Agricole de Beckerich - Analyse technique. 200 m 3. 30kw. Bâtiment technique

Transcription

1 L installation collective de Biométhanisation Agricole de Beckerich - Analyse technique Agricométhane BELGIQUE Région wallonne LUXEMBOURG BELGIQUE Région Wallonne Plan de l installation L installation de biométhanisation de Beckerich appartient à la coopérative «Biogas Biekerich» formée de 19 agriculteurs. Ils habitent tous dans un rayon de 6 km autour de l installation T/an de digestat LUXEMBOURG FRANCE Lorraine FRANCE Lorraine Légende 1 Aire de stockage du fumier et ensilage de maïs Préfosse (stockage du lisier) Système d introduction du fumier et du maïs Digesteur Post-digesteur Cuve de stockage du digestat 20kw m m m 3 Cuve de stockage 7 8 Module de cogénération Chaudière fuel d appoint 9 10 Local électrique Pompe de circulation Localisation de moteur et leur puissance m m m 3 Post digesteur Lisier m 3 30kw couloir technique m m 3 Digesteur Bâtiment technique 9 75kw (Capacité 7000 T) Fumier, maïs T/an de matière entrante Circulation des matières A. Stockage des matières : > Le fumier, le maïs sont stockés dans des silos de stockage 1 > Le lisier est stocké dans les préfosses 2 B. Introduction dans les digesteurs 4 > du lisier par l intermédiaire de la pompe de circulation de 30 kw 10 > du fumier et du maïs par l intermédiaire d une vis sans fin 3 C. Circulation par gravité de la matière fermentée du digesteur 4 vers le post digesteur 5 D. Circulation de la matière fermentée des post digesteurs 5 vers les cuves de stockage 6 par l intermédiaire de la pompe de circulation 10

2 des matières entrantes Apport et stockage des matières Toutes les matières traitées par l installation de biométhanisation de Beckerich proviennent des 19 exploitations agricoles de la coopérative. Chaque agriculteur apporte ses matières. Un pesage est effectué à l entrée par un passage sur un pont-bascule. Matières utilisées Tonnage annuel Equivalent hectare Lisier tonnes/an / Fumier tonnes /an / Ensilage de maïs tonnes/an 120 ha/an Ensilage d herbe tonnes/an 50 ha/an Ensilage plante entière (céréales) 800 tonnes/an 40 ha/an Le lisier est stocké dans deux préfosses de 200 m 3 chacune. Le fumier et les plantes énergétiques sont stockés sur le site dans des silos d une capacité totale de tonnes. Introduction des matières Le système d introduction des matières dans les digesteurs dépend fortement de leur humidité (calculé en pourcentage de matière sèche : MS). Le lisier, ayant un taux de MS moyen de 7 %, est injecté deux fois par jour dans les digesteurs par l intermédiaire de la pompe de circulation. Le fumier et le maïs ont un taux de MS plus élevé (15-20% et % respectivement). Un système d introduction mécanique est donc nécessaire. A Beckerich, le système choisi est un bac de stockage possédant deux vis mélangeuses et deux vis sans fin. En pratique, un chargeur rempli le bac avec le fumier et le maïs, en faisant tourner les vis mélangeuses, un substrat homogène se forme. Le substrat est ensuite introduit toutes les 2 heures dans les digesteurs par la mise en route des vis sans fin. Ration Système Puissance Temps de Avantages Inconvénients journalière d introduction électrique fonctionnement du système du système nécessaire journaliers d introduction Lisier m 3 Pompe 30 kw 1 heure Faible consommation Maintenance Fumier 20 tonnes Bac + vis 2x 37,5 kw 1 heure Facilité de dosage Corps Etrangers

