- Manhattan est alimenté depuis 1882 en vapeur produite centralement via un réseau de canalisations de 105 miles, qui assure encore aujourd’hui le chauffage, l’eau chaude et des usages industriels pour plus de 1 500 grands bâtiments et 500 millions de pieds carrés d’espaces
- Ce réseau s’est développé dans une ville qui se construisait en hauteur afin de réduire les chaudières individuelles et la logistique du charbon ; il trouve son origine dans les expérimentations de chauffage urbain de Birdsill Holly et dans la commercialisation lancée en 1882 par la New York Steam Company
- Le système actuel de ConEd exploite des sites de production dans quatre endroits de Manhattan et un dans le Queens, auxquels s’ajoutent des achats auprès d’une centrale de 322 MW à Brooklyn, pour une capacité d’environ 11,5 millions de livres de vapeur par heure
- La vapeur est difficile à maintenir en raison de sa température et de sa pression élevées, de la gestion des condensats et du risque de coup de bélier, mais elle a l’avantage de circuler sans pompe et de pouvoir être utilisée directement dans des procédés industriels
- Le chauffage urbain moderne évolue généralement vers des systèmes à eau chaude, et sa faisabilité dépend de la forte densité de demande thermique, de l’ampleur de l’investissement initial et du soutien des politiques publiques
Le rôle actuel du réseau de vapeur de Manhattan
- Manhattan fournit de la vapeur aux immeubles résidentiels et commerciaux depuis 1882
- La vapeur sert à de nombreuses fonctions urbaines, au-delà du simple chauffage
- le repassage du linge au Waldorf Astoria
- le lavage de la vaisselle et le réchauffage des aliments dans les restaurants
- le nettoyage des vêtements dans les blanchisseries
- la stérilisation du matériel médical au NewYork-Presbyterian Hospital
- le contrôle de l’humidité et de la température autour des œuvres au Metropolitan Museum of Art
- le chauffage des espaces et l’eau chaude dans les appartements et bâtiments emblématiques
- Ce système fonctionne selon un modèle de production centralisée, comptage et distribution par canalisations, comme l’électricité, les égouts ou l’eau potable
- Aujourd’hui, un réseau de canalisations de 105 miles soutient plus de 1 500 bâtiments, 500 millions de pieds carrés d’immobilier à Manhattan et le cadre de vie de 3 millions de personnes
Les problèmes de chauffage avant le chauffage central
- Le chauffage représente environ la moitié de la consommation finale d’énergie dans le monde
- Avant le chauffage central moderne, les cheminées et les poêles dominaient, brûlant du bois, du charbon, des surplus agricoles ou du fumier
- Une cheminée traditionnelle aspirait 300 pieds cubes d’air par minute pour la combustion et rejetait jusqu’à 85 % de la chaleur produite par la cheminée, ce qui la rendait très inefficace
- L’abattage, le transport et le fendage du bois pouvaient exiger jusqu’à deux mois de travail par personne et par an
- Les combustibles solides aggravaient aussi la pollution intérieure et extérieure
- une étude a calculé qu’une cheminée émet 58 mg de PM2.5 par kg de bois brûlé
- passer une heure dans une pièce où brûle une cheminée à bois réduirait l’espérance de vie d’environ 18 minutes, soit l’équivalent de 1,5 cigarette
Le développement du chauffage central et des radiateurs
- À la fin des années 1700, James Watt a posé les bases du chauffage central en reliant une chaudière centrale à des canalisations dans sa propre maison
- En 1805, William Strutt chauffait de l’air froid au charbon puis l’acheminait dans une habitation par des conduits
- Vers 1863, le radiateur a pris une forme importante du chauffage domestique moderne
- de la vapeur circulait dans des tubes repliés, offrant une grande surface dans un espace réduit
- la chaleur était transmise à la pièce par convection et rayonnement
- des vannes installées sur chaque radiateur permettaient un contrôle pièce par pièce
- Les radiateurs amélioraient la distribution de la chaleur à l’intérieur des bâtiments, mais chaque immeuble avait toujours besoin de sa propre chaudière
- Dans les grands bâtiments, les chaudières sur site imposaient de lourdes contraintes d’espace et de coût en raison de la chaufferie, du stockage du charbon, des canalisations et de la maintenance par des techniciens qualifiés
Logistique du charbon et pollution urbaine
- Chauffer l’Empire State Building au charbon aurait nécessité plus de 45 tonnes par jour, soit environ deux conteneurs de charbon
