Projet GEOSTOCAL Appel à projets Stock E 2007 Hervé LESUEUR, BRGM
Le projet GEOSTOCAL GEO STOckage de ChALeur : opportunités, optimisation et faisabilité du stockage intersaisonnier de chaleur perdue en aquifère profond Partenaires Organismes de recherche : BRGM (Coordinateur), IFPEN, Armines Mines ParisTech, EIVP, LGUEH (Université Paris Est Marne la Vallée) Partenaires Entreprises : CPCU, CFG Service Date de début du projet : décembre 2007 Date de fin du projet : mai 2011 Budget total : 1 686 k (dont 1 494 k éligible) Aide accordée : 800 k Labellisation par un ou des pôle(s) de compétitivité : VMD (Ville et Mobilité Durables devenu Advancity)
Stockage géothermique : contexte et enjeux Trois conditions nécessaires réunies à Ivry sur Seine 1. Une source de chaleur excédentaire en période estivale : Usine d incinération raccordée au réseau de vapeur CPCU 2. Des niveaux géologiques permettant le stockage : Aquifère du DOGGER (1 500 m de profondeur) 3. Une demande hivernale pour la chaleur déstockée : Secteur urbain en rénovation + réseaux de chaleur => Focalisation sur le cas d étude d Ivry/Seine car existent les connaissances de base (investigations impossibles) Source de chaleur Réseau urbain Aquifère profond
GEOSTOCAL : Objectifs et Positionnement Faisabilité scientifique, environnementale et technicoéconomique, de l utilisation des aquifères profonds pour : stocker de la chaleur en période estivale (vue de gauche) déstocker l énergie en période hivernale (vue de droite) Puissance thermique typiques 10 MW (40 50 GWh par saison) 1.5 km
GEOSTOCAL : Défis scientifiques et technologiques Ecarter les points bloquants (études sur data) 1. Comportement du réservoir géologique? Dogger OK : débits (300m³/h) et température (95 C) 2. Géochimie sur le long terme (interactions eau/roches)? Pas de risque violent => suivi des cycles d exploitation 3. Complétions réversibles (débit jusqu à 400m³/h)? Pas en catalogue mais plusieurs possibilités 4. Maîtrise de la demande de chaleur? Secteur urbain en rénovation sera compatible GTH 5. Disponibilité d une source estivale excédentaire? Implantation possible proche d un feeder vapeur et validation long terme de la source 6. Paramètres clés d un pré dimensionnement optimal? Modélisations technico économiques et environnementales
GEOSTOCAL : Résultats 1/6 les voies possibles de l'eau géothermale Puissances identiques du réservoir géothermique de Production + ATES du Réservoir conventionnelle Départ Réseau de Réinjection Retour Réseau ATES : Aquifer Thermal Energy Storage Débit d'eau géothermale de l'eau géothermale Puissances identiques du réservoir géothermique du Réservoir de Réinjection + PAC conventionnelle Départ Réseau Retour Réseau Débit d'eau géothermale de l'eau géothermale Puissances identiques du réservoir géothermique de Production du Réservoir de Réinjection + ATES + PAC conventionnelle Départ Réseau Retour Réseau Débit d'eau géothermale
GEOSTOCAL : Résultats 2/6 Modèle unique Livrable final du projet : un modèle unique couplant Demande + Comportements + Economie + Environnement Expression de la demande de chaleur (fonction de Text) Simulation du secteur et de sa rénovation (à 20ans) Plusieurs scénarii techniques et d exploitation Sans GTH, GTH conventionnelle, plusieurs techniques de stockage Interférences, Percée et Décroissance thermique Optimisation de l architecture des ouvrages (+repli possible) Modélisation hydro thermique des réservoirs géologiques Abaques fonction du cycle annuel et de la masse d eau pompée Investissements (estimations) Paramétrage des ouvrages souterrains + réseau fixé Mode d exploitation largement paramétrable : Période de stockage/déstockage, stratégie d optimisation, Charges de fonctionnement estimées à 30 ans Simulation de la valeur de la vapeur fonction de la période de l année Performance environnementale pour chaque pas de temps Contenu en EnR dans le réseau, Energies évitées, Le tout travaillé pour être implémenté dans le tableur EXCEL