3 de la digestion Les digesteurs et post digesteurs L installation de Beckerich possède deux digesteurs et deux post digesteurs. Le temps de séjour de la matière est de 20 jours dans le digesteur et 20 jours dans le post digesteur. Il a été choisi de construire des post digesteurs pour augmenter le temps de séjour et améliorer la récupération de biogaz. Caractéristiques des digesteurs et post-digesteurs Descriptif de mélange des matières Matériau béton armé Teneur en MS du mélange 8% Dimension des cuves m 3, diamètre 18 m, hauteur 5 m. Type de Mélangeur axe horizontal avec 4 pales Epaisseur de paroi 20 cm Puissance 15 kw Plafond dalle de béton de 25 cm d épaisseur Temps de fonctionnement 8 heures par jour Protection des parois interne Styro Foam (5 cm) Nombre 4 (un mélangeur par cuve) Isolant thermique mousse Styrodur C (12 cm). Avantage bon mélange vertical Avantages solidité, coût de construction Inconvénient difficile à entretenir (nécessité de Inconvénient rien à signaler vidanger la cuve) Le mélange des matières est porté à C dans le digesteur et le post digesteur par un réseau de chauffage. La puissance calorifique journalière nécessaire par cuve est de 750 kwh. Mode de chauffage des digesteurs et post-digesteurs Matériau Fixation Longueur totale Avantage Inconvénient Tube lisse en acier noir Sur la paroi intérieure 300 m par cuve excellent transfert de chaleur difficile à entretenir (nécessité de vidanger la cuve) Stockage du Biogaz Une bâche est fixée sur la dalle de plafond de chaque digesteur et post digesteur. Elle permet de stocker le biogaz qui se dégage de chaque cuve. Les dalles de plafond de chaque cuve ont un trou carré de 1m 3 pour permettre au biogaz produit de s accumuler dans la bâche. Ce dispositif permet par ailleurs de limiter les pertes thermiques. Caractéristiques de la bâche Matériau Caoutchouc EPDM Système de fixation une chambre à air de retenue est logée dans une rainure sur le plafond des digesteurs Capacité de stockage 250 m 3 Durée de stockage 4 heures

4 du digestat Stockage du digestat Le digestat est refoulé par la pompe de circulation vers les cuves de stockage. Le site dispose de trois cuves de stockage en béton armé d une capacité de m 3 chacune, (diamètre de 18 m et hauteur de 6 m). Deux des trois cuves sont fermées par une dalle pour récupérer le biogaz encore présent dans la matière fermentée. Dispositif de mélange du digestat Type de Mélangeur Puissance Temps de fonctionnement Nombre Avantage Inconvénient Mixer 20 kw 2 heures par jour 3 (un mélangeur par cuve) très bon mélange Réglage de l orientation Par ailleurs, la coopérative dispose de 10 cuves décentralisées appartenant aux 19 agriculteurs de la coopérative. Ces cuves se trouvent à une distance moyenne de 3 Km de l installation directement dans les champs. Le camion de la coopérative remplit régulièrement les cuves décentralisées en fonction des besoins d épandage. La capacité totale de stockage est de m 3 Epandage du digestat Une société extérieure se charge de l épandage du digestat grâce à un épandeur de type «automotrice à rampes» qui permet de limiter la volatilisation de l ammoniaque (NH4). La période d épandage est de mars à octobre. Avec l utilisation du digestat, les agriculteurs ont observé un rendement des cultures équivalent avec moins d apport que les engrais classiques. Caractéristiques du digestat Quantité annuelle tonnes % MS 6 % N - P - K 4,5-1,7-5,0 kg/tonne de MF NH4 2 kg/tonne de MF ph 8,0 Traitement éventuel aucun Mode d évacuation Cuve décentralisée