- La centrale électrique Pearl Street de Thomas Edison consommait elle aussi plus de 20 tonnes de charbon par jour lors de son ouverture en 1882
- La hausse des prix du foncier à Manhattan a accentué le problème de l’espace nécessaire au stockage et à la manutention du charbon
- entre les années 1790 et les années 1880, les principaux prix fonciers ont été multipliés par dix
- ils sont passés de 400 dollars l’acre en 1825 à plus de 1 million de dollars l’acre à la fin du XIXe siècle, soit plus de 30 millions de dollars en valeur actuelle
- Le type de charbon limitait aussi les conditions d’exploitation
- l’anthracite, avec une teneur en carbone de 92 à 98 %, brûlait très chaudement et proprement, mais était difficile à enflammer
- le charbon bitumineux, avec une teneur en carbone de 45 à 86 %, brûlait moins chaudement et polluait davantage
- Les villes américaines ont commencé à réglementer la suie et la fumée à partir des années 1880, mais ces règles étaient souvent ignorées
- Quand la grève de 1902 a fait monter le prix de l’anthracite, certaines centrales de New York City sont passées au charbon bitumineux, et la fumée a recouvert la ville, renforçant l’inquiétude des habitants
La verticalisation de Manhattan et la demande de chauffage
- Entre 1850 et 1900, la population de Manhattan est passée de 515 000 à 1,8 million d’habitants
- La densité de population de certains quartiers atteignait 632 000 habitants par mile carré, soit dix fois plus qu’aujourd’hui
- La surpopulation a entraîné des problèmes moraux et de santé publique, et la réglementation des taudis a encore accentué le manque d’espace à Manhattan
- Les chemins de fer surélevés comme la Ninth Avenue Line, ouverte en 1878, ont élargi la taille effective de la ville, mais les tarifs n’étaient pas assez bas pour permettre aux travailleurs faiblement rémunérés de faire régulièrement la navette
- Pour continuer à croître, Manhattan devait construire en hauteur
- Les immeubles de grande hauteur ont été rendus possibles par deux innovations
- l’ascenseur de sécurité d’Elisha Otis, en 1852, réduisait la peur des déplacements en hauteur grâce à un frein de sécurité qui s’activait en cas de rupture du câble
- les progrès de la production d’acier, notamment le procédé Bessemer, ont rendu économiquement viable l’ossature en acier, avec un rapport résistance/poids dix fois supérieur
- La hauteur des bâtiments à New York a rapidement augmenté
- en 1890, le plus haut bâtiment comptait 18 étages
- en 1899, le Park Row Building comptait 31 étages
- en 1908, le Singer Building comptait 41 étages
- La construction en hauteur a créé davantage d’espaces résidentiels et commerciaux, mais ces espaces avaient aussi besoin de chauffage, d’électricité et d’eau potable
Birdsill Holly et les débuts du chauffage urbain
- New York a répondu à ce problème avec le chauffage urbain, invention de Birdsill Holly
- Holly s’est attaqué aux risques d’incendie urbain et aux problèmes d’approvisionnement en eau, et a créé en 1856 un dispositif préfigurant la pompe à incendie à vapeur
- Son « Holly System of Direct Water Supply and Fire Protection for Cities, Towns and Villages » fournissait en continu de l’eau sous pression aux habitations et aux bornes d’incendie, réduisant le besoin de réservoirs et de colonnes montantes
- Vingt-trois villes ont imité ce système, et l’U.S. Supreme Court a ensuite ordonné le versement de dommages et intérêts à Holly
- Fort de son expérience des pompes à vapeur, des canalisations et de la densité urbaine, Holly a imaginé le chauffage urbain à vapeur
- l’idée était de chauffer plusieurs bâtiments avec une seule chaudière afin de centraliser les risques d’incendie et la logistique du chauffage
- il a d’abord commencé avec des conduites de 1,5 pouce, puis a étendu le système avec des conduites de 3 pouces placées dans des tranchées en bois isolées à l’amiante
- la vapeur était envoyée depuis une chaudière au sous-sol du 31 Chestnut Street vers les maisons voisines
- Le premier essai pratique à l’échelle d’un quartier a commencé en 1877
- de nouveaux dispositifs étaient nécessaires, comme des vannes, des régulateurs de pression, des purgeurs de vapeur, des supports pour la dilatation thermique et des compteurs
- à l’hiver, 20 foyers s’étaient abonnés
- le réseau comprenait 3 miles de canalisations, 3 chaudières et une pression de 25 à 30 psi
