Hervé LESUEUR, BRGM

Projet GEOSTOCALAppel à projets Stock‐E‐2007

Le projet GEOSTOCALGEO‐STOckage de ChALeur :

opportunités, optimisation et faisabilité du stockage inter‐saisonnier de chaleur perdue en aquifère profond 

Partenaires Organismes de recherche :BRGM (Coordinateur), IFPEN, Armines–Mines ParisTech, EIVP, LGUEH (Université Paris Est Marne‐la‐Vallée)

Partenaires Entreprises : CPCU, CFG ServiceDate de début du projet : décembre 2007Date de fin du projet : mai 2011Budget total : 1 686 k€ (dont 1 494 k€ éligible)  Aide accordée : 800 k€Labellisation par un ou des pôle(s) de compétitivité :

VMD (Ville et Mobilité Durables devenu Advancity)

Stockage géothermique : contexte et enjeuxTrois conditions nécessaires réunies à Ivry‐sur‐Seine1. Une source de chaleur excédentaire en période estivale :

Usine d’incinération raccordée au réseau de vapeur CPCU2. Des niveaux géologiques permettant le stockage :

Aquifère du DOGGER (1 500 m de profondeur)3. Une demande hivernale pour la chaleur déstockée :

Secteur urbain en rénovation + réseaux de chaleur=> Focalisation sur le cas d’étude d’Ivry/Seine car existent les 

connaissances de base (investigations impossibles)

Aquifère profond

Source de chaleur Réseau urbain

GEOSTOCAL : Objectifs et Positionnement

Faisabilité scientifique, environnementale et technico‐économique, de l’utilisation des aquifères profonds pour :• stocker de la chaleur en période estivale (vue de gauche)• déstocker l’énergie en période hivernale (vue de droite)Puissance thermique typiques 10 MW (40‐50 GWh par saison)

1.5 km

GEOSTOCAL : Défis scientifiques et technologiquesEcarter les points bloquants (études sur data)1. Comportement du réservoir géologique ?

Dogger OK : débits (300m³/h) et température (95°C)2. Géochimie sur le long terme (interactions eau/roches) ?

Pas de risque ‘violent’ => suivi des cycles d’exploitation3. Complétions réversibles (débit jusqu’à 400m³/h) ?

Pas en catalogue mais plusieurs possibilités4. Maîtrise de la demande de chaleur ?

Secteur urbain en rénovation sera compatible GTH5. Disponibilité d’une source estivale excédentaire ?

Implantation possible proche d’un feeder vapeuret validation long terme de la source

6. Paramètres clés d’un pré‐dimensionnement optimal ?Modélisations technico‐économiques et environnementales

GEOSTOCAL : Résultats 1/6 – les voies possibles   Température de l'eau géothermale

Puissances identiques du réservoir géothermique

Débit d'eau géothermale

Géothermieconventionnelle

TempératureDépart Réseau

TempératureRetour Réseau

Températuredu Réservoir

Géothermie+ ATES

Températurede Réinjection

Températurede Production

Température de l'eau géothermalePuissances identiques du réservoir géothermique

Débit d'eau géothermale

Géothermieconventionnelle

TempératureDépart Réseau

TempératureRetour Réseau

Températuredu Réservoir

Géothermie+ PACTempérature

de Réinjection

Température de l'eau géothermalePuissances identiques du réservoir géothermique

Débit d'eau géothermale

Géothermieconventionnelle

TempératureDépart Réseau

TempératureRetour Réseau

Géothermie+ ATES+ PAC

Températurede Production

Températuredu Réservoir

Températurede Réinjection

ATES : Aquifer Thermal Energy StorageATES : Aquifer Thermal Energy Storage

GEOSTOCAL : Résultats 2/6 – Modèle uniqueLivrable final du projet : un modèle unique couplant Demande + Comportements + Economie + Environnement

Expression de la demande de chaleur (fonction de Text)Simulation du secteur et de sa rénovation (à 20ans) Plusieurs scénarii techniques et d’exploitationSans GTH, GTH conventionnelle, plusieurs techniques de stockage …Interférences, Percée et Décroissance thermiqueOptimisation de l’architecture des ouvrages (+repli possible)Modélisation hydro‐thermique des réservoirs géologiquesAbaques fonction du cycle annuel et de la masse d’eau pompéeInvestissements (estimations)Paramétrage des ouvrages souterrains + réseau fixéMode d’exploitation largement paramétrable :Période de stockage/déstockage, stratégie d’optimisation, …Charges de fonctionnement estimées à 30 ansSimulation de la valeur de la vapeur fonction de la période de l’annéePerformance environnementale pour chaque pas de tempsContenu en EnR dans le réseau, Energies évitées, …

