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En dehors de période de chauffage, le surplus d’énergie solaire, qu’il soit thermique (ou éventuellement photovoltaïque), peut ainsi être valorisé sous forme de stockage de chaleur.
En France, les solutions de stockage intersaisonnier sont encore très peu appliquées car elles ne sont pas assez connues du grand public et ne bénéficient pas d’un cadre réglementaire adapté. De plus, le niveau d’urbanisation et le type de sol sont déterminants pour la faisabilité du projet.
Les différentes formes de stockage intersaisonnier
On distingue deux grandes catégories de stockage ; les types de stockages souterrains (UTES : Underground Thermal Energy Storage) et les types de stockage en surface.
Le stockage intersaisonnier en aquifère (ATES : Aquifer Thermal Energy Storage) : la chaleur est conservée en chauffant de l’eau dans un aquifère à faible profondeur. La chaleur est puisée à l’aide de sonde géothermiques, ce qui en fait une solution facilement applicable en zone urbaine car elle nécessite peu d’espace en surface pour le captage. Une pompe à chaleur assure ensuite le complément de calories nécessaires pour atteindre la température de consigne de chauffage. Pour assurer la durée de vie du système et éviter de polluer les eaux souterraines, une bonne connaissance du sous-sol est indispensable en amont du projet.
Le stockage intersaisonnier sur champs de sondes (BTES : Borehole thermal energy storage) : Un grand nombre de sondes géothermiques (parfois plusieurs centaines) descendent jusqu’à 300 mètres de profondeur pour extraire la chaleur ou la fraicheur du sous-sol grâce à un fluide caloporteur. Couplé à une installation solaire thermique, ce type de captage fonctionne à haute température. Le stockage de type BTES est particulièrement adapté pour alimenter un réseau de chaleur pour assurer les besoins en eau chaude et en chauffage de quelques dizaines de maisons. A noter que à volume égal, la roche permet de stocker 3 à 4 fois moins de chaleur que l’eau.
Le CTES : Cavern thermal Energy storage : il s’agit d’ennoyer d’anciens réseaux souterrains pour le stockage de chaleur : mines ou anciens réservoirs de pétrole par exemple. Cette solution présente l’intérêt d’utiliser un réservoir déjà existant, ce qui permet de réduire les coûts liés à la mise en œuvre. En France, le site du puits Yvon Morandat à Gardanne (PACA), ou encore la mine de Saint Maximin dans l’Oise, font l’objet d’études.
- Les piliers énergétiques : Des sondes géothermiques, comme pour les BTES, sont intégrées dans les piliers en béton du bâtiment dès la construction.
Les solutions de stockage en surface quant à elles, permettent de stocker 60 à 80 kWh par m3. On dénombre deux sortes de stockage de ce type :
- Le stockage en fosse (PTES : Pit thermal Energy storage), en puits : une grande fosse est creusée puis remplie d’eau et/ou de graviers pour être chauffée par des capteurs solaires thermiques et/ou photovoltaïque (valorisation du surplus estival).
- Le stockage en réservoir (TTES : Tank Thermal Energy Storage ou Large-Scale Water Storages) : similaire à la solution précédente mais avec une meilleure isolation car le réservoir est situé sous terre. Cette solution est plus appropriée en milieu urbain car le niveau d’isolation du réservoir étant meilleur, il peut être moins volumineux. Ce type de stockage peut permettre aussi d’améliorer le rendement d’une installation solaire individuelle : ce process a été testé en Irlande, un réservoir de 23 m2 permet de chauffer une habitation de 150 m2 : https://www.scanhome.ie/research/solarseasonal.php
Source: From Bott, C., Dressel, I. & Bayer, P. (2019). State-of-technology review of water-based closed seasonal thermal energy storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews
Exemples, recherche et développement, perspectives…
A Okotoks, au Canada, le solaire thermique couvre près de la totalité de besoin en eau chaude et en chauffage des 52 habitations de la Communauté solaire de Drake Landing, grâce au stockage en réservoirs. Le site https://www.dlsc.ca/ est consacré à cette « communauté solaire ».Code court
Quartier solaire de Drake Landing-https://www.dlsc.ca/
BTES en construction à Okotoks-https://www.dlsc.ca/
Schéma du stockage solaire saisonnier et du réseau de chaleur de la Communauté solaire de Drake Landing - https://defienergie.blogspot.comAu Pays-Bas, les sous-sols sont particulièrement adaptés à l’installation des solutions type ATES, et le gouvernement soutien activement cette solution technique qui est devenue courante.
Les projets de recherche européen E-Use(aq) et Heatstore ont permis de faire la démonstration de douze installations en Europe. Parmi eux, le projet de Chémery en France, Centre Val de Loire, qui permet de chauffer des locaux de la société Storengy en utilisant la technique du champs de sondes (BTES) : 265 m2 de panneaux solaires thermiques associés aux sondes géothermiques permettent de stocker 135 MWh par an.
A Cadaujac en Gironde, ce sont 950 m2 de panneaux solaires thermiques qui alimentent un réseau de 60 forages à une température de 80-90°C. Une pompe à chaleur apporte le complément nécessaire pour la production de chauffage et d’eau chaude sanitaire, le couplage avec les panneaux solaires permet d’atteindre un excellent Coefficient de Performance de la pompe à chaleur (COP=7). Pour l’écoquartier « Domaine du Moulin » (67 logements) situé à proximité, c’est 80% des besoins en chauffage et en eau chaude qui sont assurés par ce système de type BTES.
Le projet Sunstone a pour vocation de développer un outil de pilotage des réseaux de chaleur, notamment pour la gestion du stockage intersaisonnier de la chaleur produite avec l’énergie solaire.