- Après le succès de l’essai, la Holly Steam Combination Company a été fondée, et Holly a breveté plus de 50 inventions
- En 1882, au moins 20 systèmes à vapeur Holly étaient en service, et celui de Denver fonctionne sans interruption depuis 1880
La croissance de la New York Steam Company
- Manhattan disposait déjà d’infrastructures urbaines, comme les conduites d’alimentation en eau de la Croton River dans les années 1830 et les conduites principales de gaz dans les années 1850
- Après avoir étudié la conception de Holly, Wallace Andrews et Charles E. Emery décidèrent de mettre en place un système de vapeur à New York City
- Andrews s’occupa du financement et des autorisations du conseil municipal, tandis que les travaux de câbles électriques d’Edison influencèrent aussi le contexte des permis de terrassement dans les rues
- En 1882, sa première année d’exploitation, New York Steam réalisa 200 000 dollars de chiffre d’affaires, soit environ 6 millions de dollars corrigés de l’inflation
- La première centrale vapeur fut construite au 172–176 Greenwich St, sur le site de l’actuel mémorial du World Trade Center
- 64 chaudières de 250 chevaux étaient réparties sur 4 étages
- Le charbon était amené aux étages supérieurs puis alimentait les chaudières par des goulottes, tandis que les cendres tombaient de la même manière jusqu’au sous-sol
- En 1884, 5 miles de conduites étaient en service ; le réseau fournissait de la vapeur à 250 clients, de Battery jusqu’à Murray St, près de l’actuel Civic Center, et était rentable
- Le système centralisé apportait aussi des avantages en matière d’urbanisme et de santé publique
- La New York Steam Corporation estimait que ce système centralisé remplaçait 1,2 million de tonnes de charbon et la fumée de plus de 2 500 cheminées
- Elle calculait que la manutention du charbon et des cendres aurait nécessité, pendant 300 jours, l’équivalent de 700 camions de 5 tonnes par jour
- À mesure que de nouveaux bâtiments se raccordaient au réseau, les coûts de pose des conduites et de transport du charbon étaient répartis entre davantage de clients, ce qui améliorait l’efficacité du système
- Les premiers clients étaient surtout des immeubles de bureaux, comme la First National Bank, mais comprenaient aussi des restaurants, des générateurs, des blanchisseries et des bains publics
- Dans les années 1920 et 1930, la plupart des gratte-ciel Art déco étaient alimentés par la New York Steam Company
- Standard Oil Building
- Ritz Tower Building
- New York Life Insurance Company
- Paramount Building
- Chrysler Building
- Waldorf-Astoria
- Rockefeller Center
- Empire State
- En 1931, le bénéfice annuel atteignit 2 millions de dollars et, en 1932, le réseau devint le plus grand système de chauffage urbain au monde, avec 65 miles de conduites et plus de 2 500 bâtiments
Le système de vapeur moderne exploité par ConEd
- Le réseau actuel appartient à Consolidated Edison, c’est-à-dire ConEd
- Les installations de production se trouvent sur 4 sites à Manhattan et 1 site dans le Queens, avec de la vapeur supplémentaire achetée à une centrale de 322 MW à Brooklyn
- La plus grande installation, située sur 14th Street au bord de l’East River, occupe la majeure partie d’un îlot urbain
- 12 grandes chaudières chauffent l’eau à environ 177 °C
- Elle est injectée dans le réseau à 150 psi, soit environ 10 atmosphères
- La capacité totale des 6 sites de chaudières est d’environ 11,5 millions de livres de vapeur par heure
- En période de pointe, la consommation dépasse 9 millions de livres par heure
- En hiver, la consommation d’eau approche l’équivalent de près de 2 piscines olympiques par heure
- La vapeur sort généralement par de grandes conduites principales de 2 à 3 pieds de diamètre, puis se diffuse dans un réseau de petites conduites long de 105 miles
Conduites souterraines et raccordement des bâtiments
- Les anciennes conduites sont en fonte et, dans certains cas, il subsiste l’isolation à l’amiante utilisée par Emery, ce qui pose problème lors de la maintenance et en cas de fissures
- Lors de la dernière rupture majeure, en 2023, New York City a fermé 7 pâtés de maisons et nettoyé les bâtiments et rues alentour
- Les nouvelles conduites sont fabriquées en alliage d’acier au carbone, généralement enveloppées de laine minérale isolante puis placées dans des gaines en béton préfabriquées
- Cela réduit les pertes de chaleur
- Cela réduit l’impact sur les conduites et câbles environnants
