Un bâtiment commercial réduit ses besoins en chauffage pendant les heures de pointe afin d'éviter d'avoir recours à des centrales énergétiques à base de combustibles fossiles. Cette initiative s'inscrit dans le cadre de la gestion de la demande, qui vise à réduire les émissions de CO2 et à améliorer l'efficacité énergétique.
Stockage de chaleur avec intégration des TIC pour un approvisionnement en chaleur économique
pallier l'insuffisance de la production d'électricité en intégrant la centrale solaire de Dunker pour fournir de la chaleur à un district qui ne peut pas produire suffisamment d'énergie renouvelable.
Évaluation du potentiel de chaleur résiduelle en vue de son intégration dans le système central de chauffage urbain
Le projet évalue les sources de chaleur résiduelle de la ville afin de les intégrer potentiellement dans le système de chauffage urbain. Il s'agit notamment de fournir une vue d'ensemble de la quantité de chaleur résiduelle utilisable à Leipzig en fonction de l'industrie, afin d'évaluer le potentiel pour les villes ayant une structure similaire.
Intégration de la chaleur solaire thermique dans les réseaux de chauffage urbain
L'intégration d'une centrale de chauffage solaire dans le système de chauffage urbain permet de créer un quartier à énergie positive. Cette initiative renforce l'utilisation des énergies renouvelables et contribue aux efforts de décarbonisation de la ville en ajoutant de l'énergie solaire thermique à son réseau de chauffage.
Dans les zones de location des anciennes filatures de coton, un système de gestion intelligente de la chaleur utilise des thermostats intelligents connectés à un système local de gestion de l'énergie, permettant aux locataires de contrôler le chauffage par le biais d'une application mobile et de réduire les émissions liées à la chaleur en coupant automatiquement l'alimentation en chaleur dans les zones non utilisées.
Éclairage solaire au sol pour les espaces verts de Londres
Afin d'encourager les entreprises, les écoles et les habitants à adopter des comportements durables en matière de déplacements, la municipalité a installé un éclairage solaire au sol sur son réseau de sentiers à usage partagé, afin de faciliter l'accès des cyclistes, des piétons et des personnes à mobilité réduite tout au long de l'année.
Voies de décarbonisation pour les réseaux de chauffage urbain
L'université de Leipzig soutient la prise de décision de LSW par une analyse basée sur un modèle. L'objectif global est de trouver des pistes pour augmenter l'approvisionnement en chauffage urbain à "Leipzig West" et la part des énergies renouvelables et de l'utilisation de la chaleur résiduelle dans le système de chauffage urbain de Leipzig à l'avenir.
Intégration des SER (solutions d'énergie renouvelable)
L'intégration des SER vise à faire de Lippulaiva, à Espoo, un quartier à énergie positive, grâce à des systèmes de production d'électricité et d'énergie thermique.
Dans le cadre du projet GrowSmarter, "Smart local thermal districts" fait partie de la rénovation du bâtiment de Ca l'Alier, qui combine la production d'électricité sur site (PV) avec le réseau DHC local existant, réduisant ainsi la consommation d'énergie primaire fossile pour le chauffage et la production de froid.
Solution de refroidissement urbain durable utilisant la chaleur résiduelle
Un système de refroidissement urbain à haute efficacité énergétique a été installé dans le centre ville très peuplé de Tartu en utilisant des refroidisseurs refroidis par la rivière. Fortum a amélioré l'efficacité énergétique du système en utilisant une pompe à chaleur qui réutilise la chaleur résiduelle du système de refroidissement pour le système de chauffage urbain.
Chauffage urbain ouvert pour une récupération durable de la chaleur
Ce projet de chauffage urbain ouvert vise à récupérer la chaleur perdue dans le réseau de chauffage urbain existant en développant un modèle commercial innovant pour les pompes à chaleur "plug and play" et les contrats dans lesquels le fournisseur de chauffage urbain achète la chaleur perdue de sources locales telles que les centres de données et les supermarchés.
Amélioration de l'efficacité énergétique du chauffage urbain et de la production d'eau chaude sanitaire
Rénovation de l'ensemble du système de chauffage urbain afin d'accroître l'efficacité énergétique et de réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles.
Environ un quart du prix de l'énergie est dû au transport de l'énergie. La mise en œuvre d'un système énergétique local peut faire passer la production d'énergie d'un système centralisé à un système décentralisé.
Selon la directive sur la performance énergétique des bâtiments (EPBD), les bâtiments sont responsables d'environ 40 % de la consommation d'énergie et de 36 % des émissions de CO2 dans l'UE.
La fourniture d'énergie aux ménages, aux bâtiments publics et aux services représente la majeure partie des émissions de gaz à effet de serre dans la plupart des municipalités. Les systèmes municipaux d'économie d'énergie représentent des solutions ponctuelles pour optimiser la consommation d'énergie.
Les micro-réseaux apparaissent comme une solution attrayante et viable pour les villes, les services publics et les entreprises afin de répondre aux besoins énergétiques des communautés en exploitant des ressources plus durables, tout en augmentant la résilience, en réduisant les émissions et en atteignant des objectifs politiques ou d'entreprise plus larges.
La quantité de déchets produits dans le monde est en constante augmentation. Avec la quantité de déchets, l'importance d'un traitement efficace des déchets s'accroît. La logistique intelligente des déchets couvre la chaîne des déchets, depuis la collecte des déchets chez les habitants jusqu'au traitement, au recyclage et à la destruction.
