[Projet D2GRIDS] Réseaux de chaleur et de froid 5ème génération : découvrez les 5 sites pilotes

Alors que le chauffage et le refroidissement sont responsables de 50% de la consommation totale d'énergie en Europe, les réseaux de chaleur et de froid de 5e génération sont la solution pour nous aider à évoluer vers des villes décarbonées. D2GRIDS, un projet financé par Interreg NWE, façonne l'avenir de l'approvisionnement de nos réseaux urbains en énergie géothermique et en flexibilité de réseau. Découvrez les 5 sites pilotes qui, depuis avril 2019, travaillent à la mise en œuvre de ce réseau de chaleur et de froid innovant de basse température.

Brunssum - Pilote de l'approche par îlots

Mijnwater B.V. a été fondée par la municipalité de Heerlen dans le prolongement d'une expérience réussie visant à voir si les mines de charbon abandonnées pouvaient être utilisées comme source géothermique pour les systèmes de chauffage et de refroidissement urbains. Le site de Mijnwater est aujourd’hui une référence pour les réseaux de chaleur 5e génération.

Le paradigme de la 5GDHC permet de débuter un nouveau système 5GDHC de façon incrémentale : des systèmes indépendants, fonctionnant à petite échelle peuvent grandir et se connecter les uns aux autres pour former un réseau 5GDHC complet.  Un tel modèle de croissance est précieux car il devient alors possible d’adapter le déploiement du réseau aux contraintes temporelles, sociales, politiques et / ou financières locale. 

Une ingénierie insulaire innovante

Pour le projet D2Grids, les plans d'ingénierie à Brunssum comprennent plusieurs caractéristiques innovantes.  Le principal défi consiste développer le réseau à partir d’îlots indépendants qui formeront ensuite un cluster au sein d’un nouveau réseau de chauffage et de refroidissement .

Pour construire des systèmes insulaires indépendants, Mijnwater B.V. a continué à développer sa technologie, tout en y ajoutant un certain nombre de nouvelles caractéristiques.  Le réseau existant de Heerlen comporte déjà de petits systèmes par ilôts, tous concentrés dans un grand bâtiment. Pour D2Grids, ce schéma sera généralisé pour un quartier résidentiel composé de maisons jumelées et d'immeubles à appartements.

La "centrale énergétique" est une installation préfabriquée implantée dans un sous-sol. Elle fournira de l'énergie durable à un total de 200 logements à Brunssum, répartis sur trois quartiers à Tarcisius, Oude Egge et Pastoor Savelbergstraat. Le stockage thermique est assuré par un aquifère sur le site de Tarcisius. L'installation technique préfabriquée de ce système aquifère en doublet (c’est-à-dire, composé d’au moins un forage de production (ou producteur) et d’un forage de réinjection (ou injecteur), est dans un sous-sol séparé, à côté de celui de la centrale énergétique. Une autre nouveauté est l'utilisation d'installations temporaires basées sur des pompes à chaleur air-air. Cela permet d'offrir à certains bâtiments le même service du système que celui qu'ils obtiendront plus tard, avant que l'infrastructure de réseau ne soit disponible localement.

L’approche par îlots en cours de construction est naturellement pilotée par la demande, car elle dessert une zone localisée. Les raccordements au réseau des logements fourniront le chauffage et le refroidissement séparément, en utilisant un système à 4 tuyaux sur la zone.  L'eau chaude sanitaire est fournie par des pompes à chaleur de surpression avec réservoir tampon à l'intérieur des bâtiments. À plus long terme, cet îlot sera connecté au système complet 5GDHC prévu à Brunssum, qui bénéficiera des grands volumes d'eau de mine sous la ville. Il sera également connecté à la zone industrielle de Brunssum-Est pour fournir de l'énergie de refroidissement, tout en recueillant la chaleur fatale.

Bochum, Allemagne

La 5GDHC au coeur d'une ancienne usine Opel

 Le démonstrateur de Bochum, en Allemagne, est situé sur une ancienne usine Opel, appelée "Mark 51°7". Pour la préparation et la commercialisation du terrain, la société Bochum Perspektive 2022 GmbH a été fondée dans le but d'implanter dans la région un large éventail d'entreprises et d'immeubles de bureaux neufs. En raison des anciennes activités minières sur ce site, il existe un grand réservoir d'eau de mine à plusieurs centaines de mètres de profondeur, qui peut être utilisé comme stockage d'énergie et approvisionnement en énergie, avec l'aide d'un système de pompe à chaleur. La mine est, pour ainsi dire, la colonne vertébrale, la source et le stockage de la chaleur et du froid.  

