Géothermie et stockage: quo vadis? Pascal Vinard
Contenu 1. Définitions et leur évolution 2. Cadre énergétique global, européen et Suisse 3. Evolution du marché des PAC géothermiques et projets de stockage en Suisse 4. Quelques exemples de réalisations 5. Petit survol de l espace urbain suisse 6. Enseignements 7. Quelques petites questions 8. Quelques propositions initiales Forum ARPEA 6 février 2013 Page 1
1. Définitions et leur évolution La distinction entre géothermie profonde et de subsurface (L. Rybach) à 400 m a vécu, rattrapée par les évolutions techniques (profondeur croissante, systèmes mixtes) Actuellement, on distingue par type de valorisation: systèmes conductifs (systèmes ouverts) à moyenne et haute enthalpie Systèmes diffusifs (circuit fermé champs de sonde +- stocks thermiques à échange de chaleur saisonnier) à basse enthalpie pour solutions chaud/froid A l intérieur des systèmes diffusifs on fait la distinction entre: GSHP (ground source heat pump): sonde thermique couplée à une PAC UTES (underground thermal energy storage): systèmes (complexes/multiples) de stockage saisonnier Forum ARPEA 6 février 2013 Page 2
2. Cadre énergétique global: consommation mondiale L âge du charbon est loin d être fini: Chine, Inde & reste de l Asie basent leur économie d abord sur le charbon, ensuite sur le pétrole La demande mondiale augmente, mais stagne au niveau de l OCDE Les Etats membres de l OCDE pourraient montrer le chemin Nous avons des raisons écologiques, énergétiques, climatiques ET industrielles et économiques pour changer de cap. Le cadre politique et législatif (processus de Kyoto, etc.) est essentiel. Forum ARPEA 6 février 2013 Page 3 basé sur WEO 2011 Croissance de la demande d énergie primaire mondiale entre 2000 et 2010 est appuyée sur le charbon d après IEA Evolution de la demande en vecteurs énergétiques primaires selon le scénario de référence 2007-2030
2. Cadre énergétique global: consommation mondiale / OECD / UE Forum ARPEA 6 février 2013 Page 4
2. Cadre énergétique global: le défi des énergies renouvelables PV Legend Wind Les énergies renouvelables, éolien et PV en tête, croissent fortement, mais leur densité énergétique et leur volatilité requièrent des solutions innovantes de distribution et de stockage. La géothermie fournit de l énergie de bande, est modulable avec la plupart des vecteurs et offre des solutions de stockage thermiques intéressantes et probablement économiquement rentables à condition d y mettre le prix. Forum ARPEA 6 février 2013 Page 5
2. Certains faits & tendances énergétiques III Source: OFEN Le mix énergétique suisse reste relativement stable malgré un lent déclin de la part du pétrole L électricité ne représente que 25% de la demande totale. Un changement de paradigme doit donc mettre l accent sur la part d énergie thermique utilisée pour le transport et l habitat surtout La stratégie énergétique de la Confédération met l accent sur les économies d énergie, l électricité les aspects thermiques restent sousreprésentés Forum ARPEA 6 février 2013 Page 6
2. Cadre énergétique européen et Suisse La dépendance des vecteurs fossiles pour couvrir les besoins thermiques de l industrie et des ménages reste forte et est donc un levier important de développement de marché pour le secteur de la géothermie. Celui-ci se développe relativement bien en Suisse en comparaison européenne, mais bien trop lentement pour diminuer la facture globale (en termes climatiques, stratégiques et de balance des paiements) Forum ARPEA 6 février 2013 Page 7
3. Evolution du marché des PAC géothermiques et projets de stockage en Suisse I La Suisse offre une des plus hautes densité de PAC géothermiques par habitant d Europe et l une des plus fortes croissances. Donc, tout va bien? Regardons les choses d un peu plus près Forum ARPEA 6 février 2013 Page 8
3. Evolution du marché des PAC géothermiques et projets de stockage en Suisse II Le marché est dominé par les installations en maisons individuelles, souvent dans des secteurs à densité d habitation faible La valeur ajoutée reste en deça des indicateurs d une branche industrielle forte Le ramping up vers des solutions intégrées et des grandes unités d habitation est souscritique Les encouragements financiers en R&T et installation sont faibles en comparaison européenne et disparates entre les Cantons Les solutions globales font défaut Forum ARPEA 6 février 2013 Page 9
4. Types, études et quelques réalisations I Source: Etude Hadorn Forum ARPEA 6 février 2013 Page 10
4. Types, études et quelques réalisations II Source: Etude Hadorn Forum ARPEA 6 février 2013 Page 11
4. Types, études et quelques réalisations III Source: Etude Hadorn Forum ARPEA 6 février 2013 Page 12
