La cogénération. Dimitri EGGERMONT (& Annick LEMPEREUR) Service du Facilitateur en Cogénération pour la Wallonie

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1 La cogénération Dimitri EGGERMONT (& Annick LEMPEREUR) Service du Facilitateur en Cogénération pour la Wallonie

2 La cogénération : Pourquoi? La cogénération Objectifs de l exposé Principe, avantages et limites Pour qui? Le bon candidat Comment? Bon dimensionnement, intégration, suivi

3 Après avoir pris les mesures nécessaires pour réduire les consommations de combustible

4 Pourquoi ne pas produire une partie de la chaleur réellement nécessaire tout en couvrant une part des consommations électriques?

5 99 kwh (11%) 487 kwh (53%) LA COGENERATION PAR 327 kwh (36%) 913 kwh (gaz naturel)

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7 Définition de la cogénération Théorique : La cogénération La cogénération est la production thermodynamique simultanée de 2 (ou plusieurs) formes d énergie à partir d une même énergie primaire Pratique : La cogénération est la production combinée d électricité et de chaleur valorisée à partir d une même énergie primaire µ-cogen Si la puissance électrique < 10 kwé (facilités administratives) micro-cogen domestique Si la puissance électrique = 1 kwé

8 Puissance électrique [kw électriques] : La cogénération Caractéristiques principales d une cogénération Puissance aux bornes de l alternateur entraîné par le moteur à régime nominal Typiquement pour les moteurs à combustion interne : e/ 5 kwé et 1000 kwé Puissance électrique brute sans déduction de la consommation des auxiliaires Puissance électrique nettepuissance réellement valorisable Puissance thermique [kw thermiques] : Flux total de chaleur récupérée à différents niveaux possibles (circuit d eau de refroidissement du moteur, gaz d échappement, huile moteur, alternateur) Typiquement pour les moteurs à combustion interne : e/ 10 et 1000 kwth Puissance thermique nominale (brute) Fiche technique de la machine Puissance thermique valorisée (nette) Flux de chaleur utilisé pour des besoins réels de chauffage ou ECS (en «bon père de famille»)

9 Puissance primaire : Consommation de combustible à régime nominal Rendement électrique [%] : Puissance électrique Puissance primaire La cogénération Notions de rendement Typiquement compris entre 30 et 40 % pour des moteurs à combustion interne Rendement thermique [%] : Puissancethermique Puissance primaire Typiquement compris entre 55 et 45 % pour des moteurs à combustion interne

10 Pourquoi est-ce intéressant de produire simultanément chaleur et électricité?

11 Bilan des centrales électriques en Wallonie pour TWh/an (65%) ou 6.1 milliards litres mazout 94.5 TWh/an 33.2 TWh/an (35%)

12 Une cogénération de qualité réduit les consommations d énergie et les émissions de CO 2 Par rapport aux technologies de référence

13 Principe de la cogénération La cogénération Produire chaleur et électricité avec la même machine kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) (40 % élec) Chaudière (45 % therm) chaleur gaz naturel (90 %) 375 pertes 943 Une économie de 568 kwh de gaz naturel (19 %)!

14 De l électricité au prix du combustible kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) (40 % élec) Chaudière (45 % therm) chaleur gaz naturel (90 %) 343 pertes kwh de gaz kwh d électricité 3 à 6 c / kwh gaz << 8 à 18 c / kwh é

15 La cogénération réduit les émissions en CO 2 F = 628 kg CO 2 G = E réf + Q - F = 143 kg CO 2 τ = G / E réf = 31 % Eréf = 456 kg CO CV quand kwh é = 2 c /kwh é Q = 314 kg CO2 kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) (40 % élec) Chaudière (45 % therm) chaleur gaz naturel (90 %) 375 pertes 943 Coefficient d émission CO 2 : 251 kg CO 2 /MWh de gaz naturel

16 Conditions nécessaires pour être une cogénération de qualité et se voir octroyer des Certificats Verts : - Conçue en fonction des besoins de chaleur de l utilisateur et qui réalise une économie d énergie par rapport à la production séparée des mêmes quantités de chaleur et d électricité dans des installations modernes de référence Référence électrique : 55% de rendement Référence thermique : 90% ou Rendement global de la cogénération si > 90% - Taux d économie de CO 2 de minimum 10% - Chaleur utilisée en bon père de famille prise en compte dans le calcul des Certificats Verts - Energie fonctionnelle déduite Productions nettes considérées Infos: Code de comptage wallon et

17 La méthode de calcul wallonne du nombre de CV pour les cogénérations de qualité dont le taux d économie de CO 2 est de minimum 10%

18 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 généralement pas 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, )

19 Différentes techniques de cogénération existent Le moteur étant la plus répandue

20 Avantages : La cogénération Le moteur à combustion interne Disponible à partir des très faibles puissances (3 kwé 8 kwth) Bon rendement électrique et bon rendement global Bien adapté pour suivre une demande variable Bien adapté pour la préparation d eau chaude Inconvénients : Durée de vie limitée (50 à heures de fonctionnement) Entretiens programmés indispensables pour atteindre cette durée de vie Coût de maintenance élevé Peu propice à la production de vapeur