Le client pilote Faiveley est connecté au réseau thermique minier par une sous-station avec une pompe à chaleur locale. Ce réseau thermique sera étendu ultérieurement, d'autres sous-stations (centre de chauffage et de refroidissement avec pompes à chaleur) devant suivre. Le réseau est configuré de manière que les capacités de chauffage et de refroidissement puissent être mises à la disposition de différents clients à des températures différentes.

Au sein de D2Grids, le développement souterrain du site Mark 51°7 sera mis en œuvre. Le bâtiment de la mine doit être développé hydrauliquement par le biais de deux forages directionnels. Pour cela, un puit sera foré au 8e niveau à une profondeur de 816 m sous la surface où les températures peuvent atteindre 36°C. Un deuxième puits sera également foré au 4ème niveau à une profondeur de 334 m sous terre où la température devrait atteindre environ 19°C. Outre la réalisation de deux puits, l'investissement comprend le raccordement au réseau d'un second client pilote et la pompe à chaleur correspondante.

Nottingham, Royaume Uni

Une source innovante de chauffage et de refroidissement pour les locataires de Notthingham City Homes

A Notthigham, le projet démonstrateur vise à développer un nouveau réseau de chauffage urbain en utilisant l'eau des mines comme chauffer environ 60 maisons gérées par Nottingham City Homes dans le domaine de Crabtree Farm. Le projet pourrait fournir une décarbonée et à faible coût aux locataires de Nottingham City Homes et contribuer à l'ambition de la ville d'être neutre en carbone d'ici 2028. Il permettra également d'évaluer le potentiel de déploiement de la technologie dans la ville et au-delà.

Le réseau des eaux minières fournira une source de chaleur de 15°C qui circulera en boucle énergétique fermée . L'eau sera ensuite élevée aux températures requises par des pompes à chaleur réparties sur le réseau. Les véritables systèmes 5GDHC sont équipés de tuyaux chauds et froids uniques à écoulement bidirectionnel, au lieu des tuyaux traditionnels d'aller et de retour pour le chauffage et le refroidissement. Nottingham appliquera cette configuration, si la demande de refroidissement et les avantages économiques sont suffisants pour justifier le coût supplémentaire.

Les systèmes 5GDHC permettent également l'échange de chaleur et de froid au sein, ou entre, les bâtiments au fil du temps, grâce au stockage thermique. Si l'hydrogéologie s'y prête et que la demande de refroidissement est suffisante pour justifier des coûts supplémentaires, le projet pilote de Nottingham mettra également en œuvre le stockage inter-saisonnier de chaleur et de froid par des blocs miniers. 

Les systèmes 5GDHC maximisent l'utilisation des énergies renouvelables, grâce à des connexions intelligentes avec le réseau électrique. Les maisons pilotes interagiront de manière intelligente avec le photovoltaïque solaire et le réseau, en utilisant l'électricité excédentaire ou bon marché pour reconstituer les réserves thermiques en surface. Il est également possible de reconstituer les réserves souterraines de chaleur en utilisant l'électricité excédentaire/à bas prix. 

L'objectif du projet pilote de Nottingham est d'éliminer toutes les émissions directes liées au chauffage et au refroidissement. Grâce à l'amélioration de l'efficacité énergétique des logements, à un réseau de chaleur et de froid optimisé et à une demande d'électricité flexible, le projet vise également à permettre une décarbonation complète de l'électricité.

Plus d'informations ici 

Paris-Saclay, France

Le réseau 5GDHC clé de voûte su système énergétique de l'EPA

En France, l'autorité publique d'aménagement du territoire de l'agglomération Paris-Saclay, est en charge du développement d'un pôle technologique et d'innovation de classe mondiale. Le réseau de chauffage et de refroidissement urbain de Paris Saclay est la pierre angulaire de cette stratégie énergétique.

L'ambition de fournir de l'énergie à l'ensemble du centre d'excellence scientifique et technique international

Conçu autour de la plus grande boucle de distribution tempérée de France, le réseau d'échange de chaleur et de froid Paris-Saclay est alimenté par la nappe phréatique d'Albien, soit 700 milliards de mètres cubes d'eau à une température moyenne de 30°C. Pour exploiter cette énergie présente dans une partie du bassin parisien, des forages ont été réalisés à une profondeur de 700 mètres dans la nappe d'Albien : l'un pompant l'eau géothermale, l'autre la renvoyant dans la nappe d'Albien après en avoir extrait la chaleur. Connectés au réseau, ils fourniront à terme de l'énergie renouvelable à tous les bâtiments du campus de Paris-Saclay.

