Concept énergétique stratégique pour le quartier Insel-Holligen

Le défi

À la mi-2020, Energie Wasser Bern (ewb), le distributeur bernois issu en 2002 de la fourniture municipale d’électricité, de gaz, d’eau et de chaleur à distance, s’est associé au bureau d’ingénierie et de durabilité Eicher+Pauli pour développer un nouveau concept énergétique pour le secteur Insel-Holligen de Berne. Le site se trouve à proximité de l’Aar, ce qui faisait d’un réseau thermique basse température alimenté par la nappe phréatique et/ou l’eau de rivière la question centrale de conception.

La difficulté tenait à ce que la nappe phréatique et l’eau de rivière ne peuvent pas être utilisées librement. Leur disponibilité saisonnière doit être respectée pour préserver la durabilité de la ressource, ce qui se répercute directement sur le dimensionnement du réseau et le choix des technologies complémentaires dans chaque hub. Les méthodes sur tableur pouvaient capter des morceaux du problème mais pas l’image complète à la résolution requise, et l’équipe voulait un moyen plus rapide et plus fiable de trouver le compromis optimal entre coûts et émissions.

Comment Sympheny a été utilisé

Insel-Holligen a été divisé en six secteurs, chacun modélisé comme un hub énergétique distinct. Les hubs étaient reliés par l’infrastructure existante et le réseau thermique basse température candidat. Pour chaque hub, les planificateurs énergétiques ont fourni des profils de demande de chaleur et de froid à différents niveaux de température, ainsi qu’un ensemble de technologies de fourniture énergétique candidates. Les algorithmes de Sympheny ont ensuite optimisé le système à résolution horaire, renvoyant un front de Pareto allant des solutions minimisant les coûts à celles minimisant le CO₂.

• Six hubs énergétiques reliés : chaque secteur modélisé comme un hub distinct avec ses propres profils de demande et technologies candidates, connecté via le réseau thermique basse température candidat.
• Contraintes de rivière et de nappe phréatique : a capturé les limites saisonnières du prélèvement d’eau de l’Aar et de la nappe phréatique, afin que l’optimisation respecte l’usage durable des deux ressources.
• Sensibilité sur plus de 30 scénarios : a éprouvé le système optimal face à plus de 30 scénarios futurs de prix de l’énergie et de demande pour vérifier l’économie de la solution recommandée.

Le site Insel-Holligen tel que modélisé dans Sympheny : six hubs de demande (1–6) sur le site, le Hub 9 marquant le raccordement à l’Aar pour la chaleur basse température.

Résultat

Sympheny a renvoyé un menu de solutions de fourniture optimales allant d’une conception minimisant les coûts à une conception minimisant le CO₂, toutes sur le front de Pareto, chacune étant une combinaison entièrement dimensionnée de technologies de fourniture candidates plus des raccordements au réseau thermique. Au-delà du mélange technologique, le bilan énergétique horaire de l’algorithme a fourni aux planificateurs le dimensionnement optimal et l’emplacement physique de chaque composant de conversion et de chaque liaison de réseau.

Par-dessus, une analyse de sensibilité a testé la performance économique du système optimal face à plus de 30 scénarios futurs de prix de l’énergie et de demande. Le résultat combiné, soit un menu de technologies entièrement dimensionnées plus un contrôle de robustesse sur des futurs plausibles, a permis à ewb et Eicher+Pauli de converger rapidement et en confiance vers un concept optimisé de fourniture énergétique pour Insel-Holligen.