- La plupart des conduites se trouvent entre 4 et 15 pieds sous terre, plus profondément que les autres réseaux urbains
- La conduite principale la plus profonde passe sous le Park Avenue Tunnel, 30 pieds sous les trains circulant entre le Bronx et Grand Central
- Lorsqu’un nouveau bâtiment est raccordé au réseau, on installe des vannes de service et des conduites, puis la pression de la vapeur entrant dans le sous-sol est abaissée à environ 125 psi
- Ensuite, dans la plupart des bâtiments, la vapeur passée par le compteur et les équipements de détente est envoyée vers des échangeurs de chaleur, qui distribuent la chaleur aux appartements et pièces individuels
Comptage, tarification et effet de densité
- Pour calculer les factures des clients, ConEd utilise principalement des compteurs à plaque à orifice
- Une fine plaque métallique comportant un trou usiné avec précision est placée verticalement dans la conduite
- Des capteurs mesurent la chute de pression lorsque la vapeur traverse l’orifice, afin de calculer le débit
- La vapeur est facturée en megapound, une unité d’un million de livres
- Au moment de la rédaction, tout raccordement d’immeuble résidentiel paie un abonnement fixe de 3 555,43 dollars par mois
- Les frais de consommation vont de 11,35 dollars par megapound en été à 35,013 dollars en saison de pointe
- Des exemples issus des données du NYC Department of Buildings illustrent l’effet de la densité sur les coûts
- L’immeuble résidentiel de 70 logements situé au 201 East 62nd Street, à Midtown, a consommé 5 962 megapounds en 2021, pour un coût mensuel d’environ 16 741,23 dollars, soit 239,16 dollars par logement et par mois
- Lincoln Towers, avec 454 logements, a payé au minimum 47 370,80 dollars par mois pour 19 483 megapounds, soit 104,34 dollars par logement et par mois
- La structure tarifaire favorise fortement les bâtiments à forte densité
Contrôle de la pression et problème des condensats
- L’un des grands défis de maintenance du réseau de vapeur est la gestion de la pression, qui varie lorsque la vapeur circule et sort vers les bâtiments
- Les ingénieurs contrôlent finement la pression d’entrée de chaque client à l’aide de vannes situées des deux côtés de la vanne de service, et surveillent l’utilisation du système avec des capteurs
- Si la pression est trop élevée, des vannes s’ouvrent et évacuent la vapeur à travers des grilles
- Si la pression reste trop élevée pendant longtemps, ConEd éteint certaines chaudières
- Si la pression est trop basse, l’entreprise allume de nouvelles chaudières ou ferme des vannes ailleurs pour augmenter l’approvisionnement
- Une grande partie de ce mécanisme de rétroaction a été automatisée, et les capteurs électroniques ainsi que les vannes de haute précision améliorent l’efficacité du système
- Le rendement de bout en bout du système actuel est de 60 % {p:60}
- Lorsque la vapeur refroidit, elle forme des gouttelettes d’eau, appelées condensats (condensate), qui s’accumulent dans les points bas des conduites
- Les condensats absorbent l’oxygène et le dioxyde de carbone, ce qui les rend fortement corrosifs
- Dans les anciennes sections où l’accès aux infrastructures souterraines est difficile, les réparations liées à la corrosion peuvent être coûteuses et dangereuses
- En hiver, les condensats peuvent geler, provoquer des obstructions et entraîner des ruptures
Coup de bélier et explosion de 2007
- La défaillance la plus spectaculaire est le coup de bélier (waterhammer)
- Les condensats peuvent former une masse d’eau qui remplit toute la section de la conduite
- Lorsque cette masse d’eau rencontre de la vapeur sous haute pression, elle est poussée le long de la conduite et peut accélérer jusqu’à 100 miles par heure, soit plus de 50 m/s
- Quand cette eau en mouvement rapide heurte une vanne fermée, un coude brusque ou un obstacle, elle crée un pic de pression bien supérieur à la pression normale de fonctionnement
- Cela peut entraîner d’importants dégâts ou une panne de l’ensemble du système
- La dernière défaillance majeure s’est produite en 2007, à l’angle de 41st et Lexington
- Une conduite vieille de 82 ans a explosé, projetant des débris dans Midtown
- De fortes pluies ont refroidi la conduite, générant rapidement une grande quantité de condensats
- Un purgeur de vapeur bouché a empêché l’évacuation de l’eau
- La pression interne a grimpé brusquement, provoquant l’explosion
