Cas d’application
Optimisation de la température dans le réseau de chauffage urbain de Krefeld avec Grundfos iGRID
En octobre 2020, une installation fournie par le fabricant de pompes Grundfos et dotée d’un nouvelle solution pour optimiser la température a été mise en service dans le réseau de chauffage urbain de Krefeld. Il s’agissait du premier projet de ce type. Grâce à cette solution, l’exploitant NGN Netzgesellschaft Niederrhein mbH peut abaisser la température d’alimentation dans une partie du réseau afin de réduire les pertes de chaleur et permettre aux sources de chaleur à basse température d’alimenter le système.
Nous avons pu réduire la température d’alimentation comme prévu et n’avons eu aucun problème ni plainte de la part des clients.
Les inconvénients des températures d’alimentation élevées
Les réseaux de chauffage urbain fonctionnent souvent avec des températures d’alimentation élevées, supérieures à 100 degrés. Plus la température d’alimentation est élevée, plus les pertes de chaleur, le risque d’évaporation et les contraintes sur le système de tuyauterie sont élevés. Pour cette raison, les gestionnaires de réseau ont intérêt à réduire les températures d’alimentation afin d’éviter ces inconvénients. Cependant, il s’agit souvent d’un problème dans les réseaux mixtes qui alimentent aussi bien les consommateurs commerciaux et industriels ayant des besoins en chauffage beaucoup plus élevés que les bâtiments résidentiels. Dans ces situations, une température d’alimentation uniforme qui convient au plus gros consommateur est inutilement élevée pour de nombreux autres consommateurs du réseau.
Une solution consiste à mettre en place différentes zones en fonction du type et de l’emplacement des consommateurs. Ces zones peuvent ensuite être exploitées comme des sous-réseaux avec des températures d’alimentation plus basses selon les besoins. En 2019, Grundfos a introduit à cet effet une unité spéciale d’optimisation de la température. Elle peut être utilisée pour réduire avec précision la température d’alimentation dans le (sous-)réseau à l’aide d’un mélange contrôlé intelligemment depuis la conduite de retour. Ce système a été mis en service à Krefeld en octobre 2020. C’est le premier projet de ce type en Allemagne.
Sous-réseau avec une température optimisée
Le système est utilisé dans le réseau de chauffage urbain de SWK Energie GmbH. En tant que filiale à 100 % de SWK Stadtwerke Krefeld, Netzgesellschaft Niederrhein mbH (NGN) exploite des réseaux d’électricité, de gaz et d’eau potable, ainsi qu’un réseau de chauffage urbain de 95 km qui alimente, entre autres, le centre de Krefeld et le quartier d’Uerdingen. La principale source de chaleur est un incinérateur de déchets et de boues d’épuration situé à proximité, à laquelle s’ajoutent deux centrales de chauffage et une centrale de cogénération chaleur/électricité. Le réseau alimente environ 1 700 consommateurs et fournit une production de chaleur de 95 mégawatts les jours où il fait froid.
Selon la saison, le réseau fonctionne à une température d’alimentation allant jusqu’à 120 degrés, mais l’exploitant souhaite du changement à ce niveau-là. « Pour nous, la diminution de la température d’alimentation est un moyen important d’exploiter notre réseau de manière plus efficace. Cela nous permettra de connecter des sources de chaleur supplémentaires à l’avenir », explique Hans-Werner Leenen, directeur général de NGN. « L’alimentation en chaleur industrielle produite par l’industrie locale, par exemple, implique une température d’alimentation d’environ 90 à 95 degrés, voire moins. C’est pourquoi nous sommes très intéressés par les solutions qui nous permettent de réduire les températures d’alimentation dans le réseau tout en offrant une sécurité d’approvisionnement totale pour nos clients. »
NGN a étudié une solution de ce type en 2019 lors de réunions avec Grundfos, auxquelles ont également participé des experts en chauffage urbain du siège danois de l’entreprise. Fin 2019, l’exploitant a décidé d’utiliser la solution proposée par Grundfos pour optimiser la température. Dans un premier temps, ce choix a été mis en œuvre dans le cadre d’un projet pilote ne couvrant qu’une partie du réseau. Il a été facile d’identifier une section du réseau propice à ce dispositif. « Pour le projet pilote, le choix d’une conduite reliée au réseau principal par une canalisation secondaire apparaissait comme une évidence », explique Tobias Kox, du service de gestion des équipements et de la planification de NGN. « Il y a un puits avec différents capteurs de mesure sur le tuyau de dérivation, nous avons donc pu installer assez facilement la station à cet endroit. »
Les travaux de génie civil nécessaires ont eu lieu au printemps 2020. L’installation du système – avec les tuyaux, les raccordements électriques et le câblage de l’équipement de mesure – a été retardée en raison de la pandémie de Covid-19. Juste à temps pour le début de la saison de chauffage, le système a été mis en service et à l’essai au début du mois d’octobre.
