climat provenant de la région
En Suisse, de plus en plus de bâtiments sont raccordés à un réseau de chaleur ou de froid à distance. Il s’agit d’un système d’approvisionnement particulièrement efficace dans lequel l’énergie de chauffage ou de refroidissement n’est pas produite là où elle est consommée. L’énergie thermique, qu’il s’agisse de chaleur ou de froid, est transportée du lieu de production aux bâtiments raccordés via un système de conduites. La plupart du temps, l’eau est utilisée comme fluide porteur.
Le chauffage urbain convainc par ses nombreux avantages: Le système est peu encombrant et confortable. L’utilisation de sources d’énergie locales et respectueuses du climat permet de répondre aux exigences légales. Le regroupement d’installations et d’infrastructures entraîne des économies d’échelle qui réduisent les coûts de revient de l’énergie.
Il y a près de 100 ans, la première installation de chauffage urbain a vu le jour dans la Josefstrasse à Zurich. Elle utilisait alors la chaleur résiduelle de l’usine d’incinération des ordures ménagères pour chauffer différents immeubles des environs. Au cours des années qui ont suivi, de nombreux autres projets ont été ajoutés dans tout le pays. Le potentiel du chauffage urbain a encore de beaux jours devant lui: selon les Perspectives énergétiques 2050+ (en allemand) de la Confédération, la production de chaleur qui est d’environ 8 TWh aujourd’hui pourrait passer à 18 TWh par an.
Les réseaux de chauffage urbain permettent d’exploiter différentes sources d’énergie renouvelables qui, autrement, ne pourraient guère être exploitées de manière rentable. Il est également possible de combiner différentes sources d’énergie pour alimenter un réseau de chauffage urbain. Cela permet d’accroître la sécurité d’approvisionnement et l’efficacité.
Le chauffage urbain offre l’opportunité de décarboniser des sites et des quartiers entiers. C’est donc un élément essentiel de l’approvisionnement futur en chaleur de la Suisse, qui, conformément à l’objectif de zéro émission nette suisse, doit fonctionner de manière climatiquement neutre d’ici 2050.
Le principe du chauffage urbain est que l’énergie est produite de manière centralisée dans un réseau de chauffage ou d’énergie et fournie aux consommateurs et consommatrices par des conduites, généralement sous forme d’eau. Dans ce contexte, on parle souvent de chauffage urbain. Les réseaux de chauffage urbain doivent être différenciés en réseaux à haute température et en réseaux à basse température sur la base de leur température de fonctionnement respective.
Réseaux haute température
Lorsque le chauffage urbain est fourni à des températures comprises entre 60 et 150 °C, on parle de réseau haute température. Ces températures de fonctionnement permettent de chauffer seul un bâtiment à l’aide d’un échangeur de chaleur et de l’alimenter en eau chaude, aucune autre installation technique n’étant nécessaire. Les réseaux à haute température utilisent souvent comme source d’énergie la chaleur résiduelle des usines d’incinération des ordures ménagères ou la chaleur des chaudières à copeaux de bois. Mais il est également possible d’élever la chaleur ambiante à un niveau de température bas au niveau de température requis à l’aide d’une pompe à chaleur. Les réseaux haute température peuvent se révéler intéressants lorsque les consommateurs et consommatrices ont besoin de chaleur de chauffage avec des températures de départ élevées, d’eau chaude ou de chauffage industriel. Dans de tels cas, il est plus efficace et moins coûteux de générer les températures requises de manière centralisée plutôt que séparément pour chaque bâtiment.
