Utiliser les grandes surfaces des bassins pour les toits solaires pliants

Les installations solaires sont installées près des bâtiments, des granges dans l'agriculture, sur les murs antibruit des autoroutes, sur les barrages, et même au milieu des lacs de retenue. Andreas Hügli et Gian Andri Diem se sont dit que les grandes surfaces des bassins d'eau des stations d'épuration étaient tout à fait appropriées, d'autant plus que celles-ci sont généralement construites à l'écart et que le paysage est peu sensible. Ils ne se sont pas non plus laissés arrêter lorsque les exploitants des stations d'épuration ont déclaré que l'accès aux bassins devait continuer à être garanti lors des travaux de rénovation ou d'exploitation. Hügli et Diem ont fondé en 2015 l'entreprise dhp technology AG et ont commencé à développer un toit pliant rétractable pour l'utilisation de l'énergie solaire qui convienne à ces exigences élevées. Au bout de deux ans, le premier toit solaire pliant a été réalisé sur la station d'épuration de Coire ; entre-temps, onze installations ont été livrées et 30 installations sont en cours de planification, dont cinq en Allemagne. Mais ce n'est pas tout : les surfaces de parking se prêtent également très bien à la production solaire. Un toit solaire pliant a été installé sur le parking des remontées mécaniques du Kronberg. Il alimente la mobilité électrique en électricité renouvelable et offre en outre de l'ombre aux automobilistes lors des chaudes journées d'été.

Toiture solaire pliante, une innovation suisse

Les éléments de l'installation du toit solaire pliant sont assemblés par l'entreprise susmentionnée dans sa propre production et montés dans les stations d'épuration. Les spécialistes de l'entreprise se chargent également de l'exploitation du toit solaire pliant et du contrôle permanent par monitoring numérique et peuvent ainsi garantir une exploitation sûre et optimiser en permanence la production d'électricité. Hügli et Diem sont convaincus de leur produit ; cela se traduit également par le fait qu'ils offrent une garantie de 25 ans sur les modules solaires.

Et que disent les exploitants des stations d'épuration ?

 "L'installation fonctionne sans problème, le toit solaire pliant entre et sort quand il le faut, et il couvre comme prévu 20% de notre consommation d'électricité", a déjà pu dire Curdin Hedinger de la STEP de Coire à propos de la première installation pilote. Le directeur d'exploitation Markus Wendler de la STEP de Davos le confirme également, car dans les montagnes, il est possible de produire plus d'électricité solaire qu'en plaine, surtout en hiver, lorsque les besoins en électricité sont importants : "Même en cas de chutes de neige, le toit pliant reste protégé grâce au mécanisme de rentrée commandé par les conditions météorologiques et peut ensuite fournir à nouveau de l'électricité dès les premiers rayons du soleil". Les exploitants des stations d'épuration apprécient tout particulièrement le fait que, lors des journées chaudes qui sont de plus en plus fréquentes, le personnel soit protégé de la chaleur sous le toit solaire pliant et que l'épuration des eaux usées soit améliorée, car la croissance des algues dans les bassins de décantation secondaire diminue grâce à l'ombre.

Exemple concret de la STEP de Bassersdorf

Les responsables de la STEP de Bassersdorf ont fait étudier les possibilités de l'énergie solaire par la spécialiste Simone Bützer du bureau d'ingénieurs Hunziker Betatech AG 2019. Les études ont montré qu'il était possible de produire 261'000 kWh/a d'électricité avec le toit solaire pliant au-dessus des bassins de la biologie, de la décantation primaire et de la décantation secondaire, 61'000 kWh/a sur les toits des divers bâtiments, parfois petits, ainsi que 23'000 kWh/a sur la clôture. En utilisant toutes les surfaces possibles, on obtient une production totale d'électricité de 345'000 kWh/a, ce qui correspond à 33% des besoins totaux en électricité de la STEP, y compris la consommation supplémentaire considérable d'électricité pour l'élimination des micropolluants (EMV). Dans un deuxième temps, une présélection a été effectuée sur la base d'une analyse de rentabilité. Pour une installation photovoltaïque (PV) sur le plus grand toit des divers bâtiments, le bâtiment d'exploitation, les coûts de revient (hypothèse : 25-30 ans, 0-2% d'intérêts, frais d'exploitation inclus et prise en compte des subventions actuelles) ont été calculés entre 13 et 15 centimes/kWh et pour le toit solaire pliant (sans bassin de décantation primaire) entre 15 et 17 centimes/kWh. Cela permet d'utiliser environ trois quarts du potentiel solaire total, de produire 250 000 kWh/a d'électricité renouvelable par an et de couvrir 23% des besoins totaux en électricité de la STEP (voir graphique 1 ci-dessous).

