Première mondiale à la Réunion : un projet SWAC de 40 MW froid

2015-05-26T11:38:51+00:00

Opérationnel en 2017, ce projet de Sea Water Air Conditioning (SWAC) sera le premier système free cooling offshore – c’est-à-dire avec une utilisation directe des frigories de l’océan – à l’échelle d’une agglomération urbaine. Il vise notamment à réaliser ainsi plus de 75 % d’économie sur le système électrique de l’île par rapport à l’emploi de groupes froids traditionnels. Eric Bassac, responsable de ce projet à la direction internationale de la branche Energie Services d’Engie (ex-GDF Suez), nous en détaille les nombreux défis techniques.

Note : cet entretien a fait l’objet d’une publication dans le numéro 1834 de la revue « Pétrole et Gaz Informations » (janvier-février 2015).

Pétrole et Gaz Informations : Quels sont les principes du projet SWAC que vous menez à La Réunion ?
Eric Bassac
 : Ce projet de Sea Water Air Conditioning (SWAC) vise à alimenter en froid des grands bâtiments tertiaires comme l’hôpital, des cliniques, l’aéroport, l’université ou encore des hypermarchés, qui sont implantés sur les deux communes de Saint-Denis de la Réunion et de Sainte-Marie. La première a une population de 150 000 habitants et la seconde environ 40 000 habitants. On utilise alors un réseau d’eau froide en substitution des groupes froids traditionnels de ces grands bâtiments tertiaires.
Les groupes froids fonctionnent traditionnellement sur une plage de température de 7° C-12° C. C’est-à-dire que l’eau qui sort d’un groupe froid à 7° C atteint les 12° C quand elle revient dans le groupe. Dans un projet SWAC, on utilise des échangeurs thermiques pour assurer le transfert des frigories entre le réseau primaire (offshore) et le réseau secondaire qui est le réseau de distribution urbain, d’une part, puis entre ce réseau de distribution et le réseau intérieur de chaque bâtiment qui lui est connecté. Pour obtenir un fluide à 7° C chez nos clients, il faut aller chercher une eau à 5° C. C’est pourquoi le point de pompage a été situé à 1100 mètres de profondeur.
Ce projet avait été initié en 2008 par l’ARER (Agence Régionale Energie Réunion) qui avait fait une étude sur le potentiel des énergies marines à La Réunion. À l’époque, le projet de SWAC ne concernait que l’aéroport. Les élus des 2 communes avec le soutien de la Région Réunion ont proposé d’élargir le projet qui est mené aujourd’hui dans le cadre d’un syndicat intercommunal qui devrait évoluer en syndicat mixte incluant la Région.

PGI : Quels sont les principaux éléments qui composent ce système ?
E.B. : Ce système est composé, pour le pompage de l’eau de mer, d’une canalisation offshore d’une longueur d’environ 6 kilomètres pour un diamètre de 1,6 mètre. Réalisée en PEHD (polyéthylène haute densité), avec un poids au mètre linéaire de 400 kilos, cette canalisation sera sécurisée avec environ 600 lests en béton d’un poids unitaire entre 5 et 10 tonnes.
Cette canalisation étant reliée à un puits d’aspiration situé sous le niveau de la mer, ce puits va se remplir naturellement.Après avoir été poussée par des pompes dans un échangeur thermique eau de mer/eau douce, l’eau est rejetée en mer à une profondeur de 50 à 55 mètres à travers un diffuseur. Le diamètre de la canalisation de rejet est de 1,4 mètre pour une longueur de 900 mètres. Comme l’eau rejetée est beaucoup plus froide que celle du milieu ambiant (environ 24° C), elle va naturellement, compte tenu de sa densité supérieure, se disperser par le fond. Il faut savoir que jusqu’à 40 mètres de profondeur, on peut avoir des mécanismes de brassage dus aux effets de houles qui font que l’eau rejetée pourrait remonter en surface.
Nous allons également créer un réseau de distribution de 23 kilomètres de long dans lequel circulera de l’eau douce. Pour ce réseau, les canalisations de l’ossature principale seront en acier et celles des antennes en PEHD. Pour chaque bâtiment relié à ce réseau, il sera installé un poste de livraison avec à nouveau un échangeur.

