Le bois, désormais énergie principale du réseau de chaleur de Calais

Article paru dans le Bioénergie International n°60 d’avril 2019

La chaufferie de Calais Beau-Marais, photo Frédéric Douard

Dans le quartier de Beau-Marais à Calais, en 2015 une deuxième chaudière à bois de 8 MW est venue renforcer la première chaufferie bois de 4 MW mise en place en 1998 pour réduire les émissions de CO2 et encourager la filière bois locale. Pas moins de 4 500 logements sociaux, onze groupes scolaires, l’IUT de Calais, un lycée, un collège, un centre commercial, une piscine, des équipements tertiaires publics, une clinique et le nouveau CHU bénéficient ainsi de ce chauffage par énergie renouvelable, dont le prix de revient figure parmi les plus stables du marché car déconnecté des crises énergétiques internationales.

Cinquante ans de chauffage collectif à Calais

La chaufferie urbaine de Calais a été créée en 1967. Elle alimentait un réseau de chaleur de 6,3 km qui fournissait 55 GWh/an à partir de 30 MW de chaudières au fioul lourd. Le prix de la chaleur était compétitif (30,5 € HT/MWh en 1997) mais ce combustible engendrait des émissions très polluantes : 30 tonnes de poussière et surtout 450 tonnes de soufre par an !

La chaleur était par ailleurs transportée par une eau surchauffée à 150 °C, source de grandes déperditions. À échéance du contrat en 1997, la ville a décidé de rénover ces équipements avec comme objectif de garder un coût de l’énergie livrée aux abonnés le plus bas possible mais en diminuant fortement les émissions polluantes.

La chaudière Weiss de 4 W à Calais, photo Frédéric Douard

Pour cela de 1998 à 2000, le nouveau concessionnaire, Calais Énergie, filiale de Dalkia, a renouvelé tous les équipements de production. Il a mis en place une chaudière à bois Weiss de 4 MW comme générateur de base. Quatre mille tonnes de bois par an fournissaient à cette époque 19 % des besoins du réseau. Une cogénération gaz de 6 MWé et 7,5 MWth fut installée en base d’hiver ; elle fournissait 48 % des besoins de chaleur sur l’année. Enfin, trois chaudières principalement à gaz et d’une puissance totale de 29 MW assuraient l’appoint et le secours total, pour une contribution au mix énergétique de 33 %.

L’arrière de la chaufferie avec l’un des convoyeurs à cendres, photo Frédéric Douard

Durant la saison 2002/2003, le prix de vente de la chaleur s’échelonna de 35 à 40 € HT/MWh selon le type de client. Mais surtout, les émissions de polluants furent considérablement réduites. Grâce à ces investissements de 11 M € et totalisant 41 MW de moyens de production thermique, la consommation d’énergie primaire fut réduite de 16 % et les émissions de 96 % pour les poussières, 99 % pour le soufre et 20 % pour le CO2. Parallèlement le régime de températures du réseau fut déclassé en eau chaude avec des départs réseaux de 80 à 95 °C selon la saison.

Pour les 50 ans du réseau, le bois a pris la tête du mix énergétique

Dans le cadre d’avenants au contrat de concession, le réseau a été successivement rallongé en 2013 et 2015 pour relier notamment le nouveau Centre Hospitalier et la clinique du Virval, et atteindre 14 km. La livraison de chaleur se montait en 2017 à 60 GWh (5 400 équivalent-logements).

Livraison de bois à la chaufferie de Calais, photo Frédéric Douard

Déversement de bois dans la fosse active de Calais, photo Frédéric Douard

Et pour remonter le taux de couverture par énergie renouvelable au-dessus de 50 %, et faire bénéficier les utilisateurs du taux réduit de TVA sur l’énergie distribuée, le concessionnaire a mis en place une seconde chaufferie biomasse pour un montant de 7 M €. Une chaudière supplémentaire de 8 MW, fournie par le constructeur belge Vyncke, dont l’usine-mère n’est située qu’à 130 km de Calais, a triplé la capacité de production de chaleur renouvelable. Elle a été mise en service en octobre 2015 et inaugurée le 24 mai 2016.

Pour faire un petit point sur le dimensionnement des générateurs biomasse, signalons que les besoins moyens du réseau en hiver sont de 20 MW. Par conséquent la somme des deux chaudières à bois conduit à produire entre 50 et 60 % des besoins hivernaux. Pour ce qui est des besoins d’été, la demande minimale en eau chaude sanitaire étant de 2,5 MW, c’est la chaudière de 4 MW qui assure cette production. Son minimum technique de 30 % (1,2 MW) étant bien inférieur à ce besoin, cette chaudière peut ainsi fonctionner toute l’année dans de bonnes conditions de température. La chaudière Vyncke de 8 MW fonctionne quant à elle durant toute la saison de chauffe, d’octobre à mi-juin. Au final désormais, le taux de couverture des besoins par la biomasse varie de 51 à 53 %, induisant une économie de 9 000 tonnes de CO2 chaque année. Un projet d’extension du réseau devrait faire monter la part du bois à 58 % à partir de 2019-2020.

