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

Gervais, Marc-André (2007). Étude de faisabilité portant sur l'implantation d'un réseau de chauffage de district alimenté par une usine papetière. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

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 construction 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'infrastructure 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'infrastructure 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 thermique (eau chaude) vendue aux usagers est inférieure ou égal à un coût équivalent de vapeur de 9,88 $/tonne.

Titre traduit

Feasability study on district heating network supplied by a pulp and paper mill

Résumé traduit

This thesis is a technical and economical feasibility study, realised for a pulp and paper mill energetic efficiency project, about the implementation of a district heating network supplied by the energy surplus of the mill. The particularity of this district heating network is the low heat and domestic hot water intensity. The beat demand profiles are determined in according to the building construction characteristics and a climatic weather database. The domestic hot water demand profiles are defined with a normal distribution model and the building consumption habitudes. A hydraulic and thermal analysis are realised after the district heating network has been modelled and sized for the design conditions. The optimal operational parameters, which minimize the operational and infrastructural costs of the district heating network, are: (i) the building heat transfer station temperature difference of 37°C; (ii) the district heating network supply temperature of 111oC. The energetic simulation variables are the outside air and the soil temperatures. The operational actual building system costs are determined with the energy cost values in Quebec and the municipality inspection report which gives the characteristics of those systems. The building heating and domestic hot water systems conversion are estimate with sizing assumptions and manufacturer equipment costs. The operational costs are: (i) the building beat transfer station; (ii) the primary heat transfer station located at the mill; (iii) the district heating network hydraulic pumps. An economical analysis is done to find an optimal connection scenario with the following optimisation criteria: (i); the maximal equivalent vapour selling cost which respect the acceptable profitability limits of the scenario; (ii) the highest possible number of building connected to the district heating network. The district heating network optimal connection scenario main results are: (i) a mass flow of 52,4 kg/s at the design conditions; (ii) an annual pump hydraulic work of 17,8 MWh; (iii) a thermal load of 8,3 MW; (iv) an annual thermal energy of 12,6 GWh; (v) an infrastructural investment cost of 4,1 M$. The potential annual economy, normalized by the total floor area of the 328 connected buildings (41% of the municipality buildings), is 4,30 $/m2 . The implementation of the district heating network is profitable only if the thermal energy (hot water) sold to the customers is below or equal than the equivalent vapour cost of 9,88 $/tonne.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [111]-116.
Mots-clés libres: chauffage, district, economique, efficacite, energetique, faisabilité économique, implantation, optimisation, papetier, papier, pate, reseau, réseau de chauffage de district, usine de pâte et papier
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Kajl, Stanislaw
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Paris, Jean
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 02 août 2010 18:49
Dernière modification: 11 nov. 2016 02:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/233

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