De l'énergie à partir des eaux usées :
Comment fonctionne la station d'épuration autosuffisante en énergie ?
Épisode 9
La station d'épuration autosuffisante en énergie d'Aarhus
La station d’épuration de demain, autonome en énergie, existe déjà aujourd’hui. Elle se trouve à Aarhus, au Danemark, et inspire la gestion de l’eau dans le monde entier. La commune danoise exploite la station d’épuration, désormais neutre en CO2, et économise ainsi beaucoup d’énergie. En effet, la gestion de l’eau et des eaux usées représente normalement 30 à 50 % de la consommation d’électricité des municipalités en Europe. Il y a là un grand potentiel d’amélioration – en Europe et dans le monde.
M. Claus Homann est responsable de la gestion des eaux usées à Aarhus et est fier de son équipe. Avec Mads Warming de Danfoss Drives, ils ont accompli beaucoup de choses au cours des dix dernières années et ont transformé l’installation existante en l’une des installations de traitement des eaux usées les plus modernes au monde. Pourtant, avant sa transformation, la station n’était pas très différente des autres stations d’épuration existantes. Cela donne de l’assurance à de nombreux autres opérateurs ! Comment préparer une installation existante à un avenir vert ? Comment les deux experts y sont parvenus et pourquoi ld’autres installations peuvent également en profiter, c’est ce qu’ils révèlent dans cet épisode de Torque – The Drive Podcast
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Comment ont-ils fait ? Entretien avec Claus Homann et Mads Warming
Claus Homann: je pense que nous sommes un bon exemple, car d’un côté nous économisons beaucoup d’énergie et en même temps nous en produisons en tant que station d’épuration. Et c’est fantastique.
Quelles sont les différences avec les installations existantes en Europe ? Qu’est-ce qu’Aarhus a fait de différent ?
Claus Homann: l’installation elle-même n’est pas très différente des autres stations d’épuration existantes. Ce sont plutôt les personnes qui y travaillent chaque jour et qui ont intériorisé l’objectif d’économiser de l’énergie et du CO2. Dès les années 90, nous avons réfléchi à la manière d’économiser l’énergie, puis nous nous sommes mis à la recherche de technologies.
Aarhus est-elle unique ?
Mads Warming : Il y a quelques autres installations dans le monde qui fonctionnent de la même manière qu’Aarhus et qui poursuivent le même objectif. Mais il est également important de comprendre que, contrairement à ces installations, l’énergie à Aarhus n’est produite qu’avec des eaux usées ménagères – et non avec des déchets supplémentaires provenant par exemple de l’industrie alimentaire ou de panneaux solaires ou d’éoliennes. C’est la caractéristique unique d’Aarhus. Et c’est pourquoi l’exemple est si bon pour d’autres entreprises de traitement des eaux usées, car l’effort est gérable.
Qu'est-ce qui a été optimisé sur le plan technique ?
Claus Homann : Nous avons élargi l’état d’esprit des gens, développé une vision avec eux et créé un système d’incitation. Vous pouvez investir dans les nouvelles technologies. C’est une question de motivation. Nous avons également envoyé les collègues dans d’autres installations, ils devaient apprendre et développer des idées.
Le plus important, c’est l’automatisation. Nous travaillons depuis des années avec des systèmes d’automatisation et SCADA, ce qui nous a permis d’injecter nos connaissances, nos données dans les systèmes – 24 heures sur 24, 365 jours par an. C’est important pour atteindre nos objectifs. Et bien sûr, nous avons des variateurs de fréquence sur presque toutes les pompes. En outre, nous utilisons de l’Anammox, nous avons optimisé l’aération et renouvelé les unités de drainage. Ces investissements ont été rentabilisés au bout de quatre ans et demi.
C'est tout - quelques variateurs de fréquence et ça marche ?
Mads Warming : Je voudrais mettre l’accent sur l’automatisation, que nous appelons souvent aujourd’hui numérisation. Les capteurs de l’installation sont importants, car ils font fonctionner la station d’épuration pendant la nuit. Et de nombreux clients nous le confirment, car les progrès réalisés ces dernières années reposent à 70% sur l’automatisation ou la numérisation des processus.
Que se cache-t-il derrière ces 70% de progrès grâce à la numérisation ?
Mads Warming : Pour moi, numérique signifie données et informations provenant de nombreux capteurs, plus que ce que l’on installe habituellement. L’utilisateur doit utiliser ces données pour plus de choses que par le passé. C’est exactement ce que font Claus et ses collègues. Ils disposent de nombreux signaux de capteurs et savent beaucoup mieux ce qui se passe dans l’installation à un moment donné. Les capteurs et la commande sont les clés du succès.
Combien de nouveaux capteurs avez-vous dans l’installation ?
