Centrales d’énergie d’eau de lac à Lucerne et Horw

ewl energie wasser luzern alimente depuis 2019 sa clientèle en énergie thermique et frigorifique d’une puissance de 125,2 gigawatts-heures. On souhaite augmenter considérablement la part de l’eau du lac pour assurer une exploitation écologique de l’énergie. A cet effet, ewl a investi dans une modernisation complète et dans un nouveau bâtiment de ses centrales d’énergie.

Dans deux des projets exécutés jusqu’ici, Hälg & Cie SA Lucerne – Ebikon a reçu l’ordre de mettre en place les installations de production de chaleur et de froid. Deux projets d’envergure similaire, mais dont la planification et l’installation sont complètement différentes.

Modernisation et transformation de la centrale d’énergie Inseliquai à Lucerne

La centrale d’énergie Inseliquai de Lucerne existe depuis environ 35 ans. Elle a vu le jour après la crise pétrolière, lorsque les CFF et la Poste décidèrent que les énergies fossiles ne devaient plus être la source exclusive de production de chaleur. Entre 2019 et 2020, on a complètement assaini les vieilles pompes à chaleur pour l’eau du lac. La rénovation a porté sur les installations de production de chaleur et de froid ainsi que sur les équipements de distribution existants pour le chauffage et le refroidissement urbains. Par ailleurs, des installations de distribution supplémentaires pour le chauffage et le refroidissement urbains ont vu le jour pour les clients de la région de Rösslimatt, sans oublier un réseau d’anergie pour les régions de Tribschen, Kleinstadt et Haldenstrasse.

Hälg & Cie SA Ebikon a réalisé les raccords pour quatre pompes à chaleur et trois chaudières à gaz dans la centrale d’énergie Inseliquai, et ce, sans interruption de l’approvisionnement existant en froid et en chaleur.

On a mis en place sept nouveaux circuits d’eau dissociés hydrauliquement dans la centrale: pour l’anergie, pour le refroidissement urbain, pour le chauffage urbain et pour le circuit de l’eau du lac. Le captage de l’eau du lac en soi a fait l’objet d’un projet de rénovation distinct. Le nouveau captage s’effectue à 30 m sous le niveau du lac, là où la température de l’eau est comprise entre 5 et 9 °C tout au long de l’année.

Pour couvrir les pics de consommation en hiver, lorsque les besoins en énergie pour se chauffer dépassent les capacités de livraison du lac, deux nouvelles chaudières à gaz à condensation ont été installées parallèlement à la chaudière à gaz existante. Cela permet d’obtenir maintenant une puissance totale de 6 000 kW.

Nouveau bâtiment centrale d’énergie Seefeld à Horw

La nouvelle centrale d’énergie Seefeld investit, durant sa première étape de construction, des quartiers à Horw et Kriens. Lorsqu’elle sera complètement achevée, elle devrait produire environ 55 gigawatts-heures d’énergie annuellement et alimenter près de 6 800 foyers. Pendant la première étape de construction, Hälg & Cie SA Ebikon a installé deux échangeurs thermiques d’une puissance totale de 4,5 MW. Ils extraient l’énergie nécessaire à 100 % de l’eau du lac et la transfèrent à un réseau d’anergie.

L’eau transportée dans le réseau de longues conduites d’anergie, quitte la centrale d’énergie du lac toute l’année avec une température d’environ +3,5 °C. Les consommateurs peuvent ainsi exploiter l’énergie  avec de propres pompes à chaleur pour le chauffage, ou pour le refroidissement, à travers le free cooling ou des machines frigorifiques. La température de restitution varie, dépend de l’exploitation de l’énergie.

A la fin des travaux, quatre échangeurs thermiques d’une puissance totale de 9 MW seront disponibles. Pour garantir un approvisionnement en énergie sans interruption pendant la phase finale, on a réalisé les raccords nécessaires et les éléments d’arrêt pour les échangeurs de chaleur, filtres d’eau du lac, pompes à eau du lac et pompes du réseau d’anergie dès la première étape.

Les défis: la taille et le poids

Les échangeurs thermiques installés dans tous les bâtiments sont des échangeurs à plaques simples en version quelque peu agrandie. Les deux plus grands éléments ont une longueur de 4,2 m, une hauteur de 3,3 m, une largeur de 1,1 m, pèsent à vide respectivement 11,2 tonnes et se trouvent dans la centrale d’énergie Seefeld à Horw.

Chacun des échangeurs thermiques est en mesure de fournir une puissance de 1 350 à 3 600 kW, en fonction des températures de l’eau.

Les échangeurs retirent de l’eau du lac un partie de l’énergie thermique et la transfèrent à un deuxième circuit d’eau dans les deux centrales d’énergies. Dans la centrale Inseliquai, cette transmission s’effectue en plus aux circuits d’évaporateur des pompes à chaleur et machines frigorifiques. Ces unités alimentent les quartiers en eau de chauffage et en eau froide. L’eau refroidie de quelque 3 °C est de nouveau déversée dans l’écoulement du lac des Quatre-Cantons (Reuss).

Les dimensions des conduites (jusqu’à DN800) et les pressions de service exigées (jusqu’à 16 bars) exigeaient un calcul de statique de tuyau et ont constitué des défis particuliers lors de la fabrication des répartiteurs. Le transport, la manutention et le montage des conduites (jusqu’à 80 kg/m) et des raccords (jusqu’à 500 kg) auraient été impossibles sans systèmes de levage appropriés.

Chiffres clés Inseliquai

• Puissance totale des générateurs de chaleur 10 230 kW, dont:
• Quatre pompes à chaleur, total 6 430 kW
  • Pompe à chaleur anergie 1 et 2, chacune:  15/20 °C 1 465 kW, 5/2 °C 1 300 kW
  • Pompe à chaleur HT-1 et HT-2, chacune: 15/20 °C 1 500 kW, 40/60 °C 1 750 kW, 5/2 °C 1 328 kW
  • Six échangeurs à plaques, respectivement 1 350-3 600 kW
  • Un échangeur à plaques 2 400 kW pour le refroidissement en circuit fermé

• Deux chaudières à gaz, puissance totale 3 750 kW
  • Chaudière à gaz 1 80/60 °C existante 1 500 kW
  • Chaudière à gaz 2 65/40 °C (233-2 300 kW à 40/30 °C) 2 250 kW
  • Possibilité de mettre à niveau une troisième chaudière

Chiffres clés Horw

• Deux échangeurs thermiques, puissance totale 4 500 kW
• Raccords pour deux échangeurs thermiques supplémentaires de même type