Cas pratique d une installation de cogénération. Introduction Rappel principes de base cogénération

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1 Cas pratique d une installation de Introduction Rappel principes de base Circuit de valorisation thermique (intégration hydraulique) Organes de régulation hydrauliques (dimensionnement, ) et équipements Schéma de principe (cas : hôtel, bâtiment mixte bureaux et appartements, chocolaterie) Ballon tampon? Intégration électrique (raccordement au réseau électrique) Conduit d évacuation des gaz de combustion et ventilation Comptage : chaleur et électricité Étude de faisabilité : points d attention (accessibilité, ) Exploitation et maintenance 1 Introduction La intègre les composants pour : Produire de l électricité Récupérer l énergie thermique Réguler le fonctionnement du groupe Rendement global annuel de 85 à 90% Courant alternatif BT de 20 kw à 1 MW Puissance thermique = 1,2 à 2 fois la puissance électrique 2 1

2 Introduction A partir de quand envisager une étude de pertinence pour la : Quand le rapport entre le coût des consommations électriques et le coût des consommations en combustible > à 2,5 3 Introduction - Dimensionnement 4 2

3 Introduction Profils type 5 Introduction Valoriser les temps de fonctionnement 6 3

4 Introduction Valoriser les temps de fonctionnement 7 Introduction composants de l installation 8 4

5 Introduction composants de l installation Six composants fondamentaux : Moteur pour la production mécanique Génératrice pour la production électrique Système de récupération de chaleur Système d évacuation des gaz de combustion Armoire électrique Enceinte insonorisée 9 Introduction moteur Moteur gaz ou moteur diesel converti au gaz / moteur alimenté en huile de colza Vitesse de rotation constante : 1500 tr/min 10 5

6 Introduction alternateur Alternateur synchrone ou asynchrone Production courant alternatif triphasé basse tension Le module fournit sa puissance en 1 à 2 minutes entre environ 50 à 100% de la puissance électrique 11 Introduction Récupération thermique sur 3 postes Circuit de lubrification moteur par échangeur huile - eau Circuit de refroidissement moteur par échangeur eau eau (récupère la majeure partie de la chaleur émise) Tubes air eau qui récupèrent la chaleur des produits de la combustion Séparation entre circuit de distribution et circuit récupération bloc moteur (échangeur de chaleur à plaques) 12 6

7 Introduction Récupération thermique sur 3 postes 13 Introduction Récupération thermique sur 3 postes 14 7

8 Introduction Récupération thermique sur 3 postes 15 Introduction Armoire de commande 16 8

9 Introduction Enceinte insonorisée Les bruits émis par le moteur en fonctionnement sont de l ordre de 100 à 110 db Réduction debruit possible au niveau des gaz d échappement possible par le placement d un silencieux (réduction à 50 db) Placement de plots anti-vibratoires entre cogénérateur et socle (évite les transmissions de bruit à la structure du bâtiment) 17 Introduction Enceinte insonorisée Silencieux placé sur cogénérateur de 207 kw th / 140 kw électriques 18 9

10 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Énergie thermique valorisée sur un réseau hydraulique : Chauffage des bâtiments avec ou sans production d ECS Circuit hydraulique de process (industrie) Critères d intégration d une sur installation exisante : Pas de perturbation de l installation existante par augmentation des pertes de charge Assurer le débit exigé par le constructeur quels que soient la charge et le fonctionnement du circuit d utilisation Ne pas générer de mélange qui augmenterait ou diminuerait la t de retour au dessus ou en deçà des valeurs prescrites par le fabricant Si besoins thermiques non constants prévoir un ballon de stockage : énergie y est stockée pour être valorisée ultérieurement 19 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique 20 10

11 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Privilégier l indépendance hydraulique du module de par rapport aux chaudières : ballon tampon ou bouteille de découplage (permet de travailler à débit constant et de maîtriser les t d entrée vers la ) 21 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Contrôle de la t de retour avec vanne mélangeuse placée en relèvement de t (PID géré par l automate de commande) plutôt que circulateur à débit variable ou circulateur à fonctionnement «séquentiel» - meilleure maîtrise de la t de retour, pas de trains de chaleur et débit constant dans l unité de = même principe que celui appliqué aux chaudières gaz ou mazout qui nécessitent des t supérieures au point de rosée 22 11

12 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Contrôle de la t de retour avec vanne mélangeuse placée en relèvement de t 23 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Placement de vannes de réglage pour contrôler les débits et assurer la compatibilité des débits : 24 12

13 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique Soin particulier à apporter au dimensionnement et à la sélection de la vanne 3 voies et des pompes: Calcul de l autorité des vannes 3 voies (33 à 50%) Sélection des pompes sur base des débits et HMT (voir caractéristiques ) 25 Soin particulier à apporter au dimensionnement des pompes: point de fonctionnement 8,9 m³/h et HMT 5,96 m 26 13

14 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique : cas d un hôtel bruxellois 27 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique : cas d un hôtel bruxellois Envisager l intégration de l ensemble - ballon tampon comme une «seule» chaudière et les placer en tête de cascade Veiller à ce que le cogénérateur mais aussi toutes les chaudières de la cascade puissent être isolés de la cascade par l installation de vannes d isolement motorisées (limite les pertes à l arrêt et évite d avoir un «radiateur» de plusieurs centaines de kw en chaufferie) Si absence de ballon de stockage : risque de surchauffe momentanée au moment de la mise en route d une des chaudières avec arrêt pour cause de t de retour trop élevée L eau chaude issue de la circule dans la chaudière (quand chaudières et fonctionnent en parallèle) avec pour effet une augmentation des pertes à l arrêt et une incompatibilité avec les chaudières basse t et à condensation Puissance chaudière permet d apporter un appoint thermique et doit permettre une grande plage de modulation pour couvrir de manière optimale les besoins (si chaudière trop puissante = risque surchauffe et donc fonctionnement «stop and go» de la DONC 28 14

