La situation de base

Dans l’Association des eaux usées, les communes Flums, Mels, Quarten et Walenstadt se sont regroupées en une association de droit public et exploitent la station d’épuration STEP Seez à Flums dans le canton de St. Gall. De par sa nature, l’exploitation des gaz de digestion  est un thème important. En 2009, une micro-turbine à gaz est venue remplacer la centrale de couplage chaleur-force (CCF) utilisée jusqu’alors. Cette micro-turbine à gaz a été remplacée en juin 2019 par une nouvelle centrale de couplage chaleur-force de la maison Avesco. Celle-ci offre une puissance électrique de 82 kW et une puissance thermique de 105 kW. Depuis lors, trois éléments d’un système assument ensemble l’approvisionnement énergétique de la station d’épuration: le CCF, une installation photovoltaïque montée au printemps 2020 et une pompe à chaleur reliée au CCF. De pair avec la pompe à chaleur, le CCF réalise une puissance thermique totale de 128 kW.

But: L’autosuffisance pour l’énergie électrique et thermique

Lors des la prise en considération d’un nouveau système, les concepteurs se sont laissés guider par l’objectif de pouvoir exploiter la station d’épuration toute entière avec du courant et de la chaleur produites soi-même, et ce toute l’année durant.

Consommation et production d‘énergie

La STEP Seez consomme par année 520'000 kWh de courant et 600'000 kWh de chaleur. La centrale de cogénération au gaz de digestion fournit, en fonction du volume de gaz à disposition, entre 370'000 et 390'000 kWh de courant et 470’000 à 500'000 kWh d’énergie thermique. Quant à l’installation photovoltaïque, elle produit jusqu’à 190'000 kWh approximativement de courant. La pompe à chaleur peut générer jusqu’à 101’200 kWh environ d’énergie thermique en complément. A titre de comparaison: La micro-turbine à gaz réalisait au final une production de courant d‘environ 220'000 kWh et bien 683'000 kWh d’énergie thermique.  Le nouveau système global offre, par conséquent, pratiquement autant d’énergie thermique, toutefois, avec une production de courant nettement supérieure. Beat Bless, responsable de l‘exploitation de la STEP Seez: «La rétribution à prix coûtant (RPC) du courant injecté se situe à un peu moins de 24 centimes. Le calcul est donc vite fait: Cette installation se rentabilisera certainement grâce à l’augmentation de la production de courant.»

Les arguments parlant en faveur d’un système avec CCF

En ce qui concerne les motifs qui nous ont poussés à revenir à un CCF, Bless explique: «Malheureusement, la micro-turbine à gaz était extrêmement sensible à la chaleur. Avec des températures estivales de nettement plus de 30 degrés, comme nous les connaissons fréquemment ces dernières années,  nous devions même refroidir l’installation, par moment, pour pouvoir maintenir son fonctionnement. Le rendement électrique se situait entre 22 – 28%, ce qui n’était pas satisfaisant. Notre nouveau CCF affiche un rendement électrique allant jusqu‘à 36%.  Avec la micro-turbine à gaz, la production de courant baissait  au final au-dessous du volume minimal de courant que nous devions réaliser pour obtenir la rétribution à prix coûtant (RPC). La décision était donc prise: Nous changeons.»

Un système global judicieusement harmonisé – Rendement total de 91%

Mais, que se passera-il si, en présence de hautes températures davantage de gaz de décharge devait s’accumuler et que le CCF (consommation de gaz de décharge max. 36 Nm3/h), ensemble avec  l’installation photovoltaïque produisait plus de courant que nécessaire? «Nous avons choisi un très grand réservoir à gaz qui peut emmagasiner jusqu’à 1 fois et demi les productions journalières. Lorsqu’il fait très chaud, nous utilisons durant la journée le courant issu de l’installation photovoltaïque et le CCF ne travaille pas à ce moment-là. La nuit, et lorsque les températures sont plus basses, le volume de gaz contenu dans le réservoir sera certainement suffisant pour la production de courant dans le CCF», explique le responsable de l’exploitation Bless. Lui, et son équipe, sont même allés plus loin: La pompe à chaleur reliée au CCF, qui exploite la chaleur de l’air refroidi consommé du CCF, réalise de ce fait un rendement thermique de 23 kW. L’avantage: Bien plus d’énergie thermique est ainsi à disposition au final. Beat Bless: «De ce fait, nous devons moins, voire pas du tout, épaissir les boues excédentaires et économisons des coûts de la sortes.» Grâce au CCF et à la pompe à chaleur,  203 kW peuvent être exploités dans la station d’épuration à partir d’une puissance intrant de 223 kW – un rendement global de 91%.

Groupe électrogène de secours

En cas de besoin, l’ensemble du courant utile de la station d’épuration peut être alimenté depuis un groupe électrogène de secours du type Cat C4.4 DE88E3 ayant une puissance électrique nominale de 71 kW. Elle a été installée en octobre 2019, donc peu après la mise en service du CCF. «C’est en parfaite connaissance de cause que nous avons décidé de planifier le groupe électrogène de secours en tant qu’installation totalement indépendante du reste du système», indique Beat Bless. Alternativement, le CCF aurait également pu être conçu telle une centrale de cogénération apte à produire du courant de secours.

Bilan provisoire

CCF – Photovoltaïque – Pompe à chaleur: C’est avec cette triade que la STEP Seez gère à présent sa consommation de courant et de chaleur depuis bientôt deux années d’exploitation. Du mois de juin 2019 jusqu’en mars 2021, le système tout entier avait produit 820'105 kWh de courant. Les coûts d’entretien sont, selon Beat Bless, pratiquement identiques à ceux de la micro-turbine à gaz. «Ce système est extrêmement stable. Que le soleil brille, qu’il pleuve ou qu’il neige, il fonctionne toujours. Ceci est un avantage marquant, en plus du haut rendement: «Cela fonctionne bien. C’est tout simplement parfait!»

«Médaille d’eau» pour un concept énergétique

La STEP Seez a été récompensée pour son concept énergétique en 2018 avec le prix „Médaille d’eau“ pour des stations d’épuration à haute efficacité énergétique, décerné par l’Association professionnelle InfraWatt et par L’Association suisse des professionnels de la protection des eaux (VSA). L’amélioration  de l’efficacité énergétique, l’augmentation  de la production d’énergie renouvelable ainsi que la formation et l’intégration du personnel, auxquelles la STEP attache une importance particulière, ont, entre autres, été récompensées avec ce prix.

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