Cette fiche technologique sur les nouvelles technologies autour du chauffage et du refroidissement urbains synthétise quelques faits jugés significatifs par nos Fellows dans le cadre de l’activité Presans Platform.
1. Contexte
Les premiers réseaux urbains de chauffage et de refroidissement remontent à l’Empire romain.
Dans le cadre des politiques actuelles de réduction des émissions de gaz à effet de serre et d’amélioration de l’efficience des systèmes de chauffage et de refroidissement, la thématique des réseaux urbains de chauffage et de refroidissement est importante. Les villes constituent en effet le meilleur site pour mettre en oeuvre des synergies. En effet, les milieux urbains présentent une hétérogénéité croissante en matière de besoins énergétiques :
- Besoin élevé de chauffage pour la majorité des bâtiments anciens (50° C)
- Besoin plus faible des bâtiments rénovés et neufs (35° C)
- Taux de modernisation encore modestes
- Certains sites spéciaux ont des besoins très élevés (hôpitaux)
- La préparation d’eau chaude représente une part significative du besoin
Des réseaux de chauffage urbains sont en usage depuis des décennies pour répondre à ces besoins :
- Ils représentent 10% de la chaleur consommée en Europe
- Ils permettent l’utilisation à grande échelle de technologies efficaces de conversion d’énergie
Cependant les besoins de refroidissement augmentent. Par ailleurs, l’efficience des pompes à chaleur décentralisées progresse. Notons enfin que les structures urbaines limitent la taille maximale des tuyaux qui peuvent être utilisés.
2. Les acteurs établis du secteur
Parmi les principales entreprises du chauffage et du refroidissement urbain, on trouve les entreprises suivantes :
Engie (France) ; Veolia (France) ; NRG Energy (USA) ; RWE (Allemagne) ; Vattenfall (Suède) ; Danfoss (Danemark) ; Fortum (Finlande) ; Statkraft (Norvège) ; Alfa Laval (Suède) ; Korea District Heating Corporation (Corée du Sud) ; SSE (UK) ; Radet (Roumanie) ; FŐTÁV Zrt. (Hongrie).
Ces entreprises opèrent des réseaux basés sur des technologies de première, seconde ou troisième génération :
- Première génération (1880-1930) : toujours utilisé à Paris, ce type de réseau est composé de tuyaux en acier traversant le béton et transportant de la vapeur d’eau. Son efficience énergétique est faible.
- Seconde génération (1930-1970) : le réseau transporte de l’eau pressurisée et utilise des énergies fossiles comme source d’énergie.
- Troisième génération (1970-2020) : tuyaux pré-isolés ; stations de distribution compactes, connectées aussi à des sources d’énergie renouvelable ; systèmes de mesure et de suivi.
La tendance est d’augmenter l’efficience énergétique, et ainsi de réduire la température de chauffage requise pour faire fonctionner le système.
3. Nouvelles technologies pour villes intelligentes
Les nouvelles technologies de chauffage et de refroidissement visent à optimiser les synergies par les réseaux urbains avancés, et en adoptant des approches innovantes dans le domaine de la conversion de gaz (fossile ou renouvelable).
Concrètement, le profil des générations suivantes de réseaux se présente ainsi :
- Quatrième génération (en cours de développement) : système hautement intégré de quatre tuyaux pour le chauffage et le refroidissement, compteurs intelligents et intégrations multiples avec des sources d’énergie renouvelable.
- Cinquième génération (en cours de développement) : système à deux tuyaux et basse température permettant du free-cooling et couplés avec des pompes à chaleurs, compteurs intelligents, intégrations multiples avec des sources d’énergie renouvelable et centrales de valorisation de la chaleur perdue.