GEOSTOCAL : Résultats 3/6 Scénarisation Scénarisation : Satisfaire (toute) la demande du réseau 1. Scénario sans géothermie (vapeur du réseau CPCU) Réseau BT (compatible GTH) + Réseau MT (90 C 70 C) 2. Scénario géothermique de référence (sans stockage) géothermique (65 C 40 C) + appoint vapeur 3. Scénario de stockage en doublet (connu) La même eau déstockée en hiver que stockée l été 4. Scénario de stockage en triplet (nouveau) Un seul puits réversible + rendement du stockage 5. Scénario de stockage en doublet (innovant) Deux puits réversibles + composant GTH classique 6. Scénario de stockage en triplet (innovant) Un seul puits réversible + GTH classique + disponibilité 7. Scénario de cumul de doublets (si demande forte) Le tout au pas de temps hebdomadaire (pb des weekends)
( C) GEOSTOCAL : Résultats 4/6 Déstockages GEOSTOCAL - de déstockage au puits froid fonction des cycles inter-saisonnier - Cas du doublet 65 60 55 Eté cycle n 1 cycle n 2 cycle n 3 cycle n 4 cycle n 5 cycle n 7 cycle n 10 cycle n 15 cycle n 20 50 cycle n 30 ( C) GEOSTOCAL - de déstockage au puits chaud Masse d'eau éstockée en tonnes (milliers) fonction des cycles inter-saisonniers- Cas du doublet 45 0 200 400 600 800 1 000 90 1 200 1 400 85 80 75 70 Hiver cycle n 30 cycle n 20 cycle n 15 cycle n 10 cycle n 7 cycle n 5 cycle n 4 cycle n 3 cycle n 2 cycle n 1 Masse d'eau déstockée en tonnes (milliers) 65 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400
GEOSTOCAL : Résultats 5/6 Energies 100 000 MWh 90 000 GEOSTOCAL : Energies géothermales livrées au réseau de chaleur BT Comparaison des principales solutions de stockage dans l'aquifère du Dogger Stockages géologiques 80 000 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 Demande totale du réseau BT MWh 45 000 40 000 35 000 10 000 GEOSTOCAL : Vapeur économisée vis à vis d'une solution sans géothermie 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Saison 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0 conventionnel Vapeur surtout économisée l hiver 5 000 10 000 Saison 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
GEOSTOCAL : Résultats 6/6 Indicateurs (dont stockages) HT/an 7 000 000 6 000 000 5 000 000 Sans géothermie GEOSTOCAL : Estimation des dépenses énergétiques (vapeur + électricité) conventionnel Quadruplet 4 000 000 3 000 000 2 000 000 1 000 000 1.00 0.95 GEOSTOCAL : Taux d'enr dans le départ réseau Saison 0 (avec prise en considération de l'électricité de pompage de l'eau géothermale) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 conventionnel Stockages géologiques 0.65 0.60 0.55 0.50 Saison 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
GEOSTOCAL : Principales conclusions Projets mené à terme sans difficulté majeure 1. Faisabilités démontrées pour plusieurs scénarii, tous avec une option de repli vers une géothermie classique 2. Approche technico économique revisitée ; y compris pour la géothermie conventionnelle 3. Plusieurs innovations proposées : Complétions réversibles (inversion de sens de pompage) Méthode pour exploiter les résultats des modèles de réservoir Au moins deux techniques pour significativement optimiser les bilans d exploitation Au moins une proposition pour minimiser les éventuels risques géochimiques liés aux interactions eau/roches 4. Une réalisation GEOSTOCAL réelle est en gestation
GEOSTOCAL : perspective AMI Stockage Verticale de la ressource géothermique du Dogger exploitée par l ancien doublet géothermique fermé en 1994 Localisation des têtes de puits (forages inclinés) de l ancien doublet géothermique d Ivry sur Seine Localisation de l UIOM du SYCTOM Verticale du stock froid constitué dans l aquifère du Dogger jusqu à la fermeture de l ancien doublet géothermique en 1994