Lille Métropole Communauté Urbaine

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1 Lille Métropole Communauté Urbaine Direction Eau et Assainissement Service Traitement des Eaux Usées Colloque ATEE du 28 mars 2007 Gilles RUYSSCHAERT Contact : gruysschaert@cudl-lille.fr 1

2 Rénovation de la filière de valorisation de biogaz de la station d épuration de Marquette-lez-Lille (59) : cogénération et production de biogaz carburant 2

3 Plan de l intervention : 1) Contexte du projet 2) Méthodologie adoptée 3) Marché industriel «cogénération» 4) Marché industriel «production de biogaz carburant» 5) Perspectives 3

4 1) Contexte du projet 4

5 Lille Métropole Communauté urbaine: Établissement Public créé par la loi de 1966, la Communauté urbaine de Lille est née en Regroupe 85 communes et 1,1 million d habitants. Une particularité : Lille, Roubaix, Tourcoing et Villeneuve d Ascq rassemblent plus de 40% de la population. Près de la moitié des communes comptent moins de 5000 habitants. Une spécialité : 17 communes sont frontalières avec la Belgique. Les axes de développement avec les voisins belges permettent de faire émerger une métropole franco-belge de près de 2 millions d habitants. Le Conseil de Communauté, sous la présidence de Pierre Mauroy, compte 170 membres issus des conseils municipaux des communes qui composent Lille Métropole. 5

6 Son intervention Elle intervient en matière d urbanisme et d aménagement par le biais de plans d aménagement, de l action foncière, de la création et l équipement de zones d aménagement concerté, de rénovation urbaine, de zones d activités... Elle prend en charge les services publics : les transports urbains, la voirie, la signalisation, les parcs de stationnement, les résidus urbains, l eau et l assainissement, le marché d intérêt national... Elle assure la gestion et le développement des équipements communautaires : le Stadium Lille Métropole, le Musée d Art Moderne, le Centre de formation horticole de Lomme. 6

7 La station d épuration de Marquette-lez-Lille construite en eh m3/j eau brute 23t/j MES 51t/j DCO 18t/j DBO5 600m3/j boues fraîches à 37g/l 200m3/j boues flottées à 47g/l site classé ICPE 7

8 Production de biogaz 2 digesteurs primaires 2*6000m3 digestion mésophile à +35 C Nm3/j biogaz brut Composition : 64.6% CH4 34.8% CO2 0.9% N2 0.3% O2 5000ppm H2S 8

9 Cogénération actuelle 2 moteurs MAN de 1969 mixte fuel - biogaz kva unitaire sans pré-traitement de biogaz consommation biogaz : Nm3/j production électrique : kwh/j soit 4 GWh/an sur 13.6 GWh/an consommés par la STEP soit 30% d autoproduction Risques : moteurs en fin de vie rendements en baisse risque sur la pérennité jusque

10 Pilote de production de biogaz carburant actuel Mise en œuvre en ère expérience européenne concepteur : Flotech Procédé de lavage à l eau => retrait du CO2, H2S et concentration en CH4 Séchage du gaz Compression à 250 bars Stockage pour 4 bus Risques : colonne de lavage corrodée stockage plus utilisable rendements en baisse risque sur la sécurité des personnes 10

11 2) Méthodologie adoptée 11

12 Projet de rénovation de la filière de valorisation de biogaz de Marquette : Prise en compte de l expérience (cogénération, production de carburant) Prise en compte des contraintes du site (fonctionnement STEP, contraintes réglementaires, accessibilité par les bus ) Cohérence vis à vis de la mise aux normes de la future STEP Volonté d amortir économiquement Volonté de déterminer le meilleur point de fonctionnement cogénération - production de biogaz carburant Etude sur revente de l énergie électrique ou autoconsommation => besoin de disposer d un Assistant Maîtrise d Ouvrage 12

