La cogénération et PAC

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1 Bruxelles Environnement Service du Facilitateur Bâtiment Durable «Remplacement des chaudières dans les immeubles à appartements» La cogénération et PAC Yves LEBBE Spécialiste Cogénération 7 octobre 201

2 Plan de l exposé: C est quoi la cogénération, le principe de fonctionnement? Comment fait-on de la cogénération? Pourquoi installer une cogénération? Les technologies les plus courantes Les limites de la cogénération Critères à prendre en considération Les étapes d un projet de cogénération Réaliser une première étude de pertinence Aides et primes Mécanisme des CV pour la cogénération 2

3 Principe de la cogénération: la production combinée de deux formes d énergie (électricité et chaleur «valorisées») à partir d un même combustible. micro-cogénération si Pé < 50 kw micro-cogen domestique: +/- 1kWé 16% 100% 24% éléc 60% therm La cogénération est surtout pertinente pour des bâtiments avec une demande en chaleur assez constante et plus ou moins importante, par exemple des bâtiments anciens avec peu de possibilités pour les rendre énergétiquement efficace. Mais pensons toujours d abord à l URE 3

4 Pourquoi installer une unité de cogénération? Pour réaliser des économies d énergie primaire kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) 4596 (24 % élec) Chaudière (60 % therm) 2500 chaleur 2500 gaz naturel 2778 (90 %) 666 pertes 1096 Une économie de 430 kwh de gaz naturel (environ 10 %)! 4

5 Pourquoi installer une unité de cogénération? Pour réaliser des économies d énergie primaire kwh kwh kwh kwh électricité Turbine Cogen Gaz Vapeur gaz naturel (55%) 4596 (26 % élec) Chaudière (65 % therm) 2500 chaleur 2500 gaz naturel 2778 (90 %) 346 pertes 1096 Une économie de 750 kwh de gaz naturel (presque 17%)! 5

6 Pourquoi installer une unité de cogénération? Pour réaliser des économies d énergie primaire et de CO 2 Le cas d une cogénération au gaz naturel F CO2 = x = 834 kg CO 2 Coefficient d émission CO 2 : 217 kg CO 2 /MWh de gaz naturel E CO2 = x = 395 kg CO 2 kwh kwh kwh kwh Cogen gaz naturel (26 % élec) (65 % therm) électricité chaleur Turbine Gaz Vapeur (55%) Chaudière gaz naturel (90 %) pertes 1096 Une économie de 164 kg de CO 2! Q CO2 = 2778 x = 603 kg CO 2 6

7 Survol des technologies disponibles Récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d'électricité Groupes électrogènes (moteur à combustion interne) Turbines à gaz/biogaz/mazout (Turbines à vapeur moteur vapeur) Moteur Stirling (moteur à combustion externe) Type de combustible : Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles, 7

8 n Le moteur à combustion interne 343 kwh (12%) 1514 kwh (53%) LA COGENERATION PAR 1000 kwh (35%) 2857 kwh (gaz naturel) 8

9 Exemples de micro-cogénération dans le logement collectif Résidence Venelles 1 2 x 30 kwe/52 kwth au colza Résidence Moina 30 kwe/52 kwth au gaz naturel

10 n Pourquoi utiliser des BIOcombustibles? Moins polluants (en CO2) qu un combustible fossile (par le captage de CO2 pendant la croissance des plantes) Coefficient CO 2 pour le : mazout = 306 kg/mwh gaz naturel = 217 kg/mwh biodiesel = 80 kg/mwh huile végétale pure = 70 kg/mwh Moins d émissions de CO 2, plus de CV! 1 ha = +/ litres = +/- 11 MWh Attention: Il y a d autres rejets de polluants atmosphériques : NOX, PM10 à Bruxelles, vu la qualité de l air, cela pose d autres problèmes Le prix de l huile de colza fluctue fortement (à la hausse rentabilité financière???) 10