Réseaux basse température
Les réseaux de chauffage urbain dont la température de fonctionnement est inférieure à 60 °C reposent sur une structure d’approvisionnement décentralisée. L’énergie thermique est alors portée localement au niveau de température requis chez le consommateur, car les températures sont trop basses pour un approvisionnement direct. La hausse de température est généralement gérée par une pompe à chaleur. Les réseaux basse température sont certes un peu plus exigeants sur le plan technique, mais ils offrent plus de flexibilité. Ils sont judicieux lorsque les consommateurs et consommatrices ont besoin de différentes températures de départ, par exemple dans les zones avec des bâtiments neufs et existants. L’autre avantage pour les consommateurs et consommatrices utilisant des processus de refroidissement internes – par exemple une entreprise industrielle ou commerciale – est qu’ils peuvent également injecter dans le réseau de la chaleur résiduelle qui, sinon, serait perdue.
Si la température de fonctionnement d’un réseau basse température est inférieure à 20 °C, les bâtiments raccordés peuvent être refroidis directement. Cette méthode, appelée «freecooling», consiste à pomper de l’eau froide à travers les tuyaux de chauffage du bâtiment, ce qui permet de refroidir les pièces de 2 à 3 °C. La chaleur ambiante, provenant par exemple des nappes phréatiques, des lacs ou des rivières, est particulièrement adaptée comme source d’énergie pour les réseaux basse température.
Si l’énergie thermique n’est transportée que sur de courtes distances, on parle aussi de réseaux de chaleur ou de froid locaux. Le fonctionnement reste toutefois le même. Le terme générique de «réseau thermique» résume ce principe d’approvisionnement en énergie et est principalement utilisé par les spécialistes.
Lorsqu’un site ou un lotissement comporte différents usages tels que des logements, des commerces et des services, il faut généralement non seulement chauffer, mais aussi refroidir. Les réseaux de chaleur et de froid à distance s’associent facilement à des solutions énergétiques intégrées. Si un réseau basse température s’en charge, il en résulte d’intéressantes synergies. La chaleur résiduelle des bâtiments nécessitant du refroidissement permettent par exemple de chauffer ailleurs.
La combinaison avec le photovoltaïque (PV) est attrayante: si les pompes à chaleur peuvent fonctionner avec leur propre énergie solaire, cela réduit les coûts d’exploitation tout en augmentant la consommation propre de l’installation photovoltaïque. Pour qu’une telle solution énergétique intégrée fonctionne efficacement, elle doit être planifiée de manière globale dès le départ.
Le stade de hockey sur glace comme exemple de bonnes pratiques
ewz a déjà mis en œuvre cette approche avec succès dans le cadre de différents projets. Le concept énergétique de la Swiss Life Arena en est un exemple. Le froid climatique produit sur place pour le stade des ZSC Lions peut être mis à la disposition d’autres consommateurs et consommatrices dans le voisinage immédiat. La chaleur résiduelle qui en résulte sert de source d’énergie au réseau de chauffage urbain d’Altstetten. Une grande installation photovoltaïque sur le toit du stade assure l’approvisionnement en électricité renouvelable des installations techniques. Ce concept global permet un approvisionnement énergétique respectueux de l’environnement, sûr et rentable du site et de ses environs.
L’exploitation économique d’un réseau de chauffage urbain nécessite le respect de certaines conditions.
Les réseaux sont rentables dans les zones densément peuplées
De manière générale, plus la densité de population est élevée, plus le besoin en chaleur par unité de surface est élevé et plus la longueur des conduites est faible, plus il est rentable d’utiliser le chauffage urbain. Ces critères s’appliquent surtout à l’espace urbain. Selon une étude (en allemand) de l’Empa, de l’EPFZ et de la HSLU, l’approvisionnement avec un réseau de chauffage urbain est judicieux sur le plan énergétique et économique dans 50 à 80% des quartiers urbains, et dans jusqu’à 50% des quartiers dans les communes d’agglomération densément peuplées.
Mais il est également possible à la campagne
Cela ne veut pas pour autant qu’il ne convient pas dans d’autres sites. En effet, la disponibilité d’une source d’énergie renouvelable peu coûteuse et les conditions de construction sont également des aspects importants. Dans les villes en particulier, l’investissement pour la réalisation de l’infrastructure est souvent élevé, car il y a peu de place et de nombreuses conduites sont déjà installées dans le sous-sol. À cet égard, les communes rurales ont souvent un avantage: les réseaux de chauffage urbain sont généralement plus rapides et à moindre coût. La commune d’Ilanz, avec laquelle ewz a mis en service une centrale thermique à bois et le réseau de chauffage urbain d’Ilanz en 2014, en est un exemple.
