Le stockage thermique par puits d’eau chaude

Les énergies renouvelables, qu’elles soient thermiques ou électriques sont soumises aux rythmes de la nature et ne sont pas toujours disponibles lorsque nous en avons besoin.

Ainsi, leur stockage est un enjeu primordial de leur développement.

Les réalisations de stockage thermique inter saisonnier réalisés au Danemark et plus récemment en Autriche consiste à stocker de la chaleur captée en été pour pouvoir l’utiliser ensuite pendant l’hiver. Il s’agit donc d’un stockage à long terme. Ce mode de stockages se heurtent à des difficultés techniques et économiques : il faut en effet savoir qu’un stockage de masse c’est une installation de grande capacité en eau, un grand coût d’investissement, et ceci pour un cycle unique chaque année. L’amortissement de l’investissement initial ne peut se faire que qu’avec un média de stockage de l’énergie aussi peu coûteux que possible ce qui est le cas de l’eau

L’eau est en effet un média de stockage de la chaleur très intéressant. Son coût est faible, et sa capacité à absorber de la chaleur est importante pour ne pas dire très importante. Pour donner un ordre de grandeur, chauffer un mètre cube d’eau de 20° C à 80° C, nécessite de l’ordre de 70 kWh de chaleur (1,16 kWh/m³ et °C). L’eau a en outre l’avantage d’être relativement abondante, tout en ne présentant aucun risque de toxicité ou de réactivité chimique.

Si nous prenons du recul, stocker de la chaleur dans l’eau est un principe très ancien. Évoquons ne serait-ce qu’avec nos bouillottes du XVIᵉ siècle qui ne sont que de simples récipients contenant quelques litres d’eau. Elles étaient réchauffées au foyer, puis placées dans le lit pour s’y coucher au chaud. Il y a eu ensuite nos ballons d’eau chaude individuels d’une capacité comprise entre 100 et 300 litres qui fonctionnent selon le même principe : l’eau qu’ils contiennent est réchauffée lorsque l’électricité a un coût faible (lors des heures creuses), de façon à pouvoir utiliser ensuite cette eau chaude pendant les heures pleines, plus coûteuses. Il y a aussi les particuliers encore peu nombreux qui disposent de panneaux solaires thermiques qui utilisent la lumière du soleil pendant la journée pour réchauffer l’eau d’un ballon-tampon, de façon à utiliser cette eau chaude plus tard, notamment la nuit. La capacité des ballons-tampons pouvant être individuels ou collective de plusieurs mètres cubes.

La particularité des réalisations réalisés au Danemark et plus récemment en Autriche fonctionnent de la même façon, mais à une échelle cette fois considérablement supérieure. Il s’agit cette fois de réalisations collectives de centaines de milliers de mètres cubes d’eau, destinés à alimenter des systèmes de chauffage urbain, et ce, pour un stockage de l’énergie thermique inter saisonnier sur une bien plus longue durée l’objectif étant de capter la chaleur de l’été pour l’utiliser en hiver.

Le plus grand puits d’eau chaude est à Vojens au Danemark

Au niveau mondial, le plus grand stockage thermique inter saisonnier se trouve au Danemark, dans la commune de Vojens. La centrale dispose de près de 70 000 m² de capteurs solaires thermiques et d’un puits de stockage thermique souterrain d’une capacité de 203 000 m³. Ce puits a été réalisé dans une ancienne gravière, qui a trouvé là un second usage. L’eau est séparée du sable par un revêtement spécial en plastique soudé, et sa surface est également recouverte d’une couverture qui permet l’isolation thermique nécessaire pour conserver la chaleur pendant une longue durée. Elle assure également d’autre part le drainage des eaux de pluie.
	Une première installation solaire a été réalisée en 2012, d’une capacité de 13 MW thermiques, complétée en 2015 par une deuxième installation de 37 MW, portant l’ensemble à 50 MW. C’est lors de cette seconde séquence de travaux qu’à été construit le puits d’eau chaude. Le puits d’eau chaude peut en principe être chauffé jusqu’à 95° C, mais la température a été limitée à 80° C de façon à préserver dans le temps la bonne tenue du revêtement. L’installation solaire est connectée au réseau de chauffage urbain de la commune par le biais d’un échangeur thermique. Trois chaudières au gaz naturel de 7 MW, une chaudière électrique de 10 MW et une pompe à chaleur complètent l’installation.

Le projet haute température de Simona Alexe – greenixcloud

Plus récemment, en Autriche, l’entreprise Simona Alexe – greenixcloud a aussi débuté le développement de concepts de stockage inter saisonnier par puits d’eau chaude, dans le cadre de leurs projets dénommés « PVT Big Solar ». Pour leur étude de faisabilité, ils ont bénéficié en 2022 d’une subvention de l’ordre de 95 000 € du Klima Energie Fonds (fond pour le climat et l’énergie) du gouvernement autrichien [2]. Notons que ce fond finance les études préliminaires d’un portefeuille de 13 projets de production d’énergie solaire thermique, pour un total s’élevant aujourd’hui à 303,107 m² (212 MW).

Quelles perspectives pour la France?

Ces réalisations, la partie « Water Economy » de ce site sur l’énergie, ainsi que le rendement déplorable de l’effet joule en termes de consommation électrique et tous les inconvénients liés aux combustibles fossiles devraient assurément faire réfléchir notre pays à la traîne en Europe pour les énergies renouvelables