GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE FICHE DE LECTURE. Bilan d exploitation d une mini cogénération mise en place pour des logements collectifs

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1 GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE FICHE DE LECTURE Bilan d exploitation d une mini cogénération mise en place pour des logements collectifs Projet de Fin d Etudes réalisé au COSTIC par Anne RESSE-LECLERC Tuteur : Bernard FLAMENT MAI 2011

2 Départ vers réseau secondaire Retour sous station réseau Présentation de la problématique et du contexte Depuis les années 2000, des systèmes appelés cogénérations sont proposés aux clients de Cofely afin de réaliser des économies d énergie. En effet des installations de cogénération et plus particulièrement de mini-cogénération se sont développées dans le domaine de l habitat collectif. Ces systèmes permettant de produire simultanément de la chaleur et de l électricité à partir d un même module font partie intégrante des solutions économes en énergie. Depuis dix ans chez Cofely, trois installations de cogénération ont été implantées dans la région lyonnaise et notamment la mini-cogénération du Vergoin. Cette cogénération n ayant été mise en fonctionnement que depuis 2009, Cofely ne dispose pas encore de retour d expérience détaillé sur cette installation. Seul un suivi classique a été réalisé sur l année Cette installation étant la première mini-cogénération mise en place par Cofely, il a donc été décidé de réaliser un bilan d exploitation plus poussé afin de savoir si la méthode de dimensionnement utilisée pourrait convenir pour d autres installations futures. Les attentes de Cofely sur ce projet sont, dans un premier temps, de savoir si la cogénération a été correctement dimensionnée notamment le choix de la puissance du moteur par rapport aux besoins thermiques de l installation. Par la suite, un bilan technique plus poussé devra être réalisé afin d observer le fonctionnement de la cogénération durant toute la saison de chauffe et ainsi de repérer des solutions qui pourraient optimiser l installation. Principe d une mini cogénération La mini cogénération permet la production conjointe d énergie thermique et d énergie mécanique, généralement transformée en électricité, à partir de la même source d énergie. Ce système permet de valoriser la chaleur produite par la production d électricité en l utilisant pour des besoins de type chauffage ou d ECS. Les mini cogénérations en habitat collectif proposent une solution économe en énergie primaire de production de chaleur et d électricité. Son apparition dans les chaufferies collectives s est imposée en tant que base de production de chaleur. La cogénération produit une quantité fixe de chaleur tout au long de la saison de chauffe et des chaudières, au gaz par exemple, viennent apporter le complément d énergie de chauffage souhaitée. fumées Echangeur final sur eau Echangeur sur fumées Catalyseur Moteur gaz Echangeur sur moteur cogénération Llimite du module de cogénération Electrovannes arrivée gaz alternateur Compteur EDF La cogénération produit de la chaleur grâce à deux systèmes de récupération. Dans un premier temps, la chaleur du moteur est récupérée par le fluide eau/glycol du circuit de récupération de la cogénération. Ce fluide fait partie intégrante du système de refroidissement du moteur. Le fluide passe ensuite dans l échangeur de fumées de la cogénération afin de récupérer l énergie évacuée par les fumées qui peuvent atteindre jusqu'à 600 C. Pour finir, le fluide ainsi réchauffé passe dans un échangeur communiquant avec l eau du réseau, lui transférant ainsi toute son énergie. Le fonctionnement du moteur est

3 similaire à celui d un véhicule exception faite que le combustible est du gaz, il entraine l alternateur qui, à l aide d un système de bobines produit de l électricité. Présentation de la chaufferie du Vergoin La chaufferie du Vergoin est composée de trois chaudières, un condenseur et une minicogénération. Cette installation permet de fournir les MWh nécessaire en chauffage des 500 logements du groupe immobilier du Vergoin. Départ sous stations Retour sous stations Cogénération Condenseur fumées chaudières Figure 1 schéma de l'installation de la chaufferie du Vergoin L installation de cogénération est soumise à 4 types de contrats : Le contrat client, définissant le type de marché et la prestation de maintenance Le contrat d achat de gaz (tarif B2S, Provalys) Le contrat de revente d électricité Le contrat de revente d électricité fixe le prix du rachat d électricité produite par la cogénération et des valeurs cibles à atteindre par ce système. Ce contrat est de type C01 et permet au cogénérateur de revente l électricité produite par la cogénération à un tarif avantageux. Il impose une cible de performances à atteindre afin de bénéficier du statut de cogénérateur et ainsi pouvoir revendre l électricité produite par le biais de ce contrat. Le contrat de maintenance de la cogénération (Cogenco) Après avoir posé les bases du principe de la mini-cogénération, le contexte dans lequel elle intervient et son environnement réglementaire, les éléments qui suivent présentent le bilan d exploitation, ses objectifs et la façon dont il a été réalisé.