Une approche globale est nécessaire
Pour évaluer la rentabilité d’un réseau de chauffage urbain, il est toujours nécessaire d’avoir une vision globale. Cela inclut également l’évaluation des risques tels que la hausse des prix de l’énergie, la réduction du besoin en chaleur ou la hausse des taux d’intérêt pour d’éventuels capitaux étrangers. Il convient en outre de vérifier si les conditions pour l’octroi des subventions proposées dans de nombreux cantons pour la construction et l’extension de réseaux de chauffage urbain sont remplies. Pour la rentabilité de l’exploitation, il convient de développer un modèle tarifaire adapté. Des modèles à trois niveaux, composés des coûts de raccordement, d’une contribution annuelle de base et des coûts de l’énergie, sont souvent utilisés.
Les accumulateurs thermiques sont un composant important pour exploiter les réseaux de chauffage urbain de manière sûre, écologique et efficace. Ils servent de tampons et permettent de coordonner la production et la demande de chaleur. Selon le type et la taille de l’accumulateur, l’énergie peut rester stockée pendant des jours, des semaines, voire des mois.
Couvrir les pics de consommation avec des système de stockage d’énergie
Les accumulateurs thermiques peuvent augmenter considérablement l’efficacité des générateurs de chaleur, par exemple en prenant en charge une partie de la puissance en cas de pics de consommation. Parallèlement, ils peuvent réduire ou remplacer complètement la couverture des pics de consommation par des chaudières à gaz ou à mazout et contribuer ainsi à la décarbonisation des réseaux de chauffage urbain.
Les accumulateurs saisonniers absorbent la chaleur renouvelable excédentaire en été et la remettent à disposition en hiver. Ils réduisent les besoins en combustibles fossiles ainsi que le prélèvement d’électricité du réseau public et contribuent ainsi efficacement à un approvisionnement en électricité sûr en hiver.
Types d’accumulateurs
Différents types d’accumulateurs thermiques entrent en ligne de compte pour un réseau de chauffage urbain. Les accumulateurs à sondes géothermiques, par exemple, se combinent bien avec les réseaux basse température, car ils peuvent fournir de l’énergie thermique pour le chauffage et le refroidissement. Ils peuvent être exploités à court terme et de manière saisonnière.
Les accumulateurs thermiques à réservoir tels que les réservoirs en acier préfabriqués ou les réservoirs en béton encastrés dans le sol stockent l’eau à des températures élevées. Ils conviennent aux réseaux haute température et sont plutôt utilisés pour le stockage à court terme. La Haute École de Lucerne mène (en allemand) actuellement des recherches sur la manière d’isoler les cavités existantes – par exemple les bunkers ou les caves hors d’usage – et de les utiliser comme accumulateurs thermiques.
Les accumulateurs de glace constituent également une option intéressante. Ils ne sont pas réchauffés ou chauffés au préalable, mais utilisent l’énergie thermique libérée par la congélation de l’eau. Découvrez-en plus sur les systèmes de stockage d’énergie dans notre publication spécialisée.
Si une ville, une commune ou l’instance responsable d’un site souhaite réaliser un réseau de chauffage urbain sur son territoire, il convient dans un premier temps de vérifier si elle remplit les critères décisifs. La question centrale est de savoir s’il y a suffisamment de consommateurs et consommatrices dans la zone prévue pour que le projet puisse être exploité de manière rentable. En outre, des sources d’énergie renouvelables appropriées et faciles à exploiter sont nécessaires à proximité.