5 du biogaz Caractéristiques du biogaz Indicateurs de suivi Température dans la bâche C (fonction de la température extérieure) Pression relative dans la bâche 2 mbar La température en entrée des moteurs 35 C Teneur CH4 54 % Teneur CO2 46 % Teneur H2S 80 ppm Appareil de mesure pour le CH4, CO2 et H2S Sewerin SR2-DO (portable) Fréquence des mesures pour le CH4, CO2 et H2S Tous les 15 jours Ces caractéristiques normales sur une installation agricole imposent un traitement du biogaz avant utilisation dans les modules de cogénération. Traitement du biogaz Elément à traiter Refroidissement Vapeur d eau (H2O) Acide sulfuré (H2S) Mode de traitement Naturel (conduite enterrée de 150m de long) Siphon de décantation Injection d air dans le digesteur par un petit compresseur Valorisation du biogaz Le biogaz épuré est brûlé dans deux modules de cogénération pour produire de l électricité et de la chaleur sous forme d eau chaude à 90 C. Le second module de cogénération est utilisé en appoint lorsque la production de biogaz est importante. Cogénération 1 Cogénération 2 Marque Jenbacher Schnell Type de moteur J 212 GS-B.LC Perkins TWG1 Type d alternateur Stamford HCI Synchrone Stamford UCI Synchrone Combustible Biogaz (280 m_/h) Gasoil (2l/h) et Biogaz (50 m_/h) Rendement 38 % électrique et 47% en chaleur 36 % électrique et 48% en chaleur Puissance nominale 500 kwé et 618 kwth 100 kwé et 131 kwth Temps de fonctionnement h/an h/an Vidange toutes les h de fonctionnement toutes les 600 h de fonctionnement Entretien toutes les h de fonctionnement toutes les h de fonctionnement Durée de vie h h En cas de surplus de biogaz ou lorsqu il y a un problème sur les modules de cogénération, le biogaz peut être brûlé dans la chaudière de l installation. Ce qui permet de maintenir les digesteurs à température et de continuer à alimenter le réseau communal de chaleur. Chaudière Marque Buderus avec Brûleur Weishaupt Combustible gasoil ou biogaz Rendement 90% Puissance nominale kwth (couvre la production totale de biogaz) Fonctionnement 300 h/an Maintenance révision annuelle Durée de vie 15 année

6 Bilan de l installation Bilan énergétique et environnemental annuel (année 2005) Consommation d énergie fossile : MWh Production de culture énergétique Transport des matières Epandage du digestat Cogénération et chaudière Réseau électrique Litres de fuel soit kwh kwh Production d énergie verte valorisée : MWh m 3 de Biogaz : kwh 45 % Chaleur : kwh 36% Electricité : kwh 18% de pertes 35 % : kwh 20 % 45 % de pertes Vente Réseau de chaleur urbain Besoin de l installation Vente Réseau électrique Fournisseur d électricité du Grand-Duché de Luxembourg Energétique Environnemental Bilan kwh d énergie Evite l émission de 4300 t CO 2 /an 2324 tonnes/an (substitution de CO2 d origine fossile) 1976 tonnes/an (équivalent aux 470 m_ de méthane non émis au dessus des fosses de stockage) Efficacité L installation produit 5,0 fois plus - 91 % d émission d énergie qu elle n en consomme De gaz à effet de serre Ce bilan énergétique et environnemental déjà positif sera encore amélioré une fois le réseau de chaleur entièrement valorisé. Bilan social L installation biogaz a permis la création d un emploi. En effet, l installation requière la main d œuvre suivante : > Temps de surveillance : 2 h/jour Soit 1,5 d un temps plein réparti entre 2 salariés de la > Temps de maintenance : 3 h/jour } coopérative et les agriculteurs > Temps de gestion des matières : 8 h/jour Bilan économique approché Investissement total : Financement : > 47% d aides par le Ministère luxembourgeois de l Agriculture : > 2% d autofinancement par les agriculteurs (4.000 par membre de la coopérative) : > 51% de prêt bancaire porté par les agriculteurs Dépenses annuelles Personnel Achat d électricité Fuel pour l appoint de chaleur Fuel pour la cogénération Maintenance (pièces, main d œuvre, ) Production de plantes énergétiques Total /an Revenus annuels Vente de l électricité : kwh x 0,1023 /kwh Vente de la chaleur : kwh x 0,03 /kwh Total Retour sur investissement approché (ne tient pas compte du remboursement de l emprunt) : 14 ans /an