21 Exemples 0.9 m Maison communale d Amel 5 kw é 1.8 m 3.4 m CPAS de Namur 120 kw é Hôpital Militaire (Bruxelles) 300 kwé

22 Exemples : moteurs à l huile de colza La cogénération Centre ville (Ottignies) 3 x 30 kw é Centre Culturel Hôtel de Ville Hôtel Best Western (Charleroi) 12 kw é Administration CPAS Citroën (Bruxelles) 2 x 30 kw é

23 Moteur au biogaz : Pré-digesteur Source : IRCO La Surizée (Surice) 200 kw é

24 Le moteur à combustion externe Micro cogénération domestique Puissance électrique: 1 kw Puissance thermique: 7 à 28 kw Rendement global dépend des conditions Budget (mais diminution espérée avec l apparition de concurrence) Difficilement rentable aujourd hui, sans la réduction d impôts Remeha Whispergen

25 Les fournisseurs Bosch Aussi AISIN Toyota Group (Electrotech) Van Wingen Junkers Viessmann Vaillant De Dietrich Elco Tedom Coretec EC Power Thema CES Liste des acteurs.xls

26 Avantages Adapté pour la production de vapeur Moins d entretien que pour les moteurs Tout combustible pour la turbine à vapeur La cogénération Mais aussi La turbine à gaz ou à vapeur Inconvénients Moins adapté à suivre une demande variable Peu disponible dans les petites puissances (généralement installées à partir d 1MWé) Rendement électrique plus faible que les moteurs

27 La cogénération Pour qui?

28 Situation en 2007 Bilan ICEDD déc : La cogénération Etude du potentiel de la cogénération en Wallonie màj juillet 2007 Machines > 5kWé 457 MW é & MW th pour 107 unités 1.4 TWh é /an (6.3 % de la consommation) et 5.1 TWh th /an Potentiel technique maximal (supplémentaire): 820 MW é & 998 MW th 5.3 TWh é /an (23 % de la consommation) et 6.4 TWh th /an Situation en 2010 : 481 MW é pour 135 unités

29 Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération 3 critères importants : Besoins en chaleur «importants et assez constants» (bon profil journalier, hebdomadaire et mensuel) Besoins en électricité «importants et assez constants» (bon profil journalier, hebdomadaire et mensuel,) Possibilité d intégration sur le site (place disponible, accès, raccordement, charge au sol, ) Mais avant de commencer: pensez URE!

30 1 er critère : Bon profil de chaleur Une production continue La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération 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

31 Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération 1 er critère : Bon profil de chaleur Une production 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

32 1 er critère : Bon profil de chaleur Une production continue La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération 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

33 1 er critère : Des besoins de chaleur importants La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Pour installer le plus grand système possible

34 1 er critère : Des besoins de chaleur importants La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Pour installer le plus grand système possible

35 1 er critère : Des besoins de chaleur importants La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Pour installer le plus grand système possible

36 2 ème critère : avoir un bon profil électrique La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération 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

37 2 ème critère : avoir un bon profil électrique La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Pour maximiser l auto-consommation d électricité Puissance- kw Profil d'électricité du Favorable : auto-consommation 500 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

38 3 ème critère : possibilité d intégration sur le site? La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Place disponible?

39 3 ème critère : possibilité d intégration sur le site? La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Acheminement?

40 3 ème critère : possibilité d intégration sur le site? Raccordement électrique La cogénération Caractéristiques du bon candidat pour une cogénération Contacter le gestionnaire de réseau de distribution Raccordements? Branchement en parallèle sur le réseau + Réglementation Synergrid Synchronisation & Relais de découplage Raccordement hydraulique Connexion avec l installation existante

41 Le bon dimensionnement Une étape cruciale!

42 Importance du bon dimensionnement La cogénération Une unité de cogénération mal dimensionnée pose des problèmes : Si la puissance installée est trop grande : moteur ne tourne pas bien voire pas du tout, trop d arrêts/démarrages, usure prématurée, coût d entretien élevé, mauvais rendements. Si la puissance est trop faible: techniquement, ce n est a priori pas un souci mais il y a un manque à gagner.

43 Règles pour le dimensionnement d une cogénération Il n existe pas de formule toute faite pour dimensionner une cogénération!

44 Quelques lignes directrices La cogénération Dimensionner en fonction des besoins thermiques (afin de valoriser toute la chaleur produite et ainsi être une «cogénération de qualité») Assurer la base des besoins thermiques (pour éviter démarrages arrêts intempestifs) Eviter de revendre trop d électricité produite au réseau (pour valoriser l électricité produite au meilleur tarif)

45 Constat : La cogénération Pour un même bâtiment, il est possible d installer différentes tailles d unités de cogénération kw th Monotone des besoin thermiques pour le CA -SPW Bd du Nord (Namur)

46 Comment déterminer la taille qui rapporte le plus? Une seule manière «fiable» : Simuler le fonctionnement «réel» de la cogénération Etude de faisabilité (avec COGENsim 3.11.xls)

47 Aspects financiers...

48 Etablir le bilan financier Gain annuel net: Gains: Production électrique Auto-consommation et revente Production thermique Chaleur en moins à produire par chaudière Certificats VertsSelon l économie de CO2 réalisée par trimestre Dépenses: Achat combustible cogen Entretien Investissement net : Investissement machine (+ballon)+installation aides TRS, VAN,...

