Récupération de la chaleur des eaux usées de STEP municipale

Les stations d'épuration présentent un potentiel considérable en matière de récupération de chaleur fatale, mais rarement exploité du fait de la faible température des eaux usées. En effet, la température des eaux issues de nos villes et arrivant en station d'épuration pour leur traitement peut s'élever jusqu'à 22° du fait de leur usage domestique.

Cependant, les pompes à chaleur sont capables d'utiliser les calories des eaux usées et de produire ainsi une nouvelle source d'énergie plus vertueuse et moins chère.

Les pompes à chaleur pour récupérer les calories basse température des eaux refroidies

Les pompes à chaleur contribuent à optimiser nos ressources énergétiques. Elles sont en capacité d'alimenter un réseau de chauffage urbain de manière très efficace. 

Lorsque le système de refroidissement des eaux d'une STEP alimente un réseau de chauffage urbain

Les eaux usées traitées par la station d'épuration municipale d'Ejby Mølle (Danemark) sont acheminées vers un système de pompe à chaleur destiné à récupérer la chaleur fatale et d'alimenter le système de chauffage urbain de la ville.

Les eaux traitées et refroidies par la STEP étaient jusqu'alors rejetées directement dans la rivière Odensee. Depuis fin 2020, les calories générées par leur refroidissement sont récupérées et valorisées.

Il faut savoir que la température sortante des eaux usées de station d'épuration est généralement comprise entre 8 et 22 °C. Cela signifie qu'elles sont la plupart du temps plus chaudes que l'eau de rivière dans laquelle elles sont déversées. Or il est impératif de rapprocher la température des eaux rejetées de celle des eaux du milieu naturel afin de limiter les perturbations des cycles naturels.

Or la récupération des calories par les pompes à chaleur permet cela.

Ainsi, pendant une grande partie de l'année, l'installation d'Ejby Mølle permettra de réduire la température de sortie de l'eau jusqu'à la rapprocher de celle de la température de l'eau de la rivière Odensee. 

Les résultats

Les pompes à chaleur à ammoniac d'Ejby Mølle fournies par IESenergy Aps sont en capacité de produire environ 4 unités de chauffage urbain par unité d'énergie électrique consommée (COP = 4).

Elles peuvent fournir un total de 20 MW de chaleur équivalent à la consommation annuelle d'environ 5 000 ménages.

Parallèlement, la réduction des émissions de CO₂ est estimée à 128 000 tonnes d'équivalents CO₂ sur une période de 20 ans.

Le système de pompes à chaleur d'Ejby Mølle constitue donc un bon pas en avant vers un réseau de chauffage urbain plus durable. 

Fonctionnement du refroidissement des eaux usées à l'ammoniac

La pompe à chaleur constitue un système fermé connecté à la fois à un système de chauffage urbain et à un système d'eaux usées.

Elle refroidit les eaux usées traitées d'environ 5°C .

Elle utilise l'ammoniac, qui est l'une des substances naturelles les plus efficaces pouvant être utilisées comme réfrigérant, avec un impact réduit sur les problématiques de réchauffement climatique.

Le refroidissement est produit par le passage de l'ammoniac liquide à basse pression à travers un échangeur de chaleur. Les calories sont transférées des eaux usées au circuit d'ammoniac, ce qui provoque l'évaporation de ce dernier.

Un compresseur à vis rotative augmente la pression de l'ammoniac, qui sera condensé dans un nouvel échangeur de chaleur. Les calories récupérées sont acheminées vers le réseau de distribution de chauffage urbain.

Après condensation, la pression dans le circuit d'ammoniac est abaissée dans un détendeur avant que le liquide ne soit renvoyé dans l'évaporateur.

Un circuit intermédiaire a été ajouté entre les eaux usées et l'évaporateur d'ammoniac de la pompe à chaleur.

Ramboll a été choisi comme consultant pour concevoir le système de pompe à chaleur à la station d'épuration d'Ejby Mølle. Cette STEP est détenue et exploitée par la société de distribution d'eau VandCenter Syd, tandis que l'installation de pompe à chaleur elle-même est détenue et exploitée par la société locale de chauffage urbain Fjernvarme Fyn.

Alfa Laval a fourni les échangeurs de chaleur à plaques semi-soudées. Ils fonctionnent comme évaporateurs, condenseurs, sous-refroidisseurs et refroidisseurs d'huile pour ce type de grandes pompes à chaleur.

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