Claus Homann : Nous en avons beaucoup et nous achetons tout ce qui peut nous aider à traiter les eaux usées, à économiser et à produire de l’énergie. L’utilisateur doit être prêt à investir dans les capteurs, car certains d’entre eux sont assez chers. Il y avait beaucoup d’incertitude lorsqu’il s’agissait de confier le contrôle de l’installation à l’ordinateur. C’est pourquoi nous misons sur un système à trois niveaux. Le point de départ est constitué par les paramètres standard des eaux usées, puis les utilisateurs peuvent conduire les installations à un niveau qualitatif supérieur grâce à un jumeau numérique. Et comme nous revenons toujours aux paramètres standard des eaux usées, les opérateurs sont à l’aise pour tester de nouveaux processus.
Cela signifie que les collègues conduisent d'abord les modifications de processus avec le jumeau numérique de l'installation ?
Mads Warming : Claus pourra certainement mieux l’expliquer, mais je voudrais ajouter quelque chose : ils contrôlent et gèrent la tâche principale de purification de l’eau. Mais la capacité de savoir quel est le taux d’ammonium change encore une fois le fonctionnement. Les utilisateurs peuvent ainsi conduire le processus avec plus d’informations. Vous pouvez par exemple augmenter légèrement la proportion d’ammonium pour économiser de l’énergie – en fonction du prix actuel de l’électricité ou en fonction des paiements de l’État si la proportion d’ammonium est réduite. Vous pouvez jouer avec les paramètres et vous adapter aux facteurs externes.
Vous chantez les louanges de la technologie des capteurs, mais Danfoss ne vend pas de capteurs.
Mads Warming : Sans les variateurs de fréquence, Claus ne pourrait peut-être économiser qu’un tiers de ce que lui et son équipe sont en train de mettre en œuvre. Les stations d’épuration sont gérées différemment des usines chimiques par exemple : elles ont un pic de matière le matin, puis à nouveau l’après-midi et seulement 10 ou 20 pour cent de matière la nuit. Malgré cela, les exploitants doivent faire fonctionner l’installation 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Plus il y a de capteurs installés, plus ils savent quelle est la charge du moment et peuvent adapter les installations en conséquence.
Qu’en est-il des 30 % restants ? Quelle est l’importance des pompes, etc. pour une meilleure efficacité ?
Claus Homann : Les pompes, etc. sont importantes. Mais une pompe efficace n’aide pas. Nous nous focalisons trop souvent sur des appareils individuels plus efficaces sur le plan énergétique. Il s’agit toutefois d’améliorer les processus existants et pas seulement de remplacer ponctuellement certains appareils. La vision globale reste déterminante.
Une approche holistique donc ?
Mads Warming : Oui absolument, nous devons examiner toute l’installation jusqu’à l’ammonium. Je suis entièrement d’accord avec Claus. Il s’agit de travailler sur la culture d’entreprise – avec les personnes travaillant dans les stations d’épuration. Nous devons avoir les opérateurs à bord, sinon nous n’atteindrons pas nos objectifs. Ce qui est gênant, c’est que les initiatives législatives de Bruxelles en matière d’efficacité énergétique ne prennent que rarement en compte le système. Jusqu’à présent, il ne s’agit par exemple que des moteurs. C’est acceptable, mais, en forçant un peu, cela ne permet de gagner qu’un pour cent d’efficacité. Nous parlons aujourd’hui avec Claus de 70 à 80%.
Quel est le potentiel d'économies au niveau mondial ?
Mads Warming : Nous travaillons depuis quelques années avec l’Agence internationale de l’énergie. Celle-ci publie une fois par an un gros livre de 700 pages qui explique d’où vient l’énergie et qui la consomme. Et les auteurs présentent également des potentiels d’économie. Le traitement de l’eau et des eaux usées représente 3,5 % de la consommation totale d’électricité en Europe. Au niveau mondial, c’est 4 %. C’est l’équivalent de la consommation d’électricité de la Russie.
Si tout le monde imitait Claus, cela aurait un grand impact. D’ici 2030, 60 pour cent des eaux usées dans le monde devraient être traitées. Cela signifie qu’il faudra construire quelques nouvelles stations d’épuration. Ce chiffre a inquiété l’Agence internationale de l’énergie, car il s’accompagne d’une augmentation de la consommation d’énergie. Nous avons invité les responsables à Aarhus et avons pu les convaincre que les deux objectifs pouvaient être atteints – économie d’énergie et eau propre pour l’environnement et les personnes.
Et encore une fois, nous ne devons pas fermer les installations existantes. À Aarhus, le retour sur investissement est de 4,5 ans. Le prix de l’électricité est encore plus élevé en Allemagne, c’est pourquoi l’investissement y est encore plus rapidement rentable. Ce n’est pas seulement écologique, c’est aussi économiquement viable.