11 Les limites de la cogénération En général Simultanéité des besoins d'électricité et chaleur mais possibilité de revendre l'électricité et/ou de stocker la chaleur dans un ballon avec une très bonne isolation (condition prime) Ne remplace pas totalement une chaudière classique mais la complète utilement Nécessite un investissement supplémentaire (p/r chaudière) mais souvent rentable grâce aux «Certificats verts» et les «Primes Energie» Nécessite un suivi plus régulier et plus coûteux (p/r chaudière) mais possibilité de sous-traiter (garanties, télé-monitoring, ) 11

12 Critères pour déterminer la puissance à installer Dimensionnée en fonction des besoins thermiques (afin de valoriser toute la chaleur produite et ainsi être une «cogénération de qualité»). C est le besoin en chaleur qui pilote la cogénération Assurer la base des besoins thermiques (pour éviter démarrages arrêts intempestifs) La cogénération ne produira jamais la totalité des besoins en chaleur et en électricité du bâtiment. Le solde des besoins en chaleur sera fourni par une ou plusieurs chaudières Le solde des besoins en électricité sera fourni par le réseau électrique Eviter de revendre trop d électricité produite au réseau (pour valoriser l électricité produite au meilleur tarif) La situation la plus rentable est quand toute l électricité produite est autoconsommée (au même instant); Exception: logement collectif Pour unités de cogénération < 5kWé: compensation («compteur tourne à l envers») 12

13 Réaliser une première étude de pertinence A l aide de COGENcalc.xls v Données: Ø Besoins en chaleur et le profil Ø Besoins en électricité Ø Prix des énergies v Les rentrées: Ø Les productions d électricité et de chaleur Ø Les certificats verts v Les coûts: Ø Le prix du combustible Ø La maintenance v Gains v Investissement => TRS de 3 à 6-7 ans 13

14 n Points d attention «hydraulique» La cogénération fonctionne en priorité sur la chaudière Veiller à une intégration hydraulique judicieuse il faut que la chaleur puisse circuler et se dissiper dans le circuit. Veiller à ce que la température de retour ne soit pas trop élevée. Veiller à une bonne régulation entre la chaudière et la cogénération Cogénération à condensation: vérifier s il y a moyen de condenser les gaz d échappement: double bénéfice: récupération d énergie thermique, mais surtout plus de certificats verts. n Points d attention «électrique» Le prix de vente au réseau n est pas le même que le prix d achat (+/- 40 /MWh.) Pour les petites puissances (< 5 Kwé): principe de compensation A+/ A- Pour le raccordement électrique au réseau: voir prescriptions «Synergrid» et «Sibelga» (en fonction de la puissance «10 kwé) 14

15 Le Permis d environnement À partir de quand faut-il un permis pour installer une cogen? Une cogénération n est pas classée en temps que telle, mais bien via certaines de ses éléments: Le générateur d électricité qui est classé à partir de 100 kva «rubrique 55» Le moteur à combustion interne qui est classé à partir de 20 kw «rubrique 104» Ou d une installation de combustion qui est classée à partir de 100 kw «rubrique 40» Quelles sont les normes d émission? Moteur gaz naturel Moteur huile de colza CO: 300 mg/nm³ CO: 300 mg/nm³ Nox: 250 mg/nm³ Nox: 250 mg/nm³ 15

16 Aides et primes NIVEAU REGIONAL Primes Energie 2014 de Bruxelles Environnement pour la cogénération (E2) Etudes de faisabilité pour une cogénération: 50% du montant Prime à l investissement: (plafond à 30%) Par exemple: 3500 * P ( kw) élec Une cogen de 50 kwé: Primes spécifique pour la rénovation complète de la chaufferie (C1b) Toute rénovation de chaufferie qui implique l installation d une nouvelle chaudière, d une nouvelle régulation, de l installation d une cogénération et d un variateur de fréquence: Cumul du montant de la prime C1, C3 (ou E6), E2 et E5 +20% du montant total de la prime. 16