Le réseau d’échange de chaleur et froid de Paris-Saclay est aujourd’hui en service sur le campus urbain. Partie prenante du projet D2Grids, le réseau d’échange de Paris-Saclay compte parmi les démonstrateurs européens des réseaux de 5ème génération. Des démonstrateurs de systèmes thermiques et de gestion avancée de la demande vont ainsi être testés sur ce réseau pour optimiser sa production et la consommation d’énergie des bâtiments. Basés sur une infrastructure IoT déployée en parallèle des réseaux d’énergies qui collecteront l’ensemble des données, ces systèmes utiliseront l’intelligence artificielle pour apprendre du comportement énergétique des bâtiments et de leurs usagers. A court terme, ils permettront donc d’augmenter la part d’énergies renouvelables utilisée tout en renforçant les interactions avec le smart grid électrique du campus urbain. 

Largement alimenté par la géothermie profonde, il rend également possibles les échanges d’énergies (chaud et froid) entre les différents projets immobiliers, contribuant à une baisse du coût de l’énergie finale. Il permet de diviser par quatre les émissions de CO2 à l’horizon 2021. Associé à un réseau électrique intelligent (smart grid), il formera le réseau multi-énergies intelligent de Paris-Saclay, une première mondiale à cette échelle.  Ainsi, une partie de l’approvisionnement électrique du réseau sera également assurée par autoconsommation, via la production locale d’électricité renouvelable. La mutualisation des installations photovoltaïques à l’échelle du campus pourra ainsi aboutir à une autoconsommation totale de l’électricité produite. La valorisation des ressources locales passera également par la récupération de l’énergie résiduelle issue des process et des data centers. Enfin des études sont en cours afin d’évaluer le potentiel de valorisation énergétique de la matière organique : la production de biogaz issus des biodéchets des particuliers et de la restauration collective ou encore des résidus agricoles pourra participer à l’autonomie énergétique du territoire. 

Glasgow, Ecosse

La 5GDHC au coeur de l'initiative de régénération de l'East End Glasgow

Clyde Gateway est plus grande initiative de régénération urbaine d’Ecosse. Le programme est mis en œuvre dans l'est de Glasgow, sur les deux rives de la rivière Clyde.. 

Elle a développé une stratégie énergétique intégrée qui concentre son activité à Dalmarnock et Shawfield, deux communautés défavorisées désormais reliées par le pont SMART, financé par l'Europe pour stimuler la transformation de ces zones. L'accent est mis sur le développement de solutions énergétiques résilientes au niveau local qui permettent de lutter contre la précarité énergétique, stimuler l’économie locale, et soutenir le développement du territoire en attirant de nouvelles entreprises et de nouveaux emplois dans la région.  

À mi-chemin de son plan de 20 ans, Clyde Gateway s'est tourné vers l’enjeu majeur des énergies renouvelables et du bas carbone. Dans le cadre de cette stratégie, la prochaine étape consiste à aller vers une réduction des émissions et le développement des énergies renouvelables à travers les réseaux 5GDHC et le projet D2Grids.

Combler le fossé énergétique

S'appuyant sur le partenariat fructueux avec Scottish Water Horizons, Clyde Gateway vise à développer un système de boucles ambiantes bidirectionnelles basse température basé sur les principes de la 5GDHC, qui s'intégrera aux effluents traités des stations d'épuration adjacentes, et utilisera le pont SMART pour installer des conduites de chauffage et de refroidissement urbains pour desservir les zones du plan directeur. Le projet de 3 millions de livres travaillera avec les développeurs et les utilisateurs finaux pour fournir une gamme de pompes à chaleur décentralisées, de systèmes de stockage thermique et de gestion numérique intelligente associés, afin de fournir la technologie nécessaire pour gérer les besoins de chauffage et de refroidissement à l'intérieur et entre les bâtiments sur une base modulaire avec la possibilité d'une extension pour desservir une zone plus large.

Les propositions comprennent la fourniture de chauffage et de refroidissement au site "Magenta" à Shawfield avec l'autorisation de planification pour un développement commercial de 111 000 m2. Le premier bâtiment est déjà construit et sa rénovation est en cours. La solution de conception pour développer deux bâtiments supplémentaires fait partie du projet démonstrateur.

Clyde Gateway a déjà produit les schéma de concept et les spécifications techniques, et le développement du business model avec les partenaires du projet est en cours. Le pilote de Glasgow a notamment initié la recherche d’un partenaire énergétique , tant pour la réalisation du projet démonstrateur que pour sa gestion et son exploitation à long terme. Ils espèrent conclure la décision d'investissement au début de la nouvelle année 2021. 

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