15 Circuit de valorisation thermique intégration hydraulique : cas d un hôtel bruxellois Intégration d un ballon tampon car plus de flexibilité: s il y a des besoins électriques sans demande de chaleur l excédent peut être stocké Si stockage chargé : priorité à la cuve tampon lors de la demande de chaleur; ensuite appoint généré par la ; et enfin si demande chaleur se poursuit on engage la 1 re chaudière en modulation de base, puis la 2 e chaudière en modulation de bas, PRIORITÉ AU COGÉNÉRATEUR, PUIS FAIRE TRAVAILLER les chaudières en parallèle à la plus petite charge possible (pic de rendement pour les chaudières à condensation vers 15 à 20% de charge) Adéquation entre et capacité de stockage : calcul de la cuve tampon sur base de la courbe des besoins thermiques journaliers (ex hôtel : 6 m³ pour 207 kw th / bâtiment mixte : 3 m³ pour 63 kw th) 29 Circuit de valorisation thermique (ex: application industrielle et logements) 30 15

16 Intégration électrique L armoire électrique comprend : -Le circuit de puissance sur lequel se raccorde le câble de puissance -Le système de couplage -Principe de base: autoconsommer et éviter de revendre au réseau pour valoriser l électricité produite au meilleur tarif 31 Intégration électrique protection de découplage Protection du réseau de distribution par placement d un relais de découplage : déconnecte le module du réseau en cas d anomalie (absence de tension, valeurs de tensions anormales, ): - Découplage de l alternateur du réseau lors d un incident sur le réseau de distribution - maintenir la qualité du réseau - assurer la sécurité des personnes travaillant sur la ligne amont MAIS ENCORE 32 16

17 Intégration électrique protection de découplage - Protection de la car évite son couplage au réseau quand il se «remet en place» (le choc pourrait détruire l alternateur - Différents types de relais de découplage en fonction du nombre de paramètres surveillés La protection à installer dépend : - De la puissance électrique fournie par le module - Du mode de fonctionnement (fonctionnement comme générateur de secours ou non) - Du raccordement sur le circuit HT ou BT - Approbation du module par SIBELGA 33 Conduit d évacuation des gaz brûlés et ventilation - Les gaz de combustion sont en pression dans le conduit: - le module doit disposer de son propre conduit - le conduit doit être étanche - les méthodes usuelles de calcul des cheminées ne sont pas d application - la sélection du conduit se fait en fonction de la vitesse d écoulement des fumées, de leur débit (donnée constructeur) et de leur t en sortie du récupérateur ( C) - Exemple : module de 36 kw thermiques diam. 150 et hauteur 35 mct 34 17

18 Conduit d évacuation des gaz brûlés et ventilation - La ventilation doit : - assurer la ventilation en air comburant de la et des chaudières - évacuation chaleur + air vicié - Débit d air comburant : 2,18 m³/h / kw P utile - si les pertes par ventilation et par rayonnement = 10% de la puissance utile du module, le débit ventilation nécessaire au refroidissement du local : -0,1 * Pu / Cp * r * Dt d où 20 * Pu -Exemple : pour 200 kw 35 dm² (basse) et 31 dm² (haute) 35 Comptage - Ne pas oublier de comptabiliser : - la quantité de chaleur produite par le cogénérateur - la consommation en combustible - la quantité d électricité produite 36 18

19 Réalisation - Attention particulière à : - la possibilité de rentrer facilement le cogénérateur et le ballon de stockage (coûts de manutention trop élevés risquent d augmenter les temps de retour ) - la taille du compteur de gaz (débit chaudières + ) et la perte de charge dans la conduite calculée selon NBN (pression gaz à l entrée du bloc de minimum 20 mbar autrement risque de mise en sécurité au démarrage + mauvaise autorité clapet gaz) - prévoir siphon pour l évacuation des condensats - prévoir des pièges à boues sur circuit hydraulique - prévoir des compensateurs sur les raccordements hydrauliques 37 Exploitation et maintenance - Souscrire impérativement à un contrat de maintenance: - coût varie entre 2 et 2,70 /h de fonctionnement suivant formule retenue - pour la, les raccordements hydrauliques, alimentation gaz et cheminée et raccordements électriques 38 19

20 Exploitation et maintenance - Enjeux de la maintenance: - minimiser les risques encourus (viser à atteindre les objectifs énergétiques et de rentabilité enisagés à la conception) - pertes d exploitation (perte de puissance électrique, perte de puissance thermique ou surconsommation liée à un mauvais réglage) - Usure prématurée du matériel (coûts + indisponibilité de la ) : respecter les critères de temps de fonctionnement (min 120 minutes / démarrage) et limiter le nbre de démarrages - mise à l arrêt de la la plus courte possible - télésurveillance (relevé et archivage des paramètres, déclenchement alarme à distance et reset à distance) 39 Exploitation et maintenance 40 20

21 Exploitation et maintenance 41 Exploitation et maintenance 42 21

22 Exploitation et maintenance 43 Merci pour votre attention 44 22