13 Marché AMO sur le projet de rénovation de la filière de valorisation de biogaz de Marquette : Consultation lancée le 30/09/2004 Attribution le 26/11/2004 à CADET INTERNATIONAL Montant du marché : 205 k H.T. Quatre phases techniques : Montage de l opération, procédures d appels d offres Dossier de Demande d Autorisation d Exploiter Suivi de l exécution des deux marchés industriels cogénération et production de biogaz carburant Suivi des périodes de garantie des deux marchés 13

14 Montage de l opération : Ratio objectif d utilisation du biogaz : 90% en cogénération 10% en production de biogaz carburant pour 10 bus par jour (soit 10 * 100Nm3/j) Equipements en caissons à l extérieur Autoconsommation de l énergie électrique produite sur site plutôt que revente à EDF Production optimisée d énergie électrique et thermique : autoproduction de 45% d énergie électrique (par rapport à 30% actuellement) site quasi autosuffisant au niveau thermique (chaudières uniquement en secours) plus de combustion en torchère 14

15 Marché Méthane Carburant Marché Cogénération Besoins thermiques DG Moyenne kwh P. thermique effective kwh 0 kwh Appoint therm. Chd Stockage - Distribution méthane carburant Valorisation électrique & thermique Valorisation thermique Nb de bus Sto. 12 h 8,5 éner élec kwh e Puissance th 600 à 1800 kw Compresseur 10 / 250 bars 1 Puissance en kw 8 à 10 éner th kwh énergie th F 0 kwh Conso /bus En Nm 3 /jr 100 éner th nette kwh éner th nette 0 kwh Stockage distribution 10 Bus Moteur n 1 Bas e Moteur Option Moteur n 2 Base énergie th G 0 kwh éner th nette 0 kwh Chaudière n 1 Chaudière n 2 Ch audière n 3 Epuration gaz Préparation gaz Stock FOD Compression Moteurs Chaudières mixtes FOD / GAZ Puissance 30 à 40 kw Puissance kw Puissance 1890 kw Gaz Skid Gaz Moteurs FOD secours Chaudières énergie pci 353 kwh énergie pci kwh énergie 0 kwh Tx Ch 4 64,56 % Tx Ch 4 64,56 % Débit moy 55 Nm 3 /h Débit moy 425 nm 3 /h Débit moy 1320 Nm 3 /jr Gazomètre Gaz appoint Chaudières énergie pci kwh énergie gaz 0 kwh Tx Ch 4 64,56 % Tx Ch 4 64,56 % Débit moy 480 nm 3 /h Débit moy 0 nm 3 /h To rch ère DG1 Besoins thermiques DG Torchère DG2 Moyenne kwh énergie pci 0 kwh Max kwh Tx Ch 4 64,56 % Min 798 kwh Débi t max 0 nm 3 /h T extr kwh 15

16 3) Marché industriel «cogénération» 16

17 Marché industriel de «cogénération» : Appel d offres lancé le 20/06/2005 déclaré sans suite le 04/11/2005 Nouvel appel d offres lancé le 13/01/2006 Attribué le 02/06/2006 à DALKIA - FAUCHE Montant du marché : H.T. Durée du marché : 12 mois 17