4. Types, études et quelques réalisations IV Source: Etude Hadorn Forum ARPEA 6 février 2013 Page 13
4. Types, études et quelques réalisations V Forum ARPEA 6 février 2013 Page 14
4. Types, études et quelques réalisations VI Forum ARPEA 6 février 2013 Page 15
4. Types, études et quelques réalisations VII SPEOS: un rappel Puits de 27 m de profondeur, 2.2 m de diamètre 2 niveaux de drains horizontaux de 25 m à - 24 et - 7 m > 1 MW, volume de stockage > 100 000 m 3 SPEOS: il y a exactement 25 ans a permis de poser des jalons importants puis le NEFF a disparu, le baril de pétrole a baissé, est remonté et les solutions de stockage de plus grande ampleur ne sont guère développées Forum ARPEA 6 février 2013 Page 16
5. Petit survol du paysage urbain suisse (quartier de Breitenrein, Berne) Forum ARPEA 6 février 2013 Page 17
6. Quelques enseignements I 1. Le marché des PAC géothermiques classiques se développe bien, mais son effet levier sur le remplacement des vecteurs fossiles est limité. 2. Les solutions globales combinaison production solaire, PAC, stocks diffusifs ou centraux restent des projets pilote rares et à la rentabilité marginale. 3. L utilisation des aquifères reste une solution sous-utilisée. 4. Le marché des PAC géothermiques classiques se développe bien, mais son effet levier sur le remplacement des vecteurs fossiles reste limité. 5. Les solutions globales combinaison production solaire, PAC, stocks diffusifs ou centraux restent des projets pilote rares et à la rentabilité marginale. Forum ARPEA 6 février 2013 Page 18
6. Quelques enseignements II A. 2 réalisations de référence sont basées sur une combinaison de solaire thermique, stockage souterrain diffusiv (saisonnier) + éventuellement journalier (stock tampon), PAC et complément gaz. B. Diverses petites réalisations/petits projets reposent sur des variantes du principe A (en partie) C. Quelques réalisations reposent sur les piliers énergétiques (Terminal E de l aéroport de Zurich) D. Un certain nombre de réalisations utilisent les aquifères comme source d énergie (chaud/froid) Points communs: - Rentabilité difficile, abandons fréquents, problèmes de fiabilité - Systématiquement associés à de nouvelles constructions, Forum ARPEA 6 février 2013 Page 19
6. Quelques enseignements III Or: > 80 % de l environnement bâti suisse est ancien (années 1980 et antérieur) Dans 20 %, il restera +- 70 % de bâtiments anciens à alimenter en chaleur et éventuellement en froid Divers composants de sondes géothermiques freinent le développement vers des COP > 5 (+ profond, plus efficace) Les optimisations (forages et matériaux de remplissage) progressent lentement Les outils de modélisation (thermal response tests, etc.) sont relativement fiables, mais il manque un outil cohérent, intégrant les différentes dimensions d un projet complet (système expert) Forum ARPEA 6 février 2013 Page 20
7. Quelques petites questions Est-ce bien raisonnable de porter l accent surtout sur les bâtiments neufs alors que > 80 % du parc immobilier suisse date d avant 1980 et qu encore 70 % d ancien subsistera en 2030 %? Est-ce bien raisonnable de porter l accent sur des maisons individuelles en zones à densité faible et de délaisser les zones (péri-)urbaines? Trouverons-nous les solutions capables de concurrencer le prix des énergies fossiles? Ne devrions-nous pas privilégier des solutions plus centrales, combinables avec des CAD? Est-ce vraiment vrai qu il n y a pas suffisamment de place en ville? Forum ARPEA 6 février 2013 Page 21
8. Quelques petites propositions Donc, pourquoi pas? Retourner sur les pas de SPEOS, i.e. réfléchir à du stockage de chaleur en aquifères / utilisation de chaleur industrielle inutilisée Lancer un projet de production/stockage thermique représentatif en milieu urbain ancien? Lancer une ligne CTI (KTI) centrée sur la fiabilisation des composants-clé (sondes en double-u, sondes coaxiales, régulation intégrée PAC + composants souterrains), amélioration des matériaux (résistance à la pression et à la corrosion), augmentation des performances et de la durabilité des systèmes intégrés? Réfléchir à des solutions de systèmes géothermiques de moyenne profondeur convectifs et diffusifs combinables en milieu urbain dans le contexte de projets majeurs de développement/revitalisation? Lancer une coordination des Cantons pour servir de bourse d investissement/garantie de projets pilote Activer le levier du mécanisme de compensation des gaz à effet de serre, Etc, Forum ARPEA 6 février 2013 Page 22
Merci pour vos critiques et suggestions! pascal.vinard@geospace-experts.com Dr Pascal Vinard La Grande Fin 16 1784 Courtepin -4126-684 18 00 +4179-444 82 62