Valorisation du biogaz

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1 Valorisation du biogaz Valorisation du biogaz Le biogaz épuré est brûlé dans un module de cogénération pour produire de l électricité et de la chaleur. Un second module de cogénération est utilisé en appoint lorsque la production de biogaz est importante ou quand le cogénérateur principal est en panne. Cogénération principale Cogénération d appoint Marque Deutz Tedom Type de moteur Diesel V8 Essence 4 cylindres Type d alternateur Synchrone Assynchrone Combustible Biogaz (96,10 m 3 /h) Biogaz Rendement 38% électrique 45% thermique 26% électrique 42% thermique Puissance nominale 230 kw é 300 kw th 21 kw é 44 kw th Temps de fonctionnement h/an h/an Vidange Toutes les 600 h de fonctionnement Entretien Toutes les h de fonctionnement Durée de vie 8 ans (variable suivant les pièces) Valorisation électrique La totalité de l électricité produite par l alternateur est introduite sur le réseau électrique local. Le raccordement a nécessité la mise en place d un transformateur de 250 kva. Dans le local technique, un compteur comptabilise l énergie électrique sortant sur le réseau. Celle-ci est vendue à EDF à 0,13 /kwh. L électricité nécessaire au fonctionnement de l unité de méthanisation est ponctionnée sur le réseau local. Achetée à EDF, celle-ci est comptabilisée par un second compteur. Valorisation thermique La combustion du biogaz par le moteur fournit 45% de chaleur. Cette chaleur est valorisée sous forme d eau chaude à 85 C au moyen d un échangeur thermique. La répartition de la chaleur entre les différents éléments à chauffer varie en fonction des besoins de la saison (chauffage en hiver, séchage du fourrage en été..). Eléments chauffés Energie consommée Besoin de l installation Pré-digesteur, digesteur, cuve de stockage, hygiénisateur kwh/an Séchage en grange Radiateur devant le ventilateur kwh/an Salle de traite - local d accueil - habitation de l exploitant Radiateurs, chauffe-eau kwh/an Appartements de Mignéville Radiateurs kwh/an La partie du réseau de chaleur extérieure à l exploitation, gérée par la SARL «Bio-Recycle», alimentera huit appartements de Mignéville. Il a été proposé à la commune d étendre le réseau vers la mairie et l école. Ceci permettrait de valoriser une quantité plus importante d énergie thermique. Longueur totale du réseau de chaleur extérieur Matériau des conduites Pertes de chaleur Durée de vie 260 m + extension probable de 200 m pour école/mairie Plastique isolé PER Non significative > 50 ans

2 Bilan de l installation Bilan énergétique et environnemental Consommation d énergie fossile nécessaire au fonctionnement de l installation : kwh/an Production de l ensilage L (référence planète 2007) Transport des matières: L Manutention: L Epandage du digestat : L (pour le digestat produit par les matières extérieure à l exploitation) Réseau électrique Pompes, mélangeurs : kWh/an Cogénération : kWh/an Fuel : kWh/an kwh/an Production de m 3 de BIOGAZ par an soit un potentiel de kwh/an 38% Electricité : kwh/an 45% Chaleur : kwh/an 100% vendue au réseau électrique à 0,13 /kwh 30% pour le besoin de l installation 15% pour le séchage du fourrage 7% vendus à 8 habitations de Mignéville à 0,04 /kwh 2% pour l habitation de l exploitant et le local d accueil 5% proposés pour le chauffage de la mairie et de l école Production d énergie verte effectivement valorisée : kwh/an Energétique Environnemental Bilan Permet la production de kwh/an Evite l émission de 212 t CO2/an* Production d énergie déduction faite de l énergie 96 t/an (substitution de CO 2 d origine fossile) fossile consommée pour le process 116 t/an (équivalent aux N 2 0 et CH 4 non émis lors stockage et de l épandage des effluents d élevage) Efficacité L installation produit 9 fois plus L installation réduit de 66% les émissions de gaz à effet de serre. d énergie qu elle n en consomme Bilan social * références ADEME pour les calculs L installation engendre 4 heures de travail par jour en moyenne au sein de l exploitation. Indirectement, l installation a favorisé la création de 3 postes d animateurs au sein de la communauté de communes de la Vezouse pour l accueil de visiteurs par an (scolaires, extrascolaires, divers groupes ). Bilan économique Investissement total : Dont d investissement pour la première installation de 21 kw. Détail de l investissement Première installation de 21kW Fermenteur + terrassement Pompes et accessoires Raccordement réseau lisier Mélangeurs et mixers Réseau de chaleur Moteur et accessoires Armoire électrique et raccordement Introducteur Pèse-essieu Tonneau lisier Hygiénisateur Divers (petit matériel ) Etude ICPE Ingénierie et imprévus Financement : Installation de 21kW Etat 25% : dans le cadre de la mise aux normes des bâtiments d élevage ADEME 10% : Conseil régional de Lorraine 10% : Apport personnel 5% : Prêt bancaire 50% : Financement : Installation de 230 kw Etat 32% : dans le cadre du pôle d excellence rural ADEME 9% : (sous réserve) Conseil régional de Lorraine 9% : Apport personnel 4% : Prêt bancaire 46% : Chiffre d affaire : Les recettes annuelles proviennent de la vente d électricité, de chaleur et du service rendu pour le traitement des déchets agro-industriels. Retour sur investissement estimé : 9 ans