- Près de 50 personnes ont été blessées, et une femme est morte d’une crise cardiaque en tentant de fuir
Pourquoi le chauffage urbain moderne est passé à l’eau chaude
- Au début du XXe siècle, la vapeur était facile à obtenir depuis les centrales électriques existantes et, grâce à sa température élevée, convenait aussi bien aux procédés industriels qu’aux usages domestiques
- Comme la vapeur monte, elle s’adaptait naturellement aux environnements urbains denses et verticaux
- Sa température initiale élevée et sa forte teneur énergétique permettaient de transporter suffisamment de chaleur sur de longues distances malgré les pertes thermiques
- Depuis les années 1930, la conception des nouveaux systèmes est généralement passée à l’eau chaude comme fluide caloporteur
- Les systèmes à eau chaude peuvent fonctionner sous haute pression jusqu’à 180 °C, et jusqu’à des températures aussi basses que 40 °C
- Les températures plus faibles réduisent l’écart avec l’environnement, ce qui diminue les pertes de chaleur
- Les matériaux isolants sont aussi généralement plus efficaces à basse température
- Les systèmes à vapeur perdent 10 à 25 % de la chaleur pendant la distribution, tandis que les systèmes à eau chaude basse température peuvent ramener cette perte à 3 à 5 %
- Les températures et pressions plus faibles réduisent les risques d’accidents à haute pression et de fuites, rendant l’installation et la maintenance plus simples, plus sûres et moins coûteuses
Coût de récupération des condensats et pertes d’énergie
- Les systèmes à vapeur doivent gérer les condensats séparément, ce qui accroît leur complexité
- Les condensats doivent être séparés de la vapeur puis évacués, ou pompés jusqu’aux chaudières par des conduites de retour pour être réutilisés
- Dans un système de chauffage urbain, 50 à 60 % des coûts d’investissement vont généralement aux conduites et aux pompes
- Dans les grands systèmes, les conduites de retour peuvent devenir trop coûteuses
- Rejeter les condensats fait perdre 15 % de l’énergie totale injectée, ce qui réduit le rendement d’exploitation
- Par rapport au rendement de 70 à 90 % des systèmes modernes, l’écart avec les 60 % du système de vapeur de New York tient principalement aux pertes de distribution et au rejet des condensats
Chauffage urbain à eau chaude et nouvelles sources de chaleur
- Les systèmes à eau chaude peuvent facilement chauffer l’eau jusqu’en dessous du point d’ébullition avec des thermoplongeurs électriques, ce qui facilite leur intégration aux énergies renouvelables
- Les centrales nucléaires utilisent beaucoup d’eau pour refroidir les réacteurs, et les réacteurs de Beznau et de Haiyang fournissent déjà plusieurs centaines de GWh de chaleur par an au chauffage urbain
- Les centres de données sont aussi des sources de chaleur potentielles, car ils convertissent presque toute l’électricité consommée en chaleur
- Un grand centre de données peut produire 20 à 50 MW de chaleur
- En 2024, les centres de données dans le monde ont consommé au total 47 GW d’électricité
- Certains nouveaux projets utilisent la chaleur résiduelle du London Underground via des pompes à chaleur pour alimenter le chauffage urbain
- L’eau liquide à 100 °C a une chaleur spécifique environ deux fois supérieure à celle de la vapeur à la même température ; elle stocke donc environ deux fois plus d’énergie par kg et par degré d’élévation de température
- Les systèmes à eau chaude peuvent stocker de l’énergie lorsque la demande électrique est faible ou que la production renouvelable est abondante, puis la restituer plus tard sous forme de chaleur
- Les réseaux de chauffage urbain peuvent aussi jouer le rôle de stockage d’énergie à l’échelle urbaine en soutien au réseau électrique
Exemples de chauffage urbain dans le monde
- Il existe des dizaines de milliers de systèmes de chauffage urbain dans le monde, particulièrement nombreux en Europe du Nord et de l’Est
- La taille des réseaux de canalisations dans les grandes villes est très importante
- Helsinki : 870 miles
- Copenhague : plus de 1 000 miles
- Stockholm : 1 200 miles
- Vienne : plus de 750 miles
- Moscou : plus de 10 000 miles
- Copenhague couvre plus de 99 % de la demande de chauffage de la ville grâce au chauffage urbain
- Moscow United Energy Company fournit de la chaleur à 90 % des habitants de Moscou
- Le Royaume-Uni compte 2 000 systèmes de chauffage desservant au moins deux bâtiments, dont plus d’un tiers se trouvent à Londres