18 Contenu du marché «cogénération» : PRESCRIPTIONS Solution de Ba se et Option CANDIDAT DALKIA-FAUCHE Solution de Base DESCRIPTION DES EQUIPEMENTS DONNEES EQUIPEMENT DONNEES EQUIPEMENT INSTALLATION DE PRE-TRAITEMENT DU BIOGAZ Capacité du pré traitement Nm3/h de biogaz 500 Nm3/h filtration Nm3/h filtration Elimination H2S /Tx moyen m g/nm3 spec m oteurs Séchage/froid 500 à 800 ppm Séc hage Elimination des siloxanes spec moteurs Compression < 25 mg/nm3 Compression Puissance installée en Kw mini comptage 29 KW comptage Pression de compression A définir supervision 200 mbar supervision Type de charge filtrante A définir C.actif /silox CENTRALE DE COGENERATION Deux moteurs à biogaz et alternateurs 2 machines 2 YB 312 GS Un moteur à biogaz et alternateur (Option) 1 machine Rendement électrique A définir centrale 0,40 centrale Rendement thermique A définir cogénération 0,45 cogénération Puissance électrique nette tout auxiliaire déduit 1035 Kw complète 1140 kwe complète Consommation biogaz 2724 Kw supervision 3300 kwh supervision Production électrique annuelle A définir ,00 Disponibilité rmoteur A définir 0,88 Hauteur cheminée moteur 9,00 m Dimensions des containers 3 x 12,2 x 3 (l x L x h en m) + 1 pour armoire élec, huile et glycol et stockage pièces CHAUDIERE ET ECHANGEURS EAU/BOUES Nombre et type de chaudières 2</= Chaudières 3 Weissmann Chaudières Puissance utile Moy 1177 Kw mixtes 3 x 610 Kw mixtes Rendement utile 0,90 brûleur 0,92 brûleur Charge thermique nominale /brûleur FOD/Biogaz 660 kw FOD/Biogaz Puissance échangeur à plaque /2 x 200 m3/h échangeurs à 2 x 710 Kw échangeurs à Hauteur de cheminée A définir plaques 24 m plaques Barriquand ELECT RICIT E Raccordement Raccordement INSTRUMENTATION ET AUTOMATISMES Supervision Supervision VRD ET GENIE CIVIL Implantation Implantation étude de sols et pieux inclus DIVERS (à renseigner par l'entrepreneur au besoin) Gestion chantier Gestion chantier 18

19 Synoptique fonctionnel : 19

20 Chantier en cours : 20

21 Résultats attendus : Production de 7,2 GWh/an sur 13,2 GWh/an nécessaires à la STEP soit 54% des besoins Gains de 3,2 GWh/an supplémentaires par rapport à la cogénération actuelle et gain en coûts de fonctionnement => amortissement en 8 ans Combustion de fuel devenue inexistante ( l/an) Rejets atmosphériques conformes 21

22 4) Marché industriel «production de biogaz carburant» 22

23 Marché industriel de «production de biogaz carburant» : Appel d offres lancé le 20/06/2005 déclaré infructueux le 18/11/2005 Marché négocié lancé le 20/06/2006 Attribué le 26/01/2007 à LINDE-FLOTECH Montant du marché : H.T. Subvention FEDER : H.T. Subvention Biogazmax : H.T. Durée du marché : 13,5 mois 23

24 Contenu du marché «production de biogaz carburant» : PREVISIONS Solution de Base CANDIDAT LINDE FLOTECH DESCRIPTION DES EQUIPEMENTS DONNEES EQUIPEMENT DONNEES EQUIPEMENT UNITE D'EPURATION Teneur en H2S /biogaz brut 4758 mg/nm mg/nm3 Capacité de traitement 50 à 100 Nm3 55 à 100 Nm3/h Préfiltration Temps de fonctionnement A définir 8300 h/an séchage Press ion de compress ion A définir 9 bar compression Teneur en CH4 /GNV >97% >97% Lavage PCS /GNV 9,5 à 10,5 10,44 kwh/m3 Dés orption Point de ros ée /GNV A définir,-40 à 250 bar Cons ommation électrique A définir 44 Kwh /h Capotage moteurs et compresseurs oui UNITE DE COMPRESSION - STOCKAGE Press ion de compress ion 250 bar 270 bar Cons ommation électrique A définir 30 Kwh/h Capotage compresseurs oui Nombre de bouteilles Paniers 50 u x 80 ltr Capacité GNV à 250 bars 4 m3 4 m3 <10t = D Durée de chargement de 100 Nm3 de GNV 10 minutes 10 minutes BIOFILTRE Débit effluent à traiter 200 m3 /h 200 m3 /h Abattement H2S sortie biofiltre A définir 99% Puissance électrique installée A définir 1,1 Kw 24