3 L installation de Biométhanisation Agricole bio-recycle de Mignéville - Analyse technique Agricométhane Région Wallonne Plan de l installation Les données techniques correspondent aux équipements qui sont prévus. Les bilans sont basés sur l étude de faisabilité réalisée en Grand-Duché de Luxembourg Nancy Metz Lorraine Mignéville Légende 1 Cuve de réception des matières entrantes 2 Préfosse de stockage du lisier 3 Silos de stockage de l ensilage et du fumier 4 Pré-digesteur 5 Digesteur 6 Post-digesteur 7 Fosse de stockage du digestat 8 Modules de cogénération Sécher fourrage Installation de 190 kw m kw 12kw kw 15kw 15kw Introduction des matières T/an Canalisation matière Canalisation digestat Canalisation gaz Réseau de chaleur Incorporateur des matières sèches Hygiénisateur Ventilateur Mélangeur Pompe 7 11kw 22kw 4 22kw 11kw 8kw 2 7kw Local technique Etable 8 8 habitation de l exploitant Chauffe-eau Installation de 21 kw Digestat T/an vers les habitations de Mignéville des matières Introduction des graisses Introduction des lisiers 1 2 par pompage 4 30 m 3 60 m m 3 Fosses de réception des matières Installation initiale de 21 kw Extension Pré-digesteur (ancien digesteur) Hydrolyse des matières à ph bas Introduction des matières solides par pompage Hygiénisateur par surverse 1526 m m m Digesteur et post-digesteur (Système tank in tank) Fermentation anaérobie Cuve de stockage par gravité Poursuite de la fermentation Digestat Fiche réalisée avec l aide de Marie Pierrevelcin

4 Gestion des matières entrantes Apport et stockage des matières Lors de la livraison, un pesage est effectué à l entrée par un passage sur un pèse-essieux. Pour chaque matière, le bon de livraison est accompagné d une analyse (fertilisants, traces métalliques et organiques, taux de matière sèche, DCO, DBO 5 ). Ceci permet de vérifier la conformité des lots entrants et d assurer la traçabilité de la matière. Matières utilisées Tonnage annuel Equivalent agricole Stockage Lisier 955 tonnes/an Effluent de 70 vaches Préfosse (60 m 3 ) Fumier 255 tonnes /an laitières et élèves Fumière couverte (90 m 2 ) Ensilage de cultures énergétiques 900 tonnes/an 20 ha Silos Issus de céréales ou coproduits agro-alimentaires 800 tonnes/an / (1700 m 3 au total) Graisses de flottation 350 tonnes/an / Pré-digesteur (240 m 3 ) Introduction des matières Le système d introduction des matières dans les digesteurs dépend fortement de leur taux d humidité (calculé en pourcentage de matière sèche : MS). Le lisier, ayant un taux de MS moyen de 8 %, est injecté deux fois par jour dans le pré-digesteur par l intermédiaire d une pompe de circulation. Le fumier et l ensilage de cultures énergétiques ont un taux de MS plus élevé (15-20% et % respectivement). Un système d introduction mécanique est donc nécessaire. Le système choisi par «Bio-Recycle» est un introducteur à racleur et vis sans fin acheminant les matières dans le digesteur. En pratique, un chargeur remplit le bac avec le fumier et l ensilage. Le substrat est ensuite introduit toutes les 2 heures dans le digesteur par la mise en route du racleur et des vis sans fin. Les graisses de flottation, ayant un taux de MS moyen de 15%, descendent par gravité de la cuve de réception vers le pré-digesteur. Le système est régulé par l intermédiaire d une vanne. Ration Système Puissance Temps de Avantages Inconvénients journalière d introduction électrique fonctionnement du système du système nécessaire journalier d introduction Lisier 2,6 tonnes Pompe 7 kw 2x10 min/jour Faible consommation Maintenance Fumier 0,70 tonnes Introducteur à Ensilage 2,45 tonnes racleur et vis 12 kw 1 heure Issus de céréales 2,2 tonnes sans fin Automatisation Facilité de dosage Corps étrangers Consommation Graisses de flottation 0,96 tonnes Gravité / / Consommation nulle /

