La cogénération : base et principes.

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1 Cycle de formation de Responsable Énergie La cogénération : base et principes. Yves Lebbe Facilitateur en cogénération pour la Région Bruxelles Capitale WKK Facilitator voor het Brussels Hoofdstedelijk gewest Tel: 0800/ Plan de l'exposé Le principe de la cogénération Les technologies disponibles Les limites de la cogénération Pourquoi installer une cogénération? Quelques critères à prendre en considération

2 Principe de la cogénération Production électrique classique: 45% 5% 100% 50% Principe de la cogénération Production de chaleur classique: 10% 100% 90%

3 Principe de la cogénération 12% 35% 100% 53% Principe de la cogénération Produire chaleur et électricité avec la même machine kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) (35 % élec) Chaudière (53 % therm) chaleur gaz naturel (90 %) 343 pertes 986 Une économie de 643 kwh de gaz naturel (18 %)!

4 Principe de la cogénération Produire chaleur et électricité avec la même machine kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) (35 % élec) Chaudière (53 % therm) chaleur gaz naturel (90 %) 343 pertes kwh de gaz kwh d électricité Une économie de 643 kwh de gaz naturel (18 %)! 3 c / kwhgaz << 8 à 16 c / kwhé Récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d'électricité Groupes électrogènes (moteur à combustion interne) Turbines à gaz/biogaz/mazout (Turbines à vapeur moteur vapeur) Moteur Stirling (moteur à combustion externe) Pile à combustible Type de combustible : Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,

5 , voire 5 kwé

6 Serre Microplant 1 MW La ABB cogénération pour les bâtiments 1.6 m Chauffage urbain 9 MW LLN (Electrabel Dalkia UCL) 2 m : 43 kw é 75 kw th

7 D autres marques kw é 209 kw th : 1.2 m 5 à 5.5 kw é 10.3 à 12.5 kw th 8 à 30 kw é (huile végétale) 12 à 50 kw é (gaz/biogaz) Récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d'électricité Groupes électrogènes (moteur à combustion interne) Turbines à gaz/biogaz/mazout (Turbines à vapeur moteur vapeur) Moteur Stirling (moteur à combustion externe) Pile à combustible Type de combustible : Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,

8 , voire 100 kwé

9 Turbine à gaz kw é µ-turbine à gaz 30 kw é

10 Echangeur de chaleur : RVS µ-turbine : Capstone C30 (30 kw e ) Compresseur de gaz (3.5 bar) Compair V04G (5 kw e ) Source : unité installée au VITO Mol (Belgique) Les modèles de µ-turbines disponibles Model Power [kw] Efficiency [%] Capstone Elliott/Bowman IR Power Works Turbec Prix : /kw é Frais d entretien : 7 à 14 /MWh é

11 Avantages des µ-turbines : des émissions polluantes réduites Emissions µ-turbine Moteur au gaz Vlarem Moteur mazout Vlarem Rendement électrique 30% 30% 40% CO g/kwh el 673 g/kwh el 666 g/kwh el NO 5% O 2 < 80 mg/nm³ 500 mg/nm³ 4000 mg/nm³ 5% O 2 < 50 mg/nm³ 650 mg/nm³ 650 mg/nm³ Source : Mesures faites par le VITO sauf au démarrage! NO X O 2 [ppm vd] Start-up µt Re-start µt CO O 2 [ppm vd] :03 10:24 10:45 11:06 11:27 11:47 12:08 12:29 12:50 13:11 13:32 13:52 14:13 14:34 NOX CO 0 Source : Mesures faites par le VITO

12 : 100 kw é (chauffage immeuble) : 30 kw é (biogaz à Marche) Cycle de formation pour Responsables : Energie: La cogénération kw é (Serres Perrinots - France) Récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d'électricité Groupes électrogènes (moteur à combustion interne) Turbines à gaz/biogaz/mazout (Turbines à vapeur moteur vapeur) Moteur Stirling (moteur à combustion externe) Pile à combustible Type de combustible : Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,

