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Using lakes and rivers for extraction and disposal of heat: Estimate of regional potentials

Résumé

There is increasing interest in using waterbodies as renewable energy sources to heat and cool buildings and infrastructure. Here, we estimate the potentials for heat extraction and disposal for the main lakes and rivers of Switzerland based on acceptable temperature changes in the waterbodies, and compare them to regional demands. In most cases, the potentials considerably exceed the demand, and minor impacts on the thermal regime of the waterbodies are expected. There are, however, critical situations: rivers crossing densely-populated areas, where demand often exceeds the potential, and heat disposal in summer into lowland rivers and shallow lakes, where temperatures may exceed ecological criteria. To assess the impacts of a realistic thermal use, we model the temperature effects in two lakes: Upper Lake Constance, a large lake with relatively low population density, and Lower Lake Zurich, a smaller lake with high regional demand. The estimated mean temperature alterations are −0.05 to +0.02 °C for Lake Constance, and −0.60 to +0.22 °C for Lake Zurich. Based on the model results, we discuss the effects of operating parameters on the efficiency and impacts of thermal use. Our analysis demonstrates that waterbodies provide real alternatives for heat/cold production in many regions of the world.

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Lac
vignette|Le lac de Vaivre à Vesoul (Haute-Saône). vignette|Lac dans le parc national de Sequoia (États-Unis). vignette|Lac nahuel Huapi en Bariloche (Argentine). vignette|Le lac Hiidenvesi en Lohja (Finlande). vignette|Lac artificiel Tcharvak en Ouzbékistan. vignette|Le Grand Lac Salé (Utah). vignette|Le lac Gentau, dans les Pyrénées béarnaises, occupe un ombilic glaciaire. vignette|Le lac Michigan, l'un des cinq Grands Lacs d'Amérique du Nord borde la ville de Chicago (États-Unis).
Chaleur de récupération
La chaleur de récupération, ou chaleur fatale, est l'énergie thermique émise par un procédé dont elle n'est pas la finalité. Son exploitation demande le développement d'une technologie complémentaire. Il s'agit généralement d'améliorer à la fois l'efficacité énergétique et l'impact environnemental d'un système produisant, de manière annexe, de la chaleur. La chaleur de récupération, ou chaleur fatale, est la (définition retenue en France par la Programmation pluriannuelle de l'énergie).
Pompe à chaleur
Une pompe à chaleur (PAC), aussi appelée thermopompe en français canadien, est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique (anciennement « calories ») d'un milieu à basse température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d'inverser le sens naturel du transfert spontané de l'énergie thermique. Selon le sens de fonctionnement du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut être considérée comme un système de chauffage, si l'on souhaite augmenter la température de la source chaude, ou de réfrigération, si l'on souhaite abaisser la température de la source froide.
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