5 Gestion de la fermentation Caractéristiques des différentes cuves L installation «Bio-Recycle» possède un pré-digesteur, un digesteur, un post-digesteur et une cuve de stockage du digestat. Le post-digesteur est imbriqué dans le digesteur (système tank in tank). Il s agit d une installation mésophile. Le mélange des matières est porté à C dans le prédigesteur et le digesteur. Pré-digesteur Digesteur Post-digesteur Stockage digestat Matériau béton armé béton armé béton armé béton armé Dimension diamètre 10 m 28 m 18 m 11 m hauteur 3,5 m 6 m 6 m 3,5 m Epaisseur de paroi 0,28 m 0,35 m 0,28 m 0,28 m Plafond dalle de béton dalle de béton EPDM EPDM Protection des parois internes Résine Styro Foam Résine Résine Isolant thermique Mousse Styrodur (8 cm) Styro Foam / Mousse Styrodur (8 cm) Avantages Imputrescible / / Imputrescible Inconvénients Rongeurs, coût élevé coût élevé coût élevé Rongeurs, coût élevé A noté : toutes ces fosses sont couvertes ce qui permet de maximiser la récupération de biogaz et de limiter les émissions de gaz à effet de serre dans l athmosphère. Mélange des matières et hygiénisation Le lisier et les graisses de flottation sont mélangés dans le pré-disgesteur où s effectue la première phase de la digestion anaérobie : l hydrolyse. L ensemble y séjourne pendant 10 jours environ avant de remonter vers le digesteur (grâce à l activation d une pompe). A l entrée du digesteur, le mélange lisier-graisses est chauffé à 70 C pendant une heure dans un bac «hygiénisateur» de 5 m 3. Un second mélange est effectué avec les matières solides, introduites dans le digesteur. Un agitateur fonctionnant par séquences, à des vitesses lentes, homogéinise le mélange, casse les matières solides et libère le biogaz. MIXER AGITATEUR MISSISSIPPI Préfosse Pré- Post- Stockage Digesteur Digesteur digesteur digesteur digestat Nombre Puissance 8 kw 11 kw 15 kw 11 kw 22 kw 15 kw Temps de fonctionnement - 2 h 30/j 2 h 30/j 2 h 30/j - 3 h/j Avantages Faible puissance Brassage par couches Moteur accessible Inconvénients Maintenance difficile Rien à signaler

6 Gestion du digestat Stockage du digestat Le digestat est acheminé par gravité du post-digesteur à la fosse de réception du digestat dont la capacité de stockage est de 374 m3. Le volume de stockage peut paraître faible, en fait il vient s ajouter au volume du post digesteur. L acheminement du digestat est régulé par un système de double vanne. Contrôle du digestat Des analyses régulières sont effectuées sur le digestat (éléments fertilisants, micropolluants métalliques et organiques). Ces analyses, réalisées par un laboratoire extérieur, permettent d assurer que le digestat peut être épandu sur les terres de culture. Caractéristiques du digestat Quantité annuelle m 3 % MS 6% N - P - K 4,5 1,7 5,0 kg/t de MF NH 4 2 kg/t de MF ph 8,0 Traitement éventuel aucun Mode d évacuation Pompage de la fosse de stockage à la tonne à lisier Epandage du digestat L épandage du digestat est effectué à l aide d une tonne à lisier équipée d une rampe de pendillards, qui limite la volatilisation de l ammoniaque (NH4). Le digestat est épandu sur les terres de l exploitation agricole ainsi que sur des terres mises à disposition par d autres exploitants. Des analyses de sols combinées à celles du digestat permettent d ajuster l épandage au plus près des besoins de la culture. Ceci limite les pertes d éléments fertilisants par lessivage et garantit une utilisation durable des sols Gestion du biogaz Stockage du biogaz Une bâche est fixée sur la dalle de plafond du post-digesteur et de la fosse de stockage du digestat. Ces deux géomembranes permettent de contenir les pics de production de biogaz. Matériau Caoutchouc EPDM Système de fixation Une chambre à air de retenue est logée dans une rainure sur le plafond des cuves. Capacité de stockage 250 m 3 Durée de stockage 4 h Suivi et traitement du biogaz Des indicateurs de suivi ont été définis pour garantir le bon fonctionnement de l unité de méthanisation. Valeur moyenne Fréquence des mesures Température entrée-moteur 20 C En continue par une sonde Teneur CH 4 58 % Teneur CO % Tous les jours par l analyseur automatique de biogaz. Teneur H 2 S 80 ppm (0,1 0,5 %) Afin d éviter l usure ou le dysfonctionnement des modules de cogénération, le biogaz doit être traité. Température entrée-moteur Vapeur d eau (H 2 O) Hydrogène sulfuré (H 2 S) Mode de traitement Refroidissement naturel (conduite gaz enterrée) Condensation lors du refroidissement récupération par un siphon de décantation Injection d air dans le pré-digesteur et dans le digesteur par un petit compresseur