17 Certificats verts pour la cogénération «Récompense» pour les émissions de CO 2 évitées pour la production d électricité verte (énergie renouvelable et cogénération de qualité) 1CV pour 217kg de CO2 évités Pendant 10 ans 1 CV = environ 80 Environ 0,5 CV par 1 MWh d électricité produite (en fonction des rendements électrique et thermique. L installation doit être certifié (BRUGEL) 17

18 Certificats verts pour la cogénération Afin de stimuler la cogénération dans le secteur du logement collectif l Arrêté de 26 mai 2011 prévoit d octroyer plus de Certificats Verts aux cogénérations de qualité afin que celles- ci soient (plus) rentables Facteur multiplicateur du nombre de CV Pour une puissance électrique de cogénération installée sur un site : Inférieure ou égale à 50 kw: facteur 2 Supérieure à 50 kw: facteur 1,5 Conditions: Logement collectif Cogénération de qualité au gaz naturel Correctement dimensionnée (*) sur la demande en chaleur totale Fourniture de la chaleur utile pour plus de 75% à des clients résidentiels Mise en service après le 1er janvier

19 Outils, sites internet, etc intéressants : Les «outils» : «Réaliser une étude dans les Règles de l Art» Les outils Cogencalc, Cogenextrapolation, CogenOptitherm et Cogensim Liste des acteurs de la cogénération Le service «Facilitateur bâtiment durable» avec un «spécialiste cogénération» à votre disposition : Aide aux bureaux d études et aux porteurs de projets Guidance et accompagnement tout au long du projet Sites utiles :

20 Ce qu il faut retenir de l exposé La cogénération est une application qui est peut-être très intéressante Si les profils des besoins en chaleur et en électricité sont plus ou moins en concordance Permet de faire d importantes économies de CO2 Permet de réduire la facture d énergie par un investissement intéressant (TRS < 5 ans) Mais qui doit être bien dimensionnée, bien intégrée et bien suivie Etude de faisabilité, engineering, installation professionnelle Contrat de maintenance et d exploitation 20

21 La Pompes à chaleur (PAC) 21

22 Introduction à la Pompes à chaleur (PAC) Principe Une pompe à chaleur (PAC) est une machine dont le but est de valoriser la chaleur gratuite présente dans l environnement : dans l air extérieur, les rivières, le sol. Le principe de fonctionnement est le même que celui d un frigo 22

23 Introduction à la Pompes à chaleur Source froide Production eau chaude pour le chauffage et pour la préparation d ECS 23

24 Pompes à chaleur Les principaux types de PAC Ø Eau/eau Ø Air/eau Ø Air/air Ø Sol/eau (eau glycolée) Ø PAC avec compresseur (En fonction de la force motrice du compresseur) Ø PAC moteur électrique Ø PAC moteur gaz Ø PAC gaz absorption Ø PAC gaz adsorption 24

25 Vous avez dit «COP»? COP: Coefficient de performance Rapport entre l'énergie thermique utile délivrée au condenseur par rapport à l'énergie électrique consommé par compresseur et les auxiliaires 1 kwh Source chaude 2,8 kwh Source froide 1,8 kwh = 2,8 Le COP dépends fortement des températures de la source froide (à l évaporateur) et de la source chaude (au condenseur) Par exemple: Ø Température source froide : 10 C Ø Température source chaude : 60 C Si l'écart entre les 2 seuils de température diminue, le compresseur devra fournir moins de puissance et l'efficacité ( le COP) augmentera 25

26 La PAC ne sera que performante si le bâtiment est bien isolé Par l isolation performante d un bâtiment il est possible de réduire la température de la source chaude. Ø Si avant l isolation il fallait travailler avec une puissance de chauffe donnée et un régime de température de par exemple C Ø Après isolation on pourra travailler avec une puissance plus faible et un régime de température plus bas, par exemple C Ø Source chaude à plus basse température donc COP plus performant Sans une isolation performante du bâtiment la pompe à chaleur n a pas de bonne raison d être installé. 26

27 Contact Yves Lebbe Spécialiste Cogénération - Service Facilitateur Bâtiment Durable de la Région de Bruxelles Capitale ( : 0800/ facilitateur@environnement.irisnet.be 27