Examiner la collaboration avec le partenaire spécialisé
Pour la suite de la planification, il est conseillé de collaborer avec un partenaire spécialisé compétent. Depuis plus de 20 ans, ewz planifie, finance, construit et exploite des réseaux de chauffage et énergétiques dans des zones urbaines et rurales de toute la Suisse. Renseignez-vous sur notre offre pour les communes et les villes et sur les possibilités de collaboration avec ewz.
Préparer le raccordement
Les propriétaires qui souhaitent raccorder leur bien immobilier à un réseau de chauffage urbain existant ou prévu doivent contacter l’exploitant du réseau. Le passage d’un système de chauffage installé sur place à un raccordement au réseau est généralement simple. Pour ce faire, la conduite de chauffage urbain est raccordée au bâtiment. Dans le bâtiment lui-même, il suffit d’une station de transfert de chauffage urbain avec un échangeur de chaleur qui transfère l’énergie thermique du circuit de chauffage urbain au circuit d’eau de chauffage du bien immobilier. Par rapport à un système de chauffage classique, le raccordement au réseau permet de réduire à la fois les frais de maintenance et l’espace requis.
Recommandation de lecture: si vous cherchez de plus amples informations sur le chauffage urbain, vous trouverez votre bonheur dans le cahier thématique «Réseaux thermiques» (en allemand) de la maison d’édition Faktor Verlag. La publication explique le fonctionnement de ces réseaux, les différents types existants et ce à quoi il faut faire attention lors de la planification. Des exemples passionnants tirés de la pratique serviront d’inspiration pour les communes, les maîtres d’ouvrage et les investisseurs qui souhaitent mettre en œuvre un projet de réseau de chaleur ou de froid à distance.
Les projets d’ewz suivants illustrent la manière dont les réseaux de chauffage urbain peuvent être mis en œuvre dans la pratique et leurs avantages:
Chaleur résiduelle des eaux usées: Réseau énergétique Zurich-Altstetten
Les eaux usées épurées à la station d’épuration de Werdhölzli ont une température de 11 °C, même en hiver. Elles conviennent donc parfaitement comme source d’énergie locale pour un grand réseau de chauffage urbain à Zurich-Altstetten.
Chaleur résiduelle provenant de l’usine d’incinération des déchets
Le «réseau de chauffage UIOM et bois» est d’une importance capitale pour Zurich. De nombreux propriétaires immobiliers privés et institutions, tels que l’hôpital universitaire de Zurich, comptent chaque jour sur un approvisionnement énergétique fiable à partir de la chaleur résiduelle des ordures ménagères et de la chaleur de la centrale thermique à bois d’Aubrugg.
Centrale thermique à bois: réseau de chauffage urbain d’Ilanz
En collaboration avec la commune, ewz exploite à Ilanz depuis 2014 un réseau de chauffage urbain alimenté en énergie thermique par une centrale thermique à bois. Le bois provient de la région, de sorte que les trajets de transport sont très courts et donc respectueux de l’environnement.
Centrale thermique à bois: réseaux de chauffage urbain de Tavannes
Dans la commune de Tavannes, dans le Jura bernois, ewz exploite depuis 2015 un réseau de chauffage urbain alimenté au bois. Il approvisionne plusieurs immeubles et habitations communaux en chaleur respectueuse du climat et produite au niveau local de manière rentable.
Eaux lacustres CoolCity
Afin de pouvoir approvisionner les bâtiments du centre-ville de Zurich de manière climatiquement neutre, ewz va construire dans les années à venir différents réseaux de chaleur et de froid à distance dans le cadre du projet «CoolCity». Leur point commun est qu’ils utilisent les eaux lacustres comme source d’énergie respectueuse de l’environnement.
Combinaison eaux usées et bois: réseau de chauffage urbain de Fehraltorf
L’exemple de Fehraltorf montre qu’un réseau de chauffage urbain peut être réalisé non seulement dans une ville, mais aussi dans une commune rurale. Le réseau est alimenté par la chaleur résiduelle d’une station d’épuration des eaux usées ainsi que par une centrale thermique à bois.
