Étude d'une communauté solaire avec stockage thermique saisonnier par puits géothermiques

Les performances énergétiques d'une communauté solaire située à Calgary (Canada) et comprenant un réseau de chauffage urbain à un seul tuyau alimentant 52 maisons sont évaluées. Contrairement à un réseau classique à deux tuyaux, un réseau à un seul tuyau implique que l'alimentation et le retour se font dans le même tuyau. Ainsi, la température diminue le long du réseau. La communauté comprend un stockage saisonnier de chaleur (BTES) constitué de 144 puits à double tube en U à deux circuits indépendants. Le premier circuit se consacre à la recharge solaire, tandis que le second assure la décharge et est relié au réseau urbain. La communauté est modélisée dans l'environnement de simulation TRNSYS. La communauté solaire Drake Landing (DLSC) située à proximité de Calgary et dont la construction s'est achevée en 2007 joue le rôle de référence dans cette étude. Une comparaison des performances énergétiques de la communauté proposée (appelée CS1T) avec celles de DLSC montre que la fraction solaire, i.e. la part de l'énergie solaire dans l'énergie totale fournie aux maisons, de DLSC est toujours supérieure à celle de CS1T. L'écart est très marqué la première année avec une fraction solaire de seulement 26 % pour CS1T contre 66 % pour DLSC. Après 5 ans d'opération, la fraction solaire de CS1T est de 85 % contre 89 % pour DLSC. Le réseau urbain à un seul tuyau a permis de réduire la longueur de distribution primaire. Les pertes de chaleur du réseau sont ainsi moins élevées qu'à DLSC (178 GJ à l'année 5 contre 250 GJ pour DLSC). Le niveau de température dans le réseau urbain de CS1T a dû être rehaussé à cause de la chute de température le long du réseau. L'absence de stockage à court terme par réservoirs d'eau entraine une faible fraction solaire la première année pour CS1T. En effet, le niveau de température du BTES n'est pas suffisamment élevé pour fournir de l'énergie au réseau urbain. La mise en place de puits géothermiques à double tube en U pour CS1T a permis d'obtenir une meilleure efficacité du BTES : elle varie de 13 % à 62 % les cinq premières années contre une variation de 9 % à 41 % pour DLSC. Finalement, une analyse des coûts montre qu'une économie d'environ 1 M$\$$ pourrait être réalisée en adoptant la configuration CS1T plutôt que la configuration DLSC, pour un coût total du projet DLSC estimé à 3.4 M$\$$.