PGI : Quelle technologie d’échangeur allez-vous utiliser ?
E.B
. : Pour ce qui est de l’échangeur eau de mer/eau douce, nous utiliserons des échangeurs en titane. Mais nous mènerons également, avec DCNS, un projet de recherche sur l’utilisation de matériaux composites. L’infrastructure servira donc également de plateformes de tests pour des nouvelles technologies d’échangeurs thermiques, de vannes, de pompes, de filtres… Avec pour objectif d’avoir à terme des coûts d’approche moins élevés pour ces équipements. Pour ce qui est des échangeurs eau douce/eau douce du réseau de distribution, nous utiliserons des échangeurs acier.

PGI : Quels sont les risques liés à l’environnement marin ?
E.B.
 : Comme nous sommes dans une mer forte, dans l’Océan indien, il peut y avoir un risque cyclonique. Nous avons utilisé des données historiques sur quarante ans, assez fiables et continues, et réalisé des prévisions sur des données centennales extrapolées, afin de déterminer les risques potentiels des forces orbitales très fortes agissant sur les canalisations. A partir de là, nous avons pu déterminer la manière de protéger ces canalisations.
Ainsi, jusqu’à 30 mètres de profondeur, les canalisations seront enterrées et au-delà elles seront posées sur le fond avec leurs propres lests en béton. De plus, entre 30 et 70 mètres de profondeur, des chaînes et des ancres viendront renforcer la sécurité du système. Au-delà de 70 mètres de profondeur d’eau, la force des houles cycloniques est moindre et le seul lestage suffit à stabiliser la canalisation d’aspiration.

PGI : Quels sont les autres enjeux techniques ou technologiques du projet ?
E.B. : C’est un dossier technique particulièrement complexe, à plus d’un titre. Ainsi, le relief de l’île impose d’utiliser une pression élevée dans le réseau urbain pour intégrer des dénivelés particulièrement marqués. Par exemple, le réseau de distribution va desservir l’hôpital et la clinique Sainte-Clotilde qui sont à une altitude de 120 mètres. Un autre élément de complexité tient dans le fait que nous devons mener de front la réalisation des différents lots techniques et participer à la construction d’un cadre réglementaire juridique, financier et environnemental propre à ce type de solutions innovantes.
Enfin, il faut savoir que les canalisations offshores seront fabriquées en Norvège où se trouve la seule usine capable de réaliser des tronçons en PEHD de grande longueur sans soudure, puis remorquées, à partir de janvier 2016, depuis ce pays vers La Réunion. Ce sera le plus long transport maritime fait avec des tuyaux tractés. Le remorqueur tirera 13 longueurs de 500 mètres qui devront passer par le Cap de Bonne-Espérance.

PGI : Quels seront vos principaux fournisseurs ?
E.B.
 : Nous préparons les appels d’offres avec des engagements fermes. L’une des difficultés est également qu’aujourd’hui, il n’existe pas sur le marché une société de construction prête à s’engager sur ce projet clé en main composé de 4 grands lots très différents : le réseau offshore, la station de pompage, le réseau urbain et les raccordements des sites clients avec leurs postes de livraison.

PGI : Quel est le coefficient de performance énergétique du système ?
E.B. 
: Selon nos calculs et mesures, qui ont été confirmés par l’Ademe, les installations de production de froid des sites clients (prospects) fonctionnent actuellement avec un coefficient de performance (COP) de 2,25 en moyenne. C’est-à-dire qu’avec 1 kWh électrique, il est produit 2,25 kWh froid. Quant au système SWAC, il est capable de fournir 40 MW froid, ce qui représente environ 400 000 mètres carrés de surface utile climatisée, avec un COP supérieur à 10.
La mise en œuvre de ce projet va permettre de réaliser ainsi plus de 75 % d’économie sur le système électrique de la Réunion par rapport à l’utilisation de groupes froids traditionnels, et éviter l’émission de 620000 tonnes de CO2 sur une période de 24 ans. L’Ademe est d’ailleurs intéressée par ce projet notamment pour mieux comprendre, en zone tropicale, les consommations de froid de clients qui ont des activités, et donc des usages très différents. Nos postes de livraison disposeront de systèmes de comptages très précis avec des pas de 10 minutes. Enfin, une réflexion sera menée sur le déploiement des smarts grids. On peut ainsi envisager de faire de l’effacement de la pointe de consommation d’électricité en travaillant sur l’inertie du réseau SWAC.

