Tableau 13 : synthèse des scénarios PileSim avec de l’eau pure circulant dans les sondes
Le scénario BASE a permis la calibration du modèle et montre des différences par rapport à la réalité mesurée plus faibles que 5%. Les autres scénarios peuvent donc être modélisés sur des données robustes à partir de ce scénario BASE.
Le scénario BASE donne une puissance de la PAC de 320 kW pour une énergie de 1'480 fluide dans les sondes géothermiques ne diminue pratiquement pas avec le temps, comme vu dans la Figure 72. Ce scénario est celui qui soutire le moins de géothermie.
Le scénario COMPLET / LIMITE correspond au scénario BASE avec un redimensionnement de la PAC permettant de soutirer plus d’énergie géothermique afin de correspondre à la norme SIA (refroidissement local à long terme). Il aboutit à une PAC de 603 kW pour une énergie de 1'842 MWh, répartie entre 412 MWh de géothermie, 816 MWh de récupération de gaz et 614 MWh d’électricité. La puissance et l’énergie spécifique des sondes sont de 22 W/m,
38 Energie PAC issu de la Géothermie (y compris électricité).
respectivement 34 kWh/m/an. Ce scénario permettrait donc de gagner un quart d’énergie PAC en plus (+362 MWh) avec une puissance presque doublée par rapport au scénario BASE et augmenterait le taux de couverture de la géothermie sur le périmètre Laurana (de 6% à 16%). Ce scénario a la plus grande puissance spécifique soutirée aux sondes de tous les scénarios analysés ici mais n’est pas le plus performant en matière de valorisation de la géothermie et d’émissions de CO2. Une option complémentaire à ce scénario serait de raccorder hydrauliquement le réseau Trois Chênes pour augmenter le débit disponible pour la PAC. Ceci serait envisageable uniquement avec des températures de retour de Trois-Chênes compatible avec la PAC (< 58°C, voir partie 3.3.5) ou en remplaçant la PAC par une PAC haute température (par exemple avec Tmax = 75°C).
Le scénario COMPLET correspond au scénario BASE mais sans limitation en température et/ou en débit côté condenseur. Il aboutit à une PAC de 279 kW pour une énergie de 1'937 MWh, répartie entre 547 MWh de géothermie, 744 MWh de récupération de gaz et 646 MWh d’électricité. La puissance et l’énergie spécifique des sondes sont de 14 W/m, respectivement 42 kWh/m/an. Ce scénario est le plus performant en matière de taux de couverture de la PAC sur le périmètre Laurana et d’émission de CO2. Il permet un fonctionnement en ruban une grande partie de l’année, d’où une puissance de PAC réduite par rapport au scénario BASE (faute de quoi la géothermie serait épuisée avant 50 ans), et valorise la géothermie au maximum des possibilités admises par la norme SIA (voir Figure 71 et Figure 72). En comparant le scénario COMPLET au scénario COMPLET / LIMITE (qui épuise aussi la géothermie à 50 ans), on s’aperçoit que la limitation en température et/ou en débit a fait perdre environ 100 MWh d’énergie PAC ou 135 MWh de géothermie.
Le scénario LAURANA / LIMITE correspond à un périmètre restreint à Laurana (sans la puissance gaz dédiée à Trois-Chênes, y compris la récupération correspondante) en intégrant la limitation en température et/ou en débit côté condenseur du scénario BASE. Il aboutit à une PAC de 236 kW pour une énergie de 1'302 MWh, répartie entre 603 MWh de géothermie, 265 MWh de récupération de gaz et 434 MWh d’électricité. La puissance et l’énergie spécifique des sondes sont de 10 W/m, respectivement 46 kWh/m/an. Ce scénario restreint est comparable à la BASE en matière de fourniture d’énergie PAC, avec une inversion complète entre l’apport de la source géothermique (+464 MWh) et l’apport de la récupération de gaz (-583 MWh) et une meilleure performance environnementale. Cela montre que l’extension Trois-Chênes a augmenté considérablement les besoins en gaz (donc la récupération de gaz), ce qui a phagocyté la géothermie, car la récupération de la chaleur des fumées du gaz est prioritaire sur la géothermie. Dit autrement, la connexion du périmètre Trois-Chênes n’était pas nécessaire du point de vue énergétique et environnemental.
Le scénario LAURANA correspond à un périmètre restreint à Laurana (sans la puissance gaz dédiée à Trois-Chênes, y compris la récupération correspondante) mais sans limitation en température et/ou en débit côté condenseur. Il aboutit à une PAC de 168 kW pour une énergie de 1'327 MWh, répartie entre 622 MWh de géothermie, 263 MWh de récupération de gaz et 442 MWh d’électricité. La puissance et l’énergie spécifique des sondes sont de 8 W/m, respectivement 47 kWh/m/an. Ce scénario est en tout point similaire au LAURANA / LIMITE et possède simplement une puissance PAC plus petite en raison d’un fonctionnement en ruban presque toute l’année (environ 8’000h à puissance nominale, voir Figure 71) lié à la non-limitation en température et/ou débit.
Le scénario NO RECUP ne comprend plus la partie récupération de la condensation des fumées et la PAC ne fonctionne plus que sur le champ de sondes géothermiques, sans limitation en température et/ou en débit côté condenseur. Il aboutit à une PAC de 120 kW pour une énergie de 991 MWh, répartie entre 661 MWh de géothermie, 0 MWh de récupération de gaz et 330 MWh d’électricité. La puissance et l’énergie spécifique des sondes sont de 6 W/m, respectivement 50 kWh/m/an. Ce scénario implique le plus faible taux de couverture de la PAC et surtout les plus grandes émissions de CO2 de tous les scénarios. En effet, la PAC ne fonctionne plus qu’avec une seule source froide, la géothermie. Il n’y a plus de recharge complémentaire via les rejets thermiques du gaz, ce qui limite grandement la fourniture de la PAC. Cela implique d’une part une plus grande utilisation de gaz par les chaudières et d’autre part une péjoration du rendement des chaudières gaz en raison de la non-récupération de la chaleur latente des fumées. Ce scénario peut être comparé au LAURANA et montre une très mauvaise performance environnementale (100 t de CO2 en plus, soit +14%), révélant l’intérêt de faire du gaz efficace dans les autres scénarios.
Il faut relever que les scénarios avec du fluide dans les sonde contenant de l’eau et de l’antigel (scénarios b non synthétisés ici - voir annexe 6) permettent de gagner 200 à 300 MWh de géothermie par an dans le bilan global en raison d’une température cible à 50 ans de -1.5°C en lieu et place de 4.5°C. Cela est possible en redimensionnant une PAC plus puissante et donc en valorisant plus d’énergie (par rapport à chaque scénario a).
Comme le préconise la norme SIA, tous les scénarios refroidissent le terrain local à long terme en épuisant la géothermie initialement contenue dans le terrain en 50 ans. Cet épuisement local n’est que temporaire car à la fin de la période considérée, et sous réserve que la modélisation initiale correspond à la réalité, il est toujours possible de redimensionner différemment le système pour faire perdurer la géothermie au-delà de 50 ans (par exemple en redimensionnant la PAC, en changeant l’eau par un mélange d’eau et d’antigel dans les sondes ou en ajoutant une recharge active). Le terme « épuiser » ne signifie donc pas que les sondes ne peuvent plus être utilisées après 50 ans. Une utilisation moins intensive des sondes est toujours possible par la suite.