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L intégration des énergies renouvelables dans le bâtiment Cogénération Biomasse Roger Camponogara ENS2R 2
Projet BATIMAC Partenaires institutionnels Région Ile de France Conseil Général 91 Labélisation ADVANCITY Partenaire associatif NOVAGREEN Partenaires industriels HEVATECH MECAMIDI Chaudière de la Brie Partenaire Recherche Laboratoire Mécanique Energétique d Evry Budget ENS2R : 957K Subvention 48% UEVE 180K de subvention + 4 enseignants chercheurs 2 thésards 1 post-doc 5 emplois à plein temps créés 8 emplois plein temps d ici 12 mois 3
BATIMAC 3 sous-systèmes : la production de chaleur haute température, le convertisseur de chaleur en travail puis en électricité via une machine innovante «hybride à air chaud» La transformation de chaleur en utilités thermiques. Soleil Biomasse Electricité Eau chaude sanitaire Chauffage Climatisation 4
Système Boucle Chaude Capteur thermique solaire Haute Température Boucle froide Stockage chaleur 15-40 Climatisation Générateur air chaud biomasse Air 220V 60 Boucle Travail Eau Ballon ECS Chauffage Convertisseur Chaleur / Travail 5
Système 6
Sources d énergie ENR Solaire thermique Biomasse Bois Buches Plaquettes Pellets Déchets agricoles Résidus broyés Agro pellets Déchets industriels «non polluants» Déchets broyés Biogaz Cultures agricoles Déchets élevages Source gco2/kw Prix d un kwh Rendement Buche 35 4,2 c 75 % Plaquette 33,2 3,62 c 80 % Granulé 41,9 4,34 c 85 % Electricité 80 à 200 12 c 100 % Gaz 222 6,65 c 90 % Fuel 466 8,55 c 90 % 7
Production de chaleur Générateur d air chaud Caloporteur : air sec Température : 450 C Biocombustible Automatisation du nettoyage Technologie française Stockage interne avec MCP Solaire thermique Caloporteur : air sec ou huile Température : 400 C ou 200 C Concentrateur solaire Technologies française ou américaine 8
Convertisseurs chaleur / travail Moteur à combustion interne à piston Un moteur thermique convertit l énergie du carburant en énergie mécanique à l aide de combustion réalisé à l intérieur du ou des cylindres. Exemple : moteur de voiture Moteur à combustion externe Ces moteurs se caractérisent par une source chaude, une source froide et un gaz de travail confiné à l intérieur du moteur. Ce gaz circule pour être mis en contact successivement et alternativement avec chacune des sources extérieures, froide et chaude. La source chaude produit une augmentation du volume et/ou de pression. La source froide génère une baisse du volume et/ou de pression. Ces variations entraînent la rotation d un arbre moteur. Exemple : le moteur Stirling. Source d énergie Energie mécanique Energie thermique Turbine à vapeur A l aide d une source chaude, un liquide est transformé en gaz sous pression qui est ensuite envoyé dans un injecteur produisant un écoulement à haute vitesse. Cet écoulement pousse les