PGI : En quoi ce projet SWAC à La Réunion constitue-t-il une première mondiale ?
E.B.
 : Ce qui va être une première mondiale, c’est la conception, la réalisation et la mise en service d’un système free cooling offshore (utilisation directe des frigories de l’océan) à l’échelle d’une agglomération urbaine, qui plus est avec un point de captage situé à une profondeur de 1100 m. Il y a à ce jour seulement deux SWAC dans le monde qui utilisent un captage en eau profonde. Ces systèmes alimentent deux hôtels situés en Polynésie. Le premier est celui de l’Intercontinental de Bora Bora. Il est opérationnel depuis 2006. Le second est situé sur l’atoll de Tetiaroa et a été mis en service en 2014 pour alimenter le complexe Marlon Brando.
Mais leur puissance unitaire n’est que de 2 à 3 MW de froid.
Il existe également des systèmes hybrides, c’est-à-dire des systèmes qui assurent le refroidissement de groupes froids à partir d’eau de mer, de lacs ou de rivières. Dans ces cas, on utilise les frigories contenues dans l’eau mer pour améliorer les performances des groupes froids traditionnels. C’est ce que nous allons mettre en place dans le cadre de notre projet de géothermie marine pour l’écocité Euroméditerrannée située à Marseille. C’est le cas également pour le réseau urbain parisien géré par Climespace, qui est refroidi en partie par l’eau de la Seine.
De tels systèmes fonctionnent également en utilisant les frigories de l’eau douce d’un lac. C’est le cas, par exemple, de la zone de l’ONU à Genève qui est refroidie par un réseau d’eau glacée avec un captage à 30 mètres de fond dans le lac Léman. Il y a également l’université de Cornell aux Etats-Unis. Dans ce cas, l’eau du lac est rejetée par le réseau d’eau pluviale. C’est donc une infrastructure avec seulement un réseau « aller ».

PGI : L’investissement global annoncé pour les travaux est de 151 millions d’euros. Comment ce projet est-il financé ?
E.B.
 : En complément des financements privés apportés par Climabyss, société concessionnaire détenue par Engie (79,5%), la Caisse des Dépôts (12,5%) et Climespace (8%), ce projet est financé par des aides publiques à hauteur de 58 % du montant de l’investissement. Elles sont apportées principalement sous la forme d’un crédit d’impôt, de subventions dans le cadre du programme FEDER 2014-2020 puisque ce projet est éligible au titre de trois thématiques prioritaires : innovation, énergies renouvelables et aides aux PME, et d’aides du Fonds Chaleur géré par l’Ademe. Il convient de souligner que notre projet bénéficiera de la plus importante contribution pour un réseau de chaleur ou de froid dans le cadre du Fonds Chaleur.
Sur le plan commercial, pour inciter les prospects à se raccorder, nous prendrons à notre charge l’intégralité des coûts de raccordement pour les sites clients disposant déjà d’installations de production de froid, et pour rendre notre offre plus attractive, nous avons tenu compte dans la structuration du tarif, de leur coût de production en autonome avec un objectif à compter de 2022 de le rendre encore plus compétitif.

PGI : Avez-vous identifié d’autres opportunités pour développer un SWAC ?
E.B.
 : Potentiellement, toutes les villes côtières peuvent avoir un intérêt à être raccordées à un SWAC, que celui-ci soit hybride ou en free cooling, suivant les possibilités offertes par le relief marin et la concentration de la demande de froid, mais aussi toutes les villes qui sont à proximité de lacs ou rivières. La latitude n’est pas toujours un frein car la déshumidification par climatisation constitue toujours une demande continue qui vient compléter l’intérêt de refroidissement en saison chaude, comme par exemple, à Stockholm où le réseau urbain est alimenté en frigories à partir du lac.

Le projet en chiffres

  • début envisagé des travaux mi-2015
  • mise en service pour les premiers clients mi-2017
  • 151 millions d’euros pour les travaux, dont 58 % d’aides publiques
  • 50 sites alimentés
  • plus de 75 % d’économies d’énergie réalisées sur le système électrique de l’île vs. l’usage de groupes froids traditionnels
  • 620 000 tonnes de CO2 économisées sur une période de 24 ans (ce qui correspond à un parc de plus de 16 000 voitures)
  • 6 km de canalisation offshore avec une prise d’eau à 1100 m
  • 23 km de canalisations pour le réseau urbain
  • société concessionnaire : Climabyss, détenue par Engie (79,5 %), la Caisse des Dépôts (12,5 %) et Climespace (8 %).

 

 

 

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