- Cela représente environ 2 % de la demande de chaleur du Royaume-Uni
- Le célèbre système à eau chaude de Pimlico a été mis en service en 1950 et chauffait plus de 3 000 foyers grâce à la chaleur fatale de Battersea Power Station ; il fonctionne encore aujourd’hui
- Westminster étudie la rénovation ou la fermeture du système de Pimlico en raison de son vieillissement et de son intensité carbone
Quand la vapeur reste avantageuse
- Certains systèmes s’éloignent de la vapeur, et les nouveaux systèmes seront probablement exploités à l’eau chaude
- La vapeur conserve toutefois des avantages évidents
- La vapeur se déplace d’elle-même, il n’est donc pas nécessaire de la pomper jusqu’aux endroits où elle est requise
- Les systèmes à eau chaude doivent repomper l’eau
- Les systèmes à vapeur qui évacuent les condensats nécessitent à peu près moitié moins de canalisations
- De nombreux procédés industriels ont directement besoin de vapeur
- Dans certaines conditions, le chauffage urbain à vapeur peut donc encore être privilégié
Conditions de viabilité du chauffage urbain
- Le chauffage urbain est une véritable technologie à l’échelle du quartier et exige une forte densité de demande de chaleur
- En raison des pertes de chaleur et des coûts d’infrastructure, il est généralement peu rentable si la densité thermique linéaire — c’est-à-dire la chaleur vendue par mètre de canalisation du réseau — est inférieure à 2 à 3 MWh par an
- Cela correspond à une densité minimale d’environ 12 logements par acre, ou 30 logements par hectare
- Ce niveau est proche de la moyenne des nouveaux lotissements périurbains au Royaume-Uni, mais représente une densité assez élevée pour les lotissements périurbains américains
- À Los Angeles, le zonage résidentiel R1 impose une parcelle minimale de 0,114 acre, ce qui ne permet pas d’atteindre ce seuil et exclut les trois quarts des terrains résidentiels urbains
- Le chauffage urbain vise généralement des développements plus compacts et plus denses
- Ensembles résidentiels
- Quartiers d’affaires centraux
- Complexes administratifs
- Campus
- Les hôpitaux, universités et sites industriels peuvent servir d’ancrages en offrant une demande de chaleur de base stable, ce qui améliore la rentabilité du système
Coûts initiaux et soutien public
- Les coûts d’investissement initiaux sont élevés
- Selon une étude de 2014, le coût des réseaux de chauffage urbain au Royaume-Uni était d’environ 1 242 livres sterling par mètre de canalisation
- Les coûts de construction élevés dans les pays anglophones et la complexité des procédures d’aménagement augmentent encore les coûts
- Il existe des incitations commerciales pour que les résidents soutiennent ce type de système
- Au Danemark, 94,4 % de l’énergie locale était moins chère que les sources de chaleur indépendantes alternatives selon les tarifs réglementés
- Certains calculs au Royaume-Uni avancent une économie annuelle de 350 livres sterling par rapport à une chaudière à gaz, et de 950 livres sterling par rapport à une pompe à chaleur air-air
- Pour que le chauffage urbain se développe, un soutien public important et des incitations financières seront probablement nécessaires afin de franchir les barrières initiales
- Le gouvernement britannique a explicitement réglementé le marché dans l’Energy Act 2023 et a lancé une consultation sur l’étude du heat network zoning
- Le résumé de la consultation estime qu’un jour, jusqu’à 20 % de la chaleur au Royaume-Uni pourrait être fournie par des réseaux de chaleur
La place du système de vapeur de New York
- Le système de vapeur de New York City est un anachronisme emblématique devenu partie intégrante du quotidien et du langage visuel de la ville
- Il a joué le rôle de technologie indispensable à l’époque où les bâtiments de Manhattan commençaient à s’élever vers le ciel
- Ce système est l’un des fondements historiques du chauffage urbain, qui a ensuite été exporté et amélioré dans le monde entier
- Les villes du futur ne seront probablement pas alimentées par des centaines de miles de canalisations de vapeur
- Cependant, une part importante du chauffage et de la climatisation urbains de demain pourrait reposer sur des systèmes de quartier pompant de l’eau dans des canalisations fortement isolées
1 commentaires
Commentaires sur Hacker News
L’article retient une efficacité de bout en bout de 60 %. À cela s’ajoutent aussi les coûts de maintenance du générateur de vapeur et du réseau de canalisations.