La nouvelle chaudière Vyncke de la chaufferie de Calais, photo Frédéric Douard

La consommation de bois était de 14 000 tonnes en 2017. La fourniture est constituée à 100 % de plaquette forestière en P100 fournie par les Ets Fichaux pour le compte de la société d’approvisionnement de Dalkia Nord, BENO (Bois Energie Nord-Ouest). L’humidité du bois est mesurée à l’étuve à chaque livraison (cinq camions par jour en hiver) afin d’en vérifier la qualité calorifique et de rémunérer le fournisseur selon l’énergie effectivement fournie.

Au premier plan la trémie de la chaudière Weiss, au milieu le stockage passif et au fond la fosse de livraison, photo Frédéric Douard

Le bois qui alimente les deux chaudières est stocké dans le même bâtiment qui avait été mis en place en 1999 pour la chaudière Weiss. Il est composé d’une fosse passive de déchargement et d’une zone de dépôt de 900 m³ alimentée par un grappin automatique. À partir de là, le grappin alimente la trémie de la chaudière Weiss ainsi qu’une seconde fosse de déchargement qui peut stocker 100 m³, active celle-là. Cette fosse active a été équipée spécialement en 2015 pour l’alimentation de la chaudière Vyncke.

Les convoyeurs de bois de la chaudière Vyncke ont été fournis par Sera Bois, photo Frédéric Douard

La maintenance des installations est réalisée majoritairement par les équipes du concessionnaire. Pour la 4 MW qui fonctionne toute l’année, quatre ramonages des parcours de gaz sont réalisés chaque année, ainsi qu’une vérification du filtre à manches Tracip. Pour la chaudière Vyncke, deux ramonages sont réalisés en saison, en plus de la maintenance d’été où est également vérifié, entre autres choses, le filtre à manche Nexair. Trois techniciens sont en charge de la conduite et de la maintenance de toute la chaufferie. Ils sont présents les cinq jours de la semaine, et en astreinte pour la nuit et la fin de semaine.

Synoptique de contrôle-commande de la chaudière Vyncke de Calais, photo Frédéric Douard. Cliquer sur l’image pour l’agrandir.




Gros plan sur la grille DWS-Hybrid Multifuel de la chaudière Vyncke

Les foyers à grilles mobiles des chaudières à biomasse présentent de grandes aptitudes pour d’une part consommer des biomasses riches en minéraux, ce qui normalement perturbe la bonne alimentation en air de la combustion, et d’autre part pour consommer des biomasses très humides, la grille mobile constituant une excellente surface de séchage. Mais que ce soit pour les questions de minéraux ou d’humidité, ces grilles rencontrent de plus en plus souvent un problème de formation de mâchefer par fusion des minéraux lorsque la température monte trop sur les barreaux. Ce phénomène peut être dû à un cocktail de raisons : minéraux surabondants gênant le refroidissement de la grille par air, minéraux riches en potassium ou encore et surtout un combustible très sec générant une température sur grille trop élevée.

Grille Vyncke DWS, photo Vyncke

Pour résoudre les problèmes de mâchefers, Vyncke dispose depuis les années 1980 de sa grille mouvante DWS-FW, entièrement refroidie par eau, une grille spécifiquement développée pour la combustion de combustibles solides secs à haute valeur calorifique, généralement présents dans l’industrie du bois et de l’agriculture. Les parties de grilles fixes de grilles sont ainsi parcourues par de l’eau qui maintient leur surface à faible température, cette eau de circulation étant bien sûr valorisée dans le circuit de chauffage. Vyncke a également développé sa grille DWS-SW, semi-refroidie par eau et par air, pour les combustibles à très haute teneur en humidité.

Principe de refroidissement à l’eau des grilles Vyncke

Mais aujourd’hui, les chaufferies collectives sont amenées, pour des raisons économiques, à jongler avec des approvisionnements variés et donc avec des pouvoirs calorifiques très différents. Pour permettre de brûler, soit des combustibles très humides, soit des combustibles secs, ou les deux mélangés, le tout sans faire de mâchefer, Vyncke a ainsi développé une grille hybride, la DWS-Hybrid, 


qui combine les principes des grilles de type SW et FW et qui constitue désormais l’un des systèmes de combustion sur grille le plus souple au monde.

Les cendres bien blanches de la chaudière Vyncke, des cendres bien brûlées, photo Frédéric Douard

Ici à Calais la chaudière Vyncke est donnée pour 8 MW avec un bois à 55 % d’humidité, mais la grille accepte aussi le bois sec, car sa grille est composée de cinq zones de combustion hybrides : deux zones en haut de foyer, au niveau de l’introduction du bois, sont refroidies par eau, alors que les trois zones en contrebas sont refroidies par air. En cas d’utilisation de bois sec, la combustion s’opère rapidement sur les zones du haut, sans encombre car refroidies assez fortement par l’eau. En cas d’utilisation de bois humide, la combustion se décompose sur l’ensemble des cinq zones. Et les deux combustibles peuvent aussi être mélangés et conduire au même résultat.

Armoire de contrôle en continu des gaz de combustion sur la chaudière Vyncke, photo Frédéric Douard

Contacts :

Frédéric Douard, en reportage à Calais


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