13 Moteur Stirling (moteur à combustion externe) SOLO 161 Electricité : 9 kw é (rdt 25 %) Chaleur : 24 kw th (rdt 65 %) Coût : HTVA Récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d'électricité Groupes électrogènes (moteur à combustion interne) Turbines à gaz/biogaz/mazout (Turbines à vapeur moteur vapeur) Moteur Stirling (moteur à combustion externe) Pile à combustible Type de combustible : Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,

14 Pile PEFC Vaillant Alimenté directement en GN Réformage interne (GN H2) Puissance électrique: 1 à 4.6 kw é Rendement électrique : > 35 % Puissance thermique: 1.5 à 7 kw th Rendement thermique : > 55 % A l essai (disponible 2006/2007) Type de technologies La cogénération «renouvelable» : Moteur au biogaz Gazéification du bois, biométhanisation, gaz de décharge Moteur à l huile ou au biodiesel Huile de colza, ester méthylique d huile de colza, autres huiles Turbine vapeur Tout type de combustibles renouvelables (biomasse, huiles, )

15 Moteur au biogaz Par gazéification du bois 1 kg de bois (4 kwh) 1 kwh d électricité 2 kwh de chaleur Source : Groupe Énergie Biomasse (UCL) Moteur au biogaz Par gazéification du bois ZONE DE SECHAGE ET DE PYROLYSE CH y O x CH s + CO, H 2, CH 4,C n H m O p + CO 2,H 2 0 BOIS ZONE D OXYDATION CO + ½ O 2 CO 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O C n H m + (n+ ½ m) O 2 nco 2 + mh 2 O REDUCTION ZONE C + CO 2 CO AIR PYROLYSE AIR C + H 2 O CO + H 2 OXYDATION CO + H 2 O CO 2 + H 2 GAZ DE SYNTHESE REDUCTION CO (25%) H 2 (14%) CH4 (2%) CO 2 (10%) N2 (49%) GAZ T = C PCI = 5 MJ/m 3 CENDRES N Source : Groupe Énergie Biomasse (UCL)

16 Gazogène Moteur au biogaz Laveur de gaz Moteur à gaz 300 kw é Moteur au biogaz Une utilisation rationnelle du bois kwh kwh kwh kwh électricité Co-combustion Cogénération charbon-bois bois (40 %) bois bois 25 % élec % chaleur Chaudière chaleur bois tonne (80 %) 20% humidité pertes Une économie de kwh de bois, soit 20 %!

17 Moteur au biogaz Par biométhanisation Source : IRCO Moteur au biogaz Par biométhanisation Pré-digesteur Source : IRCO

18 Moteur au biogaz Par biométhanisation Moteurs de cogénération Source : IRCO Pourquoi utiliser des BIOcombustibles? Moins polluants qu un combustible fossile (par le captage de CO 2 pendant la croissance des plantes) Coefficient CO 2 pour le : mazout = 306 kg/mwh gaz naturel = 217 kg/mwh biodiesel = 80 kg/mwh huile végétale pure = 65 kg/mwh Moins d émissions de CO 2 plus de CV! 1 ha litres 11 MWh

19 Pourquoi utiliser des BIOcombustibles? Combustible renouvelable (inépuisable) mais limité Combustible local injection d argent au niveau local Création d emplois pour la préparation du combustible Substitution d un combustible fossile réduction dépendance Normes : RK 05/2000 (Allemagne) 8 kw é & 18 kw th (huile végétale à Aachen)

20 Moteur à l huile ou au biodiesel Le biodiesel Transestérification de l huile de colza Viscosité et indice de cétane diesel Puissance et couple à3% près diesel Vertu lubrifiante > diesel désulfuré Soit en mélange, soit pur (100 %) Baisse fumées noires (pas de suie) Corrode certains vernis et conduites (adaptations nécessaires!) Normes : DIN E [46] et EN [45,48] Turbine vapeur

