Une pompe à chaleur à l'ammoniac récupère les calories des eaux usées d'une STEP

L'opportunité de récupérer la chaleur fatale basse température avec des pompes à chaleur

Les pompes à chaleur aident à faire un usage optimal de nos ressources et représentent également une alternative verte aux technologies énergétiques traditionnelles.  Elles peuvent alimenter un réseau de chauffage urbain de manière très efficace, en particulier lorsqu'il y a un excédent d'électricité ou que l'électricité est bon marché.

Un bon exemple de couplage sectoriel : chaleur fatale issue d'une STEP pour alimenter le chauffage urbain

Depuis la fin de l'année 2020, les eaux usées traitées de la STEP d'Ejby Mølle au Danemark sont acheminées vers un système de pompe à chaleur qui en récupère la chaleur fatale afin d'alimenter le chauffage urbain. Ces eaux issues de nos villes ont pour caractéristique d'avoir une température pouvant s'élever jusqu'à 22° du fait de leur usage domestique.

Les eaux de la STEP étaient rejetées autrefois directement dans la rivière Odensee.

Le processus de refroidissement à l'ammoniac

La pompe à chaleur consiste en 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 en utilisant de l'ammoniac. L'ammoniac est l'une des substances naturelles les plus efficaces pouvant être utilisées comme réfrigérant, avec un impact réduit concernant les problématiques de réchauffement climatique.

Le refroidissement se produit lorsque l'ammoniac liquide à basse pression passe à travers un échangeur de chaleur. Dans l'échangeur de chaleur, l'énergie est transférée des eaux usées au circuit d'ammoniac, ce qui provoque l'évaporation de l'ammoniac. Un compresseur à vis rotative augmente ensuite la pression de l'ammoniac avant que celui-ci ne soit condensé dans un autre échangeur de chaleur, à partir duquel l'énergie est acheminée à haute température vers le réseau de distribution de chauffage urbain.

Après la 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.

La température des eaux usées purifiées est généralement comprise entre 8 et 22 °C lorsqu'elles sont rejetées, ce qui est généralement plus élevé que la température de l'eau dans laquelle elles sont déversées. Or, la température des eaux usées doit se rapprocher de celle des eaux du milieu naturel afin d'épargner l'environnement aquatique.

Pendant une grande partie de l'année, cette installation de pompe à chaleur réduira la température de sortie de l'eau de la station d'épuration à la température de l'eau de la rivière Odensee. 

Les pompes à chaleur pour eaux usées

Les pompes à chaleur à ammoniac pour eaux usées, très efficaces, ont été fournies par IESenergy Aps. Elles peuvent produire environ 4 unités de chauffage urbain par unité d'énergie électrique consommée (COP = 4). Les pompes à chaleur constituent donc un bon pas en avant vers un chauffage plus durable. Elles peuvent fournir un total de 20 MW de chaleur et devraient couvrir la consommation annuelle d'au moins 5 000 ménages. Parallèlement, les pompes à chaleur permettront de réduire les émissions de CO2 de 128 000 tonnes d'équivalents CO2 sur une période de 20 ans.

Ramboll a été choisi comme consultant pour concevoir le nouveau 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.