49 Aides financières La cogénération Etude de faisabilité Investissements Non commercial UREBA Commercial AMURE 50 % 50 % (75 %) UREBA : 30 % (15% si cumulée) Autres: par exemple aide Infrasport, Aides UDE pour le privé : jusqu à 30 % d aide selon taille de l entreprise, lieu d implantation, puissance et combustible de la cogénération Primes Fond - Energie Cogénération de qualité : 20% max Déduction fiscale 13,5 %

50 En pratique Cogen dans un hôtel Moteur à l huile de colza depuis mai kw é & 26 kw th Rendements : 29% (élec) & 63% (therm) Fonctionnement : heures/an Ballon de stockage : litres (10 heures) Investissement net : Gain annuel net : (substitution d une production d ECS électrique ) Temps de retour : env 3 ans Economie en CO 2 : kg/an Octroi de 117 certificats verts/an La cogénération

51 Intégration chaufferie et suivi...

52 Intégration chaufferie et points d attention Connexion en série sur la chaudière utilisateur cogen chaudière

53 Intégration chaufferie et points d attention Connexion en parallèle sur la chaudière utilisateur stockage cogen chaudière

54 Intégration chaufferie et points d attention Points d attention: Portée au sol (pour la cogen et éventuellement le ballon de stockage) Prendre les précautions nécessaires pour réduire le bruit et les vibrations La pression et le débit de gaz sont-ils suffisants? Attention à la qualité de l eau (encrassement des échangeurs) Evacuation des gaz d échappement (tubage de la cheminée) Régulation entre la (les) chaudière(s) et la cogénération (cogen prioritaire) Attention aux débits/températures eau de retour du circuit de chauffage

55 Le suivi de la cogénération Une cogen demande un suivi régulier Le suivi journalier: fuites d huile ou autre, bruits ou vibrations anormales La maintenance régulière: selon le programme d entretien du fabricant: Vidange d huile, contrôle de l allumage, etc entretien curatif et préventif Le suivi d optimalisation Suivi des rendements électrique et thermique Du nombre d heures de fonctionnement

56 40.000h h h 6.000h 1.800/2.800h 700/900h na 150h Description R3 R2 R1 M3 M2 M1 M0 Jour Dresser les paramètres de l'entreprise Contrôler le niveau d'huile Contrôler le niveau et la pression d'eau Contrôler le moteur et les canalisations au niveau des fuites Contrôle audiovisuel du moteur Contrôler le purgeur d'air et le purgeur de condensat Contrôler les accumulateurs ( niveau électrolytique) Contrôler le système de gaz d'échappement Remplacer l'huile et le filtre à huile Nettoyer le filtre à air du moteur, si nécessaire le remplacer Contrôler les bougies d'allumage, si nécessaire les remplacer Contrôler les câbles d'allumage Contrôler le jeu de soupapes Contrôler les joints en caoutchouc Contrôler le moment d'allumage Contrôler le compteur compte-tours et l'actuateur Contrôler les sécurités Contrôler les fonctions de commande Contrôler la régulation lambda Contrôler l'arrivée de gaz Contrôler le niveau de glycol Contrôler le reniflard Mesurer la pression du carter Effectuer un test de compression Endoscopie de la chambre de combustion Remplacer les câbles d'allumage Nettoyer le filtre à air de la chambre, si nécessaire le remplacer Contrôler la pompe à eau Remplacer la sonde O2 Mesure des émissions Contrôler la connexion moteur/générateur Contrôler les échangeurs thermiques Remplacer les pièces du filtre à gaz Remplacer la membrane du régulateur de pression Vérifier le turbo/refroidisseur, si nécessaire les remplacer Remplacer les têtes de cylindre Remplacer les joints en caoutchouc Contrôler le démarreur, si nécessaire le remplacer Nettoyer/vérifier le mélangeur Vérifier la pompe à eau de refroidissement, si nécessaire la remplacer Remplacer l'amortisseur de vibrations Revision du moteur( pistons, roulement,... )

57 La cogénération de qualité : La cogénération Retenons que Permet de diminuer la facture énergétique globale d un bâtiment (diminution de la facture d électricité mais augmentation de la facture de combustible du site) Est favorable pour l environnement Dimensionnement et faisabilité doivent être étudiés au cas par cas Ne remplace pas les chaudières (sauf les micro-cogen domestiques) mais les complète utilement Nécessite un suivi plus important et un investissement complémentaire pouvant être récupéré plus ou moins rapidement

58 Questions? Ir. Annick Lempereur Ir. Dimitri Eggermont Facilitateur en Cogénération pour la Wallonie Bd Frère Orban, 4 à 5000 Namur Tél : : fac.cogen@icedd.be Une multitude d informations sur le site portail Energie de la Wallonie :