Étude de faisabilité portant sur l'implantation d'un réseau de chauffage de district alimenté par une usine papetière

• Main Author: Gervais, Marc-André
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2007
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/233/1/GERVAIS_Marc%2DAndr%C3%A9.pdf; http://espace.etsmtl.ca/233/4/GERVAIS_Marc%2DAndr%C3%A9%2Dweb.pdf

Le mémoire suivant est une étude de faisabilité technico-économique, réalisée dans le cadre d'un projet d'efficacité énergétique d'une usine papetière, portant sur l'implantation d'un réseau de chauffage de district desservant les bâtiments d'une municipalité et alimenté par les surplus d'énergie d'une usine de pâte Kraft localisée à proximité. La particularité d'un tel réseau de chauffage consiste en une faible intensité de demande en chauffage et en eau chaude domestique. Les profils de demande en chauffage sont déterminés selon les caractéristiques de constmction des bâtiments et en utilisant une base de données des conditions climatiques de la région. Les profils de demande en eau chaude domestique sont définis par un modèle de distribution normal et les habitudes de consommation des bâtiments selon leur vocation. On présente un modèle de dimensionnement du réseau de chauffage pour les conditions de design et on procède aux analyses hydraulique et thermique de celui-ci. On trouve par optimisation les paramètres opératoires minimisant les coûts d'opération et d'infrastmcture du réseau de chauffage qui résulte d'un différentiel de température des stations de transfert de chaleur des bâtiments de 37°C et d'une température d'alimentation du réseau de 11 TC. Les variables de la simulation énergétique du réseau de chauffage sont les températures de l'air extérieur et du sol. Le coût d'opération des systèmes actuel dans les bâtiments est déterminé selon les coûts d'énergie en vigueur au Québec et en utilisant le rapport d'inspection de la municipalité fournissant les caractéristiques de ces systèmes. Les coûts de conversion des systèmes de chauffage et d'eau chaude domestique des bâtiments potentiellement raccordables sont estimés en posant des hypothèses de dimensionnement et en utilisant des coûts d'équipements manufacturiers. Les coûts d'opération considérés sont ceux : (i) des stations de transfert de chaleur des bâtiments; (ii) de l'échangeur de chaleur primaire à l'usine; (iii) des pompes hydrauliques du réseau de chauffage. Une analyse économique est réalisée afin de trouver un scénario de raccordement optimal dont les critères d'optimisation sont : (i) le coût de vente équivalent de vapeur maximal acceptable assurant la rentabilité du scénario; (ii) le plus grand nombre possible de bâtiment raccordable au réseau de chauffage. Les principaux résultats du scénario de raccordement optimal relatifs au réseau de chauffage sont les suivants : (i) un débit massique, évalué aux conditions de design, de 52,4 kg/s; (ii) un travail annuel hydraulique des pompes de 17,8 MWh; (iii) une charge thermique de 8,3 MW; (iv) une énergie annuelle thermique de 12,6 GWh; (v) un coût d'infrastmcture de 4,1 M$. L'économie potentielle annuelle normalisée par rapport à l'aire de plancher des 328 bâtiments raccordés au réseau (41% des bâtiments de la municipalité) est de 4,30 $/m . L'implantation du réseau est rentable si l'énergie themiique (eau chaude) vendue aux usagers est inférieure ou égal à un coût équivalent de vapeur de 9,88 $/tonne.