Le tout travaillé pour être implémenté dans le tableur EXCEL

GEOSTOCAL : Résultats 3/6 – ScénarisationScénarisation : Satisfaire (toute) la demande du réseau1. Scénario sans géothermie (vapeur du réseau CPCU)

Réseau BT (compatible GTH) + Réseau MT (90°C‐70°C)2. Scénario géothermique de référence (sans stockage)

Doublet géothermique (65°C – 40°C) + appoint vapeur3. Scénario de stockage en doublet équilibré (connu)

La même eau déstockée en hiver que stockée l’été4. Scénario de stockage en triplet équilibré (nouveau)

Un seul puits réversible + rendement du stockage 5. Scénario de stockage en doublet optimisé (innovant)

Deux puits réversibles + composant GTH classique6. Scénario de stockage en triplet optimisé (innovant)

Un seul puits réversible + GTH classique + disponibilité7. Scénario de cumul de doublets (si demande forte)

Le tout au pas de temps hebdomadaire (pb des weekends)

45

50

55

60

65

0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400

(°C)

Masse d'eau éstockée en tonnes (milliers)

GEOSTOCAL - Température de déstockage au puits froidfonction des cycles inter-saisonnier - Cas du doublet optimisé

cycle n°1

cycle n°2

cycle n°3

cycle n°4

cycle n°5

cycle n°7

cycle n°10

cycle n°15

cycle n°20

cycle n°30

65

70

75

80

85

90

0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400

(°C)

Masse d'eau déstockée en tonnes (milliers)

GEOSTOCAL - Température de déstockage au puits chaudfonction des cycles inter-saisonniers- Cas du doublet optimisé

cycle n°30

cycle n°20

cycle n°15

cycle n°10

cycle n°7

cycle n°5

cycle n°4

cycle n°3

cycle n°2

cycle n°1

GEOSTOCAL : Résultats 4/6 – Déstockages

EtéEté

HiverHiver

GEOSTOCAL : Résultats 5/6 – Energies

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

80 000

90 000

100 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

MWh

Saison

GEOSTOCAL : Energies géothermales livrées au réseau de chaleur BTComparaison des principales  solutions de stockage dans l'aquifère du Dogger

Demande totaledu réseau BT

Tripletoptimisé

Tripletéquilibré

Doubletoptimisé

Doubletéquilibré

‐10 000

‐5 000

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 000

45 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

MWh

Saison

GEOSTOCAL :  Vapeur économisée vis‐à‐vis d'une solution sans géothermie

Doubletconventionnel

Tripletoptimisé

Tripletéquilibré

Doubletoptimisé

Doubletéquilibré

Vapeur surtout économisée l’hiverVapeur surtout 

économisée l’hiver

Stockages géologiquesStockages géologiques

GEOSTOCAL : Résultats 6/6 – Indicateurs 

Stockages géologiquesStockages géologiques

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

4 000 000

5 000 000

6 000 000

7 000 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

€HT/an

Saison

GEOSTOCAL : Estimation des dépenses énergétiques (vapeur + électricité)Sansgéothermie

Doubletconventionnel

Doubletéquilibré

Doubletoptimisé

Quadrupletéquilibré

Tripletéquilibré

Tripletoptimisé

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Saison

GEOSTOCAL : Taux d'EnR dans le départ réseau(avec prise en considération de l'électricité de pompage de l'eau géothermale)

Doubletoptimisé

Doubletéquilibré

Tripletoptimisé

Tripletéquilibré

Doubletconventionnel

Géothermie(dont stockages)Géothermie

(dont stockages)

GEOSTOCAL : Principales conclusionsProjets mené à terme sans difficulté majeure

1. Faisabilités démontrées pour plusieurs scénarii, tous avec une option de repli vers une géothermie classique

2. Approche technico‐économique revisitée ;y compris pour la géothermie conventionnelle

3. Plusieurs innovations proposées :– Complétions réversibles (inversion de sens de pompage)– Méthode pour exploiter les résultats des modèles de réservoir– Au moins deux techniques pour significativement optimiser les 

bilans d’exploitation– Au moins une proposition pour minimiser les éventuels risques 

géochimiques liés aux interactions eau/roches

4. Une réalisation GEOSTOCAL réelle est en gestation …

GEOSTOCAL : perspective – AMI Stockage 

Verticale du stock froid constitué dans l’aquifère du Dogger jusqu’à la fermeture de l’ancien doublet 

géothermique en 1994

Verticale de la ressource géothermique du Dogger 

exploitée par l’ancien doublet géothermique fermé en 1994

Localisation des têtes de puits (forages inclinés) de l’ancien

doublet géothermiqued’Ivry‐sur‐Seine

Localisation del’UIOM du SYCTOM