21 Pourquoi installer une cogénération? Pour ses nombreux avantages! Economie Social Accroissement de l emploi local (étude, entretien, ) Exportation expertise Pérennité activité entreprise Sensibilisation image de marque «respectueuse» Réduction facture électricité Meilleure compétitivité Rentabilité de investissement Production décentralisée Participation à équilibrage du réseau électrique Diversification production électricité (libéralisation) Environnement Réduction des émissions polluantes Réduction des émissions en CO 2 Préservation des réserves d énergie Réduction pertes en ligne Valorisation de déchet(s) Les 3 piliers du développement durable Les limites de la cogénération Simultanéité des besoins d'électricité et chaleur mais possibilité de revendre l'électricité et/ou de stocker la chaleur Ne remplace pas totalement une chaudière classique mais la complète utilement Nécessite un investissement supplémentaire (p/r chaudière) mais qui peut être récupéré plus ou moins rapidement Nécessite un suivi plus régulier et plus coûteux (p/r chaudière) mais possibilité de sous-traiter (garanties, télé-monitoring, )

22 Points d attention «électrique» Le prix de vente au réseau n est pas le même que le prix d achat (+/- 30 /MWh.) Prix de l électricité complémentaire, et prix en cas de panne de l unité de cogénération (pointe de puissance): peut devenir plus cher. Mise en parallèle sur le réseau: suivre les prescription du gestionnaire du réseau. Points d attention «hydraulique» Attention au bon raccordement: veiller à ce que la chaleur puisse bien se dissiper dans le circuit. Les critères pour envisager une cogénération Les besoins en chaleur : 1 er critère : avoir un bon profil de consommation de chaleur 2 ème critère : un important besoin de chaleur Les besoins électriques : 3 ème critère : avoir un bon profil de consommation d électricité L installation sur site : 4 ème critère : possibilité d intégration dans site?

23 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 1 er critère : un bon profil de chaleur Une consommation continue puissance- kw Profil de chaleur du Besoins de chaleur Production par cogen :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures Les critères pour envisager une cogénération chez soi 1 er critère : un bon profil de chaleur Une consommation continue puissance- kw Profil de chaleur du Besoins de chaleur Production par cogen démarrages! :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures

24 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 1 er critère : un bon profil de chaleur Une consommation continue puissance- kw Profil de chaleur du Besoins de chaleur Production par cogen :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures Les critères pour envisager une cogénération chez soi 1 er critère : un bon profil de chaleur Une consommation pdt la journée (exp : heures pleines de 8 à 23h) puissance- kw Profil de chaleur du Besoins de chaleur Production par cogen :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures

25 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 2 ème critère : un important besoin de chaleur Pour installer le plus grand système possible Les critères pour envisager une cogénération chez soi 2 ème critère : un important besoin de chaleur Pour installer le plus grand système possible

26 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 2 ème critère : un important besoin de chaleur Pour installer le plus grand système possible Les critères pour envisager une cogénération chez soi 3 ème critère : avoir un bon profil électrique Pour maximiser l auto-consommation d électricité Puissance- kw Profil d'électricité du Défavorable : revente électricité en surplus Besoins électricité Production par cogen :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures

27 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 3 ème critère : avoir un bon profil électrique Pour maximiser l auto-consommation d électricité Puissance- kw 600 Favorable : auto-consommation 500 Profil d'électricité du Besoins électricité Production par cogen :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 heures Les critères pour envisager une cogénération chez soi 4 ème critère : possibilité d intégration dans le site? Place disponible?

28 Les critères pour envisager une cogénération chez soi 4 ème critère : possibilité d intégration dans le site? Acheminement? Un facilitateur en cogénération à votre disposition Guidance stratégique Supervision d'études de faisabilité Relecture critique du cahier des charges Aide à la comparaison des offres Réponses à des questions ponctuelles Mise en relation des différents intervenants Relais privilégié auprès du pouvoir politique Yves LEBBE tél: 0800/85 775

29 Merci pour votre attention!

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