Mélange du débit de retour
Ce tronçon du réseau du quartier d’Uerdingen alimente en chaleur 35 consommateurs. Parmi les clients de la zone à usage mixte, on compte trois écoles, un supermarché et un certain nombre de maisons et de bâtiments résidentiels. La charge connectée est d’environ 4,5 mégawatts de chaleur. La température est réduite grâce à l’unité d’optimisation de la température Grundfos. Celle-ci est installée entre le réseau principal et la section correspondante du réseau, et relie le tuyau d’alimentation au tuyau de retour. Le flux de retour est acheminé à travers l’unité et ajouté au flux d’alimentation par une pompe à température contrôlée. L’unité d’optimisation de la température est entièrement équipée. Sont donc inclus les composants nécessaires : une pompe, des vannes, des capteurs de température et de pression, et un système intelligent de contrôle de la température. Le coffret de commande détermine les points de consigne du mélange sur la base de paramètres externes, tels que la température d’alimentation et de retour. Il surveille également les données d’exploitation du système. Grundfos propose l’unité sous la forme d’un système préassemblé, de sorte que la station de Krefeld puisse être installée dans une armoire et connectée aux systèmes hydrauliques et électriques sans réaliser de gros travaux.
Fonctionnement fiable
Après douze mois d’exploitation, y compris une saison de chauffage complète, l’expérience avec l’usine pilote s’est révélée positive. « Comme prévu, nous avons pu abaisser la température d’alimentation d’environ 120 à 95 degrés pendant la saison de chauffage et n’avons eu aucun problème ni plainte de la part des clients », rapporte Tobias Kox.
« Même pendant une période froide, en février 2021, où les températures extérieures ont chuté, l’alimentation calée sur la température la plus basse a fonctionné sans problème. Au cours de l’été, nous avons d’abord pu réduire la température d’approvisionnement d’un peu moins de 100 à 85 degrés. Mais à l’avenir, il sera certainement possible de la réduire encore davantage. »
La clé d’une réduction de la température d’alimentation est la commande intelligente de la pompe. « Le défi consiste à réguler aussi précisément que possible la température selon le point de consigne spécifié », explique Tobias Kox. « Dans un réseau de chauffage urbain complexe, un tel défi est difficile à relever en raison des différentes variables de perturbation. C’est pourquoi, sans surprise, un ajustement a été nécessaire au cours des premiers mois. Nous avons repositionné certains capteurs de mesure et les techniciens Grundfos nous ont aidés à mieux optimiser le système de commande. En fin de compte, l’objectif était de fournir au système plus d’informations sur les conditions de température et de pression dans le réseau afin que la pompe puisse réagir plus précisément lorsque l’eau est ajoutée à partir du flux de retour. »
À terme, nous serons également en mesure d’injecter dans le réseau des sources de chaleur à des températures inférieures à 100 degrés.
Conclusion positive
« Nous sommes très satisfaits des résultats du projet pilote », déclare Tobias Kox. « Dans la pratique, une réduction de température allant jusqu’à 25 degrés avec un ajustement approprié est sans risque et fiable, même en hiver, lorsque la demande de chaleur est élevée. Une température d’alimentation constamment inférieure à 100 degrés permet d’exploiter le réseau de manière plus sûre et plus efficace. À l’avenir, nous pourrons également alimenter le réseau de sources de chaleur à des températures inférieures à 100 degrés. »
Après l’achèvement du projet pilote, NGN se tourne déjà vers l’avenir. « Ce projet n’est que la première étape pour nous », explique Hans-Werner Leenen, directeur général de NGN. « Si l’expérience de ce dispositif s’avère positive à long terme, nous optimiserons certainement d’autres tronçons du réseau et envisagerons également un approvisionnement par d’autres sources de chaleur. Avec une température d’alimentation de 90 à 95 degrés, par exemple, nous pouvons introduire la chaleur issue des processus de fabrication d’une entreprise manufacturière locale. Les premières discussions sont déjà en cours. Dans l’ensemble, nous considérons l’optimisation de la température comme une excellente occasion de développer le réseau de chauffage urbain de Krefeld et de préparer l’avenir. »
Un potentiel important
Grundfos estime que la mise en œuvre de projets similaires en Allemagne représente un potentiel important. « Dans l’ensemble, les réseaux de chauffage urbain ont évolué au fil des décennies, tout comme l’optimisation.
C’est souvent un défi majeur », explique Thomas Gierlich, responsable développement commercial senior CBS D-A-CH chez Grundfos. « Avec l’unité d’optimisation de la température, nous pouvons offrir aux exploitants un moyen simple de configurer des zones de température pour pouvoir rapidement profiter des changements apportés par notre système. Il s’agit d’un bon investissement et d’une contribution précieuse à la transition des systèmes de chauffage. »