Exemple de pratique

STEP de Seez : le trio autosuffisant en énergie pour de l'eau propre et de l'électricité verte

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La STEP de Seez se transforme d'une simple exploitation d'infrastructure en un producteur d'énergie intelligent en utilisant de manière conséquente les synergies de la cogénération des gaz d'épuration, de la technique photovoltaïque et des pompes à chaleur, créant ainsi un exemple impressionnant d'autosuffisance énergétique locale et d'efficacité des ressources dans la région.

Les communes de Flums, Mels, Quarten et Walenstadt se sont regroupées au sein du syndicat d'assainissement Seez et exploitent la station d'épuration ARA-Seez à Flums dans le canton de Saint-Gall. La gestion des gaz d'épuration est, par nature, un sujet important. En 2009, une micro-turbine à gaz a remplacé la centrale de cogénération (CCG) utilisée jusqu'alors. En juin 2019, la micro-turbine à gaz a été remplacée par une nouvelle centrale de cogénération d'Avesco. Elle offre une puissance électrique de 82 kW et une puissance thermique de 105 kW. Depuis, trois éléments du système coopèrent pour l'approvisionnement énergétique de la station d'épuration : la centrale de cogénération, une installation photovoltaïque (PV) installée au printemps 2020 et une pompe à chaleur reliée à la centrale de cogénération. Avec la pompe à chaleur, la centrale de cogénération atteint une puissance thermique totale de 128 kW.

Plus de chaleur et d'électricité propres

Lors de la réflexion sur un nouveau système, l'objectif était de pouvoir faire fonctionner l'ensemble de la station d'épuration avec de l'électricité et de la chaleur produites par l'entreprise, et ce tout au long de l'année.

La STEP de Seez a des besoins annuels en électricité de 520’000 kWh et en chaleur de 600’000 kWh. La nouvelle centrale de cogénération au gaz d'épuration fournit entre 370’000 et 390’000 kWh d'électricité et entre 470’000 et 500’000 kWh d'énergie thermique, selon le volume de gaz produit. L'installation photovoltaïque produit jusqu'à environ 190 000 kWh d'électricité. La pompe à chaleur peut produire jusqu'à 101’200 kWh d'énergie thermique supplémentaire.

En comparaison, la micro-turbine à gaz produisait environ 220 000 kWh d'électricité et 683 000 kWh d'énergie thermique par an. Au total, le nouveau système global offre donc une quantité d'énergie thermique similaire pour une production d'électricité nettement plus élevée. Beat Bless, directeur d'exploitation de la STEP de Seez, explique à ce sujet : ’La rétribution à prix coûtant du courant injecté (RPC) est d'à peine 24 centimes. C'est un calcul rapide : cette installation sera certainement rentable grâce à la production d'électricité plus élevée’.«

Arguments en faveur d'un système avec cogénération

Bless raconte les raisons qui l'ont poussé à revenir à une centrale de cogénération : «La micro-turbine à gaz était malheureusement très sensible à la chaleur. Des températures estivales dépassant largement les 30 degrés, comme nous l'avons souvent fait ces dernières années, nous obligeaient même parfois à refroidir l'installation pour pouvoir la maintenir en service. Le rendement électrique était de 22 à 28%. Ce n'était pas satisfaisant. Notre nouvelle centrale de cogénération a un rendement électrique allant jusqu'à 36%. Avec la micro-turbine à gaz, la production d'électricité est finalement tombée en dessous de la quantité minimale d'électricité que nous devons atteindre pour bénéficier de la RPC. C'est ce qui nous a fait dire : »Nous changeons".»

Rendement global élevé

Mais que se passe-t-il si, en cas de températures élevées, il y a plus de gaz d'épuration et que la centrale de cogénération (consommation de gaz d'épuration max. 36 Nm3/h) produise, avec l'installation photovoltaïque, plus d'électricité que nécessaire ? «Nous avons choisi un très grand réservoir de gaz qui peut contenir jusqu'à 1,5 productions journalières. Lorsqu'il fait très chaud, nous utilisons l'électricité produite par l'installation photovoltaïque pendant la journée et la centrale de cogénération ne fonctionne pas. La nuit et lorsque les températures sont plus basses, l'accumulateur permet certainement de disposer en permanence de suffisamment de gaz pour la production d'électricité dans la centrale de cogénération», explique le chef d'exploitation Bless.

Lui et son équipe sont allés encore plus loin : une pompe à chaleur est reliée à l'unité de cogénération et utilise la chaleur de l'air de refroidissement consommé par l'unité de cogénération, ce qui permet d'obtenir une puissance de chauffage de 23 kW. Avantage : au total, une grande quantité d'énergie thermique est ainsi désormais disponible. Beat Bless : «Nous devons ainsi moins ou plus du tout épaissir les boues excédentaires, ce qui nous permet de faire des économies». Grâce à la centrale de cogénération et à la pompe à chaleur, 203 kW de la puissance d'entrée de 223 kW peuvent être utilisés dans la station d'épuration - un rendement global de 91%.

