Valorisation énergétique des effluents de station d’épuration par cycle ORC

Luca Zanatta1,⋆^{1,\star}, Fabien Delaleux1^{1}, Jean-Félix Durastanti1^{1}
⋆^{\star} : luca.zanatta@u-pec.fr
1^{1} CERTES, Université Paris Est Créteil
Mots clés : valorisation énergétique, cycle ORC, transfert thermique
Résumé :

Ce travail est le fruit d’une collaboration entre le laboratoire CERTES et le SIARCE (syndicat des eaux ayant en charge les réseaux d’assainissement et des stations d’épuration en Essonne). Il s’inscrit dans le cadre d’un projet de Schéma Directeur Syndical des Energies Renouvelables et Ressources Réutilisables, qui permet de fixer les objectifs et les moyens de mise en œuvre de projets relatifs aux énergies renouvelables et à la récupération d’énergie.

L’objectif est d’évaluer le potentiel de production d’électricité à partir d’un cycle de Rankine organique (ORC) en utilisant des concentrateurs solaires de type miroirs de Fresnel comme source chaude et les effluents en sortie de station d’épuration comme source froide. Cette étude est réalisée sur la station d’épuration (STEP) de Lardy-Janville, d’une taille de 12 680 Equivalents Habitants (EH) et traitant une charge hydraulique de l’ordre de 2 370 /j.

Une étude préalable a été effectuée afin d’identifier et de quantifier les ressources valorisables sur ce site. Il a été notamment montré que le débit et la température des effluents oscillent entre 60 /h et 80 /h, et 10 ∘^{\circ}C et 20 ∘^{\circ}C respectivement au cours de l’année. Ces résultats favorisent l’idée d’utiliser les effluents comme source froide d’un cycle thermodynamique. La principale problématique concernant cette ressource est qu’elle doit respecter une réglementation stricte pour son rejet dans le milieu naturel. Cependant, la réglementation à respecter est stricte : la température des effluents en sortie de STEP ne doit pas excéder 25 ∘^{\circ}C lors de son rejet dans le milieu naturel au risque de porter atteinte à la biodiversité du milieu récepteur.

Ce projet consiste donc à optimiser la production d’électricité d’un cycle ORC en considérant la condensation du fluide de travail comme facteur limitant. Une modélisation numérique est effectuée afin de montrer l’impact des paramètres (pression, température, débit, fluide de travail) sur le potentiel de production d’électricité. Des premiers résultats ont permis d’estimer une production d’environ 120 MWh pendant les 7 mois les plus ensoleillés, ce qui correspond approximativement à 25% de la consommation de la STEP sur la même période.

La suite du travail consiste à affiner la modélisation numérique du cycle en prenant en compte la variabilité des sources chaude et froide, puis de dimensionner et d’installer un démonstrateur sur site qui intégrera des solutions d’optimisation comme un système de stockage thermique. L’objectif est de faire la preuve du concept à l’aide de ce prototype avant d’envisager un déploiement à plus grande échelle.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-028

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