Le réseau de transport électrique a une efficacité d’environ 85 % jusqu’au consommateur, et les vieux radiateurs électriques à résistance ont une efficacité de 100 %. Je me demande donc s’il y a une raison, pour un bâtiment neuf, de rejoindre le réseau de vapeur.
Mais si l’on raisonne en potentiel thermique, les anciennes technologies plafonnent autour de 33 %, et même les meilleures technologies modernes atteignent environ 45 %. Quand on brûle du charbon ou du gaz naturel, cela produit beaucoup de chaleur ; une partie entraîne la turbine, mais une grande quantité est rejetée dans l’atmosphère via le condenseur ou les gaz d’échappement.
C’est là que la distribution de vapeur devient excellente. Elle permet la cogénération, qui utilise efficacement dans le secteur du chauffage une partie de la chaleur fatale de la production électrique. Une centrale a besoin de vapeur supercritique à 1000 °F et 1000 PSI, tandis qu’un réseau de vapeur n’a besoin que d’une vapeur d’environ 150 PSI et 350 °F ; cette vapeur contient encore beaucoup d’énergie venue du brûleur, mais elle est relativement peu utile pour la turbine.
Donc se chauffer à l’électricité revient à jeter de la chaleur gratuite. Bien sûr, le réseau de distribution de chaleur n’est pas gratuit non plus.
Si l’électricité peut être produite par solaire et éolien puis stockée, le chauffage électrique peut devenir économiquement avantageux. Stocker directement la chaleur solaire est beaucoup plus délicat.
Usage fees are then added on top, paying anywhere from $11.35 per megapound in the summer to $35.013 during peak season.Or une vapeur à moins de 1112 BTU par livre se condense par rapport à la température ambiante, donc l’énergie thermique d’un mégapound de vapeur est d’au moins 325 895 kWh.Cela correspond à un coût marginal de 1 à 3 cents par MMBtu, soit 3,5 à 11 cents par MWh. Les frais de raccordement de 3 555 $ sont bien inférieurs aux 13 000 à 44 000 $ de coût de vapeur cités dans l’article.
À titre de comparaison, le gaz naturel coûte quelques dollars par MMBtu et l’électricité de gros 40 à 60 $ par MWh. La vapeur est moins chère de plusieurs ordres de grandeur.
Si les prix de l’article sont exacts, Lincoln Towers semble payer 2,43 $ par mégapound, bien moins que les 11,35 $ de frais d’usage mentionnés juste avant ; je ne sais pas pourquoi, mais la vapeur est en pratique presque gratuite. Il existe peut-être des subventions ou une réglementation imposant sa production. Une bonne partie de la vapeur venant de la cogénération, comme sous-produit de procédés de réduction de la pollution, il est logique que le coût baisse, mais pour expliquer ce prix, il faudrait que presque toute la vapeur soit un sous-produit.
Le coût d’opportunité du type « on aurait pu l’utiliser autrement » est nul.
Ce passage m’a particulièrement marqué :
in 1962, the anthracite seam under Centralia, PA – 25 miles to the west of Lehigh County – caught on fire and is still burning today.)C’est étonnant qu’un gisement de charbon souterrain ait pris feu il y a plus de 60 ans et brûle encore. Je me demande combien de temps encore la mine va brûler. Les photos sur Google sont aussi assez intéressantes.
https://www.dmr.nd.gov/ndgs/ndnotes/ndn13_h.htm et https://www.dmr.nd.gov/ndgs/documents/newsletter/2013Winter/...
Plusieurs premiers explorateurs ont documenté des feux de charbon dans le nord des Grandes Plaines, et au fil des années, des incendies de prairie ont enflammé à plusieurs reprises des couches de lignite. Dans deux sites de l’ouest du Dakota du Nord, près du Theodore Roosevelt National Park et d’Amidon, des couches de lignite brûlaient encore récemment pendant plusieurs années, et la couche de lignite de Buck Hill, dans le parc, a brûlé de 1951 à 1977.
Mais ce n’est que l’histoire moderne. Lors de travaux de terrain sur une grande butte de l’ouest du Dakota du Nord, j’ai trouvé des graviers de clinker dans la formation d’Arikaree, ce qui montre que le charbon brûlait déjà avant le dépôt de cette roche, il y a environ 25 millions d’années. Il est probable que des incendies aient balayé les plaines du Dakota du Nord et enflammé des couches de charbon depuis l’apparition des premières prairies, il y a environ 40 millions d’années.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yanar_Dagh
https://www.cnn.com/travel/article/yanar-dag-azerbaijan-land...