4 Réalisation d un bilan d exploitation Campagne de mesures L objectif de cette campagne de mesure est de d observer et de comprendre les interactions entre le réseau primaire et la cogénération. En effet, cette campagne de mesure s inscrit dans une démarche de vérification du dimensionnement de la cogénération. Les résultats de cette campagne pourront permettre de confirmer si la puissance de la cogénération a été Départ général chaudières Départ général sous stations correctement dimensionnée. L analyses de mesures pourra fournir des informations sur le Retour général chaudières Retour sous stations / Entrée Cogénération Condenseur fumées chaudières Cogénération nombre de déclassement 1 et sur la chaleur valorisée sur le réseau. Ce sont ces éléments qui permettront de tirer des conclusions sur le dimensionnement de la cogénération. Emplacement des sondes Le schéma précédent montre les points spécifiques où ont été posées des sondes de température. La campagne de mesures a été réalisée du 17 au 31 Mars, date d arrêt 2 de la cogénération. Les résultats sont les suivants. 95 Evolution des Températures de l'installation du Vergoin du 24 au 27 MARS 2011 Arrêt manuel chaudières Puissance Electrique produite en kw 235 T Départ général chaudières T Départ général vers sous stations 75 Température en C T Entrée Cogénération / Retour S-Stations T Sortie cogénération T Retour général chaudières 35 Température extérieure déclassements 35 Puissance électrique 5 01:10:00 07:50:00 14:30:00 21:50:00 04:40:00 11:20:00 18:00:00 00:40:00 07:20:00 14:00:00 20:40:00 03:20:00 10:00:00-15 Dans un premier temps, on peut observer que la cogénération n a déclassé que seize heure à cause de la température extérieure trop élevée. De plus, on remarque également que la cogénération suffit à produire les besoins des 500 logements entre une température de 15 et de 20 C. Ces conclusions valident donc le fait que la puissance, et donc le moteur de la cogénération a été bien dimensionné. 1 Le déclassement de la cogénération est l arrêt complet du système. Lorsque la température de l eau dans l entrée de la cogénération est trop élevée, la cogénération s arrête afin d éviter les surchauffe qui pourraient provoquer des dommages mécaniques. 2 Cet arrêt est défini dans le contrat de rachat d électricité

5 Solutions d amélioration La campagne de mesure sur l installation de chaufferie, avec cogénération à l arrêt, a permis de mettre en reliefs les améliorations qui peuvent être apportées à cette installation de cogénération grâce à l étude des températures de l installation. Le bilan énergétique a permis de vérifier si les rendements électriques et thermiques, les consommations et productions de la cogénération sont conformes aux attentes de Cofely. Le bilan financier a quant à lui permis de juger sur quels postes il serait possible de réaliser des économies. Des solutions ont donc été proposées afin de réduire le nombre de problèmes et optimiser l installation. Voici quelques unes d entre elles : Diminution de la puissance du brûleur de la chaudière principale en intersaison en vue de la faible puissance de chauffage demandée. Amélioration des interactions entre la régulation de la chaufferie et celle de la cogénération Souscription à un tarif de gaz dérégulé D un point de vue dimensionnement, la cogénération à été parfaitement dimensionnée, il n y a que peu de déclassement et la cogénération peut subvenir seule aux besoins du réseau de chauffage entre 14 C et 20 C. Les améliorations qui peuvent être effectuées concernent plus l interaction entre la cogénération et la chaufferie. La réalisation de ce bilan d exploitation a donc permis à Cofely d obtenir une étude détaillée sur le comportement de la mini-cogénération sur la saison de chauffe Suite à cette analyse, il est désormais possible de dire que la mini-cogénération du Vergoin a été bien dimensionnée et respecte les prévisions qui avaient été faites en termes d études, notamment rendements, production et consommation. Les campagnes de mesures et les bilans ont également permis de mettre en relief les améliorations qui pourraient être réalisées sur cette installation et ainsi optimiser sa performance sur les 10 années à venir. L intérêt de cette étude étant de pouvoir valider un modèle d installation de mini-cogénération permettant ainsi d aider au dimensionnement de futures installations qui pourraient être mises en place par Cofely. Bien que la cogénération soit, d un point de vue énergétique, une solution de production de chaleur et d électricité à haut rendement et respectueuse de l environnement, son installation reste tributaire des contrats auxquels elle est associée. Ainsi même si la cogénération du Vergoin peut servir de référence pour un dimensionnement, il faut rester conscient que les installations sont dépendantes du contexte législatif qui les encadre. La mise en place d une nouvelle installation devra donc faire l objet d une étude approfondie du contexte législatif, des normes, des tarifs de rachat d électricité, de vente de gaz et de maintenance afin d assurer la rentabilité de l installation sur toute la durée de son contrat.