Il était en outre intéressant de constater lors des investigations que les coûts de revient avaient déjà baissé au cours des quatre dernières années d'environ 15% pour les PV et même d'environ 40% pour le toit solaire pliant. En effet, lors de la première étude réalisée en 2015 avec une structure métallique massive au-dessus des bassins, les coûts d'amortissement s'élevaient encore à 26 à 30 centimes/kWh. On peut supposer que cette tendance à la baisse des coûts se poursuivra, même si elle est ralentie. De plus, une conception ouest-est permet d'équilibrer la production d'électricité solaire et d'augmenter la part utilisable pour la consommation propre de la station d'épuration grâce à des outils de prévision du temps.

Coûts et rentabilité

La rentabilité des installations solaires dépend d'une part des coûts d'investissement et d'exploitation. Dans le cas du toit solaire pliant, la taille de l'installation et le sous-sol jouent un rôle important pour assurer une statique sûre de la construction métallique relativement légère. D'autre part, les économies financières réalisées grâce à la production d'électricité dépendent fortement de la part utilisable pour les propres besoins en électricité, des prix d'achat de l'électricité ou des tarifs de rachat, qui sont encore souvent bas aujourd'hui. A cet égard, il ne suffit pas de considérer uniquement les prix actuels de l'électricité.

Il faut tenir compte du fait que les prix de l'électricité devraient augmenter au cours des 25 à 30 prochaines années. Et il ne faut pas oublier les diverses possibilités d'encouragement (entre autres par le canton concerné, www.pronovo.ch). Outre les aspects financiers, il convient de prendre en compte l'ensemble des avantages, car les pouvoirs publics ont une fonction d'exemple, le personnel profite de l'ombre ainsi que de la protection contre les intempéries et l'exploitation de la station d'épuration bénéficie d'une moindre croissance des algues.

Potentiels en Suisse

En tenant compte des besoins pour l'élimination des micropolluants, les stations d'épuration en Suisse consomment environ 500 millions de kWh d'électricité par an et font partie des plus gros consommateurs d'électricité communaux. Environ 20% de cette quantité est couverte par la production propre d'électricité au moyen de centrales de cogénération avec du gaz d'épuration. En augmentant la quantité de gaz d'épuration et en améliorant le rendement des centrales de cogénération, il est possible d'augmenter encore cette part et, d'autre part, de réduire encore l'achat de courant externe, qui doit être payé, grâce à des mesures d'économie d'électricité. Une première extrapolation grossière d'InfraWatt a montré qu'avec le toit solaire pliant au-dessus des bassins et le PV sur les toits des bâtiments, les stations d'épuration pourraient produire encore environ 110 millions de kWh/a d'électricité (voir graphique 2). La mise en œuvre des potentiels solaires correspondrait à elle seule à la consommation d'électricité de tous les bâtiments administratifs communaux de Suisse et permettrait aux stations d'épuration d'économiser 550 millions de francs au cours des 25 prochaines années si les prix de l'électricité atteignaient 20 centimes/kWh. Cela vaut également la peine d'investir dans des mesures énergétiques.

Conclusion

Pour les stations d'épuration de plus de 10'000 à 20'000 équivalents-habitants, il vaut la peine d'examiner l'option du toit solaire pliant. Une installation photovoltaïque sur ou à proximité des bâtiments est déjà rentable pour les petites stations d'épuration. Les technologies ont fait leurs preuves dans la pratique et peuvent être économiquement intéressantes. Une étude récemment publiée par le canton de Schaffhouse conclut (www.sh.ch), que les installations d'infrastructure pourraient être davantage utilisées pour l'énergie solaire, des projets concrets pouvant être réalisés rapidement et à moindre coût avec le toit solaire pliant, en particulier pour les parkings et les stations d'épuration.

Auteur

Ernst A. Müller, InfraWatt, association pour l'exploitation énergétique des eaux usées, des déchets, de la chaleur résiduelle et de l'eau potable.