Campus de recherche neutre en carbone d'ici 2030

Le défi

L’Empa, le Laboratoire fédéral suisse d’essai des matériaux et de recherche, s’est fixé un objectif de neutralité carbone pour son campus principal de Dübendorf d’ici 2030. Le campus est également en croissance : nouveaux bâtiments, extension du réseau moyenne température et capacité de recherche accrue grâce aux innovations internes de l’Empa et de l’Eawag dans la production d’énergie, le stockage et le traitement des eaux usées.

Le système énergétique était déjà complexe avant l’extension. Une forte demande de chaleur, de froid et d’électricité coexiste avec la production sur site, plusieurs réseaux de chaleur et des composants de stockage, et cette complexité augmente à mesure que le site se développe. L’Empa avait besoin d’une vue d’ensemble du système actuel avant de pouvoir planifier l’étape suivante. Deux questions devaient être traitées ensemble : l’exploitation actuelle est-elle déjà optimale pour le site, et comment l’extension planifiée doit-elle être configurée pour réellement atteindre l’objectif 2030 sans perdre le savoir institutionnel déjà ancré dans les données de l’équipe.

Comment Sympheny a été utilisé

Sympheny et l’Empa ont démarré par un atelier conjoint pour cadrer les conditions limites et passer en revue les données existantes, puis ont construit un seul modèle de hubs et de réseaux couvrant trois états définis : initial, actuel et planifié. Le campus a été décomposé en 12 hubs avec une résolution temporelle d’une heure, l’électricité, la chaleur à plusieurs niveaux de température et le froid étant tous représentés. Chaque état avait son propre ensemble de technologies et de réseaux : les états initial et actuel étaient étroitement contraints pour refléter ce qui est réellement installé, tandis que l’état planifié ouvrait le choix technologique à l’algorithme d’optimisation.

• Modèle de réseau multi-température : a capturé conjointement les réseaux haute température, moyenne température et froid à résolution horaire, afin que les échanges bidirectionnels MT puissent être analysés correctement.
• Comparaison à trois états : a modélisé côte à côte les états initial, actuel et planifié, de sorte que la feuille de route de neutralité carbone soit ancrée sur une exploitation historique vérifiée.
• Plan énergétique vivant : a livré le modèle directement dans le compte Sympheny de l’Empa, afin que l’équipe puisse relancer des scénarios à mesure que des conditions limites comme les prix et la demande évoluent.

Les trois états modélisés dans Sympheny : initial (22 bâtiments, 172 kWp PV, chaudières à gaz et refroidisseurs), actuel (+3 bâtiments, +274 kWp, plus CCF, pompe à chaleur et sondes géothermiques) et planifié (+3 bâtiments supplémentaires, +542 kWp).

Le campus de Dübendorf de l’Empa décomposé en 12 hubs dans le modèle Sympheny, chaque hub étant traité comme un sous-système distinct dans l’optimisation.

Résultat

La comparaison horaire des trois états modélisés montre qu’une réduction de CO₂ de 10% est atteignable dans l’état actuel par rapport à l’état initial, et une réduction supplémentaire de 25% dans l’état planifié, une feuille de route directionnelle cohérente avec l’objectif de neutralité carbone 2030. La présentation des modèles initial et actuel a également fait apparaître des inexactitudes de monitoring dans les données existantes, que l’Empa a ensuite pu corriger dans le modèle lors d’un second passage.

L’analyse du réseau moyenne température, soit les refroidisseurs à récupération de chaleur, la chaleur fatale de process issue du refroidissement haute température, les sources basse température pour la pompe à chaleur et le stockage saisonnier par sondes géothermiques, a validé l’intégration de la technologie des sondes géothermiques dans le concept futur. Elle a aussi fait apparaître des potentiels de mutualisation énergétique entre bâtiments que l’équipe n’avait pas pu voir auparavant. Le modèle de l’Empa réside désormais dans son compte Sympheny comme un « plan énergétique vivant » que l’équipe peut relancer lorsque les conditions limites changent.

Le réseau moyenne température bidirectionnel tel qu’analysé dans Sympheny, faisant apparaître des potentiels de mutualisation énergétique et validant l’intégration de la technologie des sondes géothermiques dans le concept futur.