25 Chiffres clés de la nouvelle installation «production de biogaz carburant» : Une unité de lavage - épuration CSFR 100 capacité maximale : 100 Nm3/h de biogaz brut Une unité de compression 25mb à 9 bars Une unité de compression 9 bars à 250 bars Stockage pour 10 bus soit 1000Nm3 = 4m3 à 250 bars Pureté : 98% de CH4 bridé à 92% Production annuelle : Nm3/an Equivaut à l diesel/an 25

26 Evolutions par rapport au pilote actuel : Installation industrielle Full inox Retraitement du biogaz non suffisamment épuré Optimisation des consommations électriques Compresseurs séparés avant et après lavage Optimisation du point de rosée pour éviter le phénomène de givrage Plus grosse capacité de stockage du biogaz épuré à 250 bars 26

27 Synoptique fonctionnel : Sécheurs >95% CH4 2% CO 2 point de rosée : -80 C >95% CH4 2% CO2 saturé en vapeur d'eau Tour de lavage Air de process rejeté vers le biofiltre <1% CH4 traces de H 2S 56% N2 29% CO2 14% O 2 Tour de désorption du méthane pres sion 4 bars Tour de dégazage du CO2 pression atmosphérique Pression 9 bars Air Biogaz brut 55-65% CH % CO2 pression relative 50 mbar Compresseur à 2 étages Pompe à eau refroidie (<15 C) Recyclage du méthane dissout dans l'eau de lavage 27

28 Implantation des équipements : 28

29 Résultats attendus : Production de biogaz carburant pour 10 bus par jour Soit 10 * 100 Nm3/j Revente du biogaz carburant à TRANSPOLE pour couvrir les frais d exploitation et amortir l investissement 29

30 Gain environnemental sur les rejets des bus : Diesel monoxyde de carbone hydrocarbures oxydes d'azote Particules Méthane Bus type AGORA Diesel Euro3 0,56 0,17 4,67 0,041 Bus AGORA Diesel avec Filtre à Particules 0,11 0,01 4,94 0,006 Norme européenne EURO 4 1,5 0,46 3,5 0,02 Gaz naturel monoxyde de carbone hydrocarbures oxydes d'azote Particules Méthane Bus au gaz type AGORA Euro 3 0,024 0,003 2,432 0,004 0,531 Norme européenne EURO 4 4 0,55 3,5 0,03 1,1 Label européen véhicule propre EEV 3 0,4 2 0,02 0,65 émiss ions en g/ kwh 30

31 5) Perspectives 31

32 Synergie de trigénération à partirdu biogaz sur le site de Marquette lez Lille : électricité, thermique et carburant Volonté politique affirmée de la CUDL de produire du biogaz carburant à partir de l assainissement et du traitement des déchets : opération de rénovation de la STEP de Marquette et construction du Centre de Valorisation Organique 32

33 Dimensionnement du CVO : Collecte sélective porte-à-porte (déchets verts et de cuisine) Déchets verts de déchetteries Déchets de restauration collective et de marchés Déchets municipaux TOTAL par an t t t t t Digestion et production de biogaz carburant pour alimenter 100 bus par jour Compostage Investissement : CVO et centre de transfert : 75 M H.T. 33

34 34

35 Projet Biogazmax : appel à projet européen de la Commission Européenne en coopération avec Stockholm (SE), Göteborg (SE) et Bern (CH), Rome (IT), Torun (PL) Promotion de l utilisation du biogaz en carburant Analyse du cycle de vie de la filière Travail sur les barrières techniques, juridiques et institutionnelles Augmentation du nombre de véhicules au biogaz Chef de projet : LMCU 35

36 Future station d épuration de Marquette-lez- Lille Tous les modes de valorisations du biogaz seront étudiés Démarrage des travaux en 2010 Mise en eau en 2013 Investissement prévisionnel : 120M H.T. 36

37 Lille Métropole Communauté urbaine 1 rue du Ballon - B.P. n Lille Cedex - Téléphone 33/ Site internet : 37

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