Système d'alimentation de secours

En cas de besoin, la totalité des besoins en électricité de la station d'épuration peut être alimentée par une installation électrique de secours (de type Cat C4.4 DE88 E3) d'une puissance électrique nominale de 71 kW. Elle a été installée en octobre 2019, soit peu après la mise en service de la centrale de cogénération. «Nous avons délibérément choisi de planifier le groupe électrogène de secours comme une installation totalement indépendante du reste du système», explique Beat Bless. Alternativement, l'unité de cogénération aurait pu être conçue comme une centrale de cogénération de secours.

Bilan intermédiaire très positif

Centrale de cogénération - photovoltaïque - pompe à chaleur : c'est avec ce trio que la STEP de Seez gère ses besoins en électricité et en chaleur depuis bientôt deux ans. De juin 2019 à mars 2021, l'ensemble du système a produit 820’105 kWh d'électricité. Selon Beat Bless, les coûts d'entretien sont à peu près identiques à ceux de la microturbine à gaz. «Ce système est très stable. Peu importe que le soleil brille, qu'il pleuve ou qu'il neige. Il fonctionne toujours. C'est un avantage marquant, en plus du rendement élevé». Son bilan intermédiaire est donc très positif : «Ça marche bien. C'est parfait !»

«Médaille d'eau» pour le concept énergétique

Pour son concept énergétique, la STEP de Seez a reçu en 2018 le prix «Médaille d'eau» pour les stations d'épuration efficaces sur le plan énergétique, décerné par la fédération Infrawatt et l'Association suisse des professionnels de la protection des eaux (VSA). Ont ainsi été récompensés, entre autres, l'amélioration de l'efficacité énergétique, l'augmentation de la production d'énergie renouvelable et la formation et l'implication du personnel, auxquelles la STEP de Seez accorde une grande importance.

Les besoins énergétiques de la STEP de Seez en chiffres

Puissance installée de la centrale de cogénération th  102 kW
Puissance installée de la centrale de cogénération el  82 kW
Besoins en chaleur de la STEP en année (estimés)  600 GWh
Besoins en électricité de la STEP en année (estimés)    520 GWh
Production d'électricité par une nouvelle centrale de cogénération au gaz d'épuration370-390 GWh
Production d'électricité Installation PV 190 GWh
Total   560-580 GWh*
Centrale de cogénération au gaz d'épuration  470-500 GWh
Chaleur de la PAC (raccordée à la centrale de cogénération)  101 GWh
Total 571-601 GWh*
(à titre de comparaison : ancienne micro-turbine à gaz : 220 GWh d'électricité, 683 kWh de chaleur)

Plus d'informations
STEP de Seez
Beat Bless, 8890 Flums
beat.bless@araseez.ch
energiewegflums.ch
B1b A2 2022 POWERLOOP ARA Seez Beat Bless Portrait MB14135
Beat Bless, directeur de la STEP : «Être autosuffisant à tout moment en matière de besoins en électricité et en chaleur, tel est l'objectif de la STEP de Seez».»
B2 A2 2022 POWERLOOP STEP de Seez Centrale de cogénération WP 0601 074635
Pour son approvisionnement en énergie, la station d'épuration utilise une combinaison de cogénération au gaz d'épuration (à gauche sur la photo), de pompe à chaleur (à droite sur la photo) et d'installation photovoltaïque.
B3 A2 2022 POWERLOOP STEP de Seez Accumulateur de gaz 191014 164815
Pour la nouvelle centrale de cogénération, un grand réservoir de gaz a été réalisé, pouvant accueillir 1,5 jour de production. Pour ce faire, un ballon de gaz a été installé dans une pile de boues digérées qui n'était plus nécessaire sur le site (voir photo).
B4 A2 2022 POWERLOOP ARA Seez PV MB20102 HDR
L'impressionnant toit solaire pliant au-dessus du bassin de boues activées et du décanteur primaire de la STEP de Seez peut être rentré et sorti latéralement. L'installation photovoltaïque génère environ 190'000 kWh d'électricité par an.
B4b A2 2022 POWERLOOP STEP Seez PV MB20118
L'impressionnant toit solaire pliant au-dessus du bassin de boues activées et du décanteur primaire de la STEP de Seez peut être rentré et sorti latéralement. L'installation photovoltaïque génère environ 190'000 kWh d'électricité par an.
B5 A2 2022 POWERLOOP STEP Seez courant de secours 191030 094548
En cas de besoin, l'installation électrique de secours (à droite sur la photo) alimente l'ensemble de la station d'épuration.
B6 A2 2022 POWERLOOP ARA Seez Total DJI 0008
Pour son concept énergétique, la STEP de Seez a reçu le prix «Médaille d'eau» pour les stations d'épuration efficaces sur le plan énergétique.

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