Il y en a aussi à Seattle. Il y en a à l’University of Washington, et il est surprenant que cela reste encore économiquement viable aujourd’hui
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Seattle_Steam_Company
Quand j’étais petit, j’allais souvent dans le centre d’Indianapolis, et la vapeur qui montait des bouches d’égout et des grilles de chaussée m’a toujours fait peur. En fait, cette peur n’était pas infondée, et il arrivait que ça explose [2]
0: https://en.wikipedia.org/wiki/Perry_K._Generating_Station
1: https://info.citizensenergygroup.com/thermal/history
2: https://www.wfyi.org/news/articles/locking-covers-installed-...
Ses plus gros clients sont les hôpitaux situés sur la colline, et la vapeur sert non seulement au chauffage, mais aussi à la stérilisation des instruments médicaux
L’un de mes trois livres préférés quand j’étais petit est lié à cet article. C’est aussi une excellente fable sur le passage du temps et la technologie. Il vaut la peine d’en trouver un exemplaire, et j’ai toujours le mien
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mike_Mulligan_and_His_Steam_...
Je viens d’apprendre que la distribution de vapeur a été inventée aux États-Unis vers 1880, et qu’elle est encore utilisée à NYC. Je n’avais jamais pensé que les « Steam Plants » étaient littéralement des installations qui produisent de la vapeur à distribuer ; je croyais que c’était une formule spirituelle à propos de la fumée blanche qu’elles recrachent
Il n’y a pas que de petits réseaux qui fonctionnent à la vapeur. Le chauffage vapeur de Munich existe depuis 1908, et depuis 2022 il est en cours de conversion, à grands frais, vers un système à eau chaude afin de mieux intégrer la géothermie et d’autres sources de chaleur renouvelables basées sur des pompes à chaleur. Ces sources ne peuvent en effet pas devenir assez chaudes pour produire de la vapeur supercritique [1]
[1] https://www.swm.de/dam/doc/geschaeftskunden/fernwaerme/flyer...
Les New-Yorkais semblent vraiment adorer mettre des choses dans des tuyaux. Les classiques comme l’eau, les eaux usées et le gaz ne suffisant pas, ils mettent de la vapeur dans des tuyaux ; sur Roosevelt Island, ils mettent un mélange de déchets et de vide dans des tuyaux [1] ; autrefois, ils y mettaient aussi le courrier [2] ; on dirait même qu’ils acheminent des rats jusque chez les gens par les canalisations ; parfois, quelqu’un y a mis de la poudre à canon [3] ; et ils vont jusqu’à s’y mettre eux-mêmes [4]
C’est tellement freudien qu’ils devraient peut-être en parler à un thérapeute
[1] https://www.untappedcities.com/inside-roosevelt-islands-futu...
[2] https://www.untappedcities.com/pneumatic-tube-mail-new-york-...
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/George_Metesky
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Second_Avenue_Subway
La Shoreham Nuclear Power Plant a été construite par la Long Island Lighting Company (LILCO) entre 1973 et 1984 pour environ 6 milliards de dollars, mais elle n’a jamais été utilisée et a été entièrement démantelée en 1994. Elle fait partie des projets industriels achevés mais jamais exploités pour leur usage initial les plus coûteux
Je me demande à quel point les systèmes de chauffage urbain sont répandus. Montpelier, dans le Vermont, produit de la vapeur avec un poêle à bois et alimente une bonne partie de son petit centre-ville : https://www.montpelier-vt.org/427/Project-Background
Je ne connais pas bien les sources de combustible du réseau de Minneapolis, mais celui de St Paul utilise des copeaux de bois, des déchets de bois et du gaz naturel
Minneapolis : https://cordiaenergy.com/our-networks/minneapolis/
St Paul : https://www.districtenergy.com/
Le réseau de vapeur vieux de 30 ans fuit parfois, et l’on peut voir le sol bouillonner comme une source chaude
J’aimerais savoir combien ce type de chauffage me coûterait de moins que le chauffage au fioul chez moi
(1) https://www.enwave.com/locations/pei.htm
Ce que je préfère dans les systèmes de distribution de vapeur, c’est qu’ils peuvent aussi servir au refroidissement. Soit avec des compresseurs entraînés par la vapeur, soit via de la réfrigération par adsorption
Au moins le premier cas semble avoir été effectivement mis en œuvre par ConEd à NYC, ou étudié comme option : https://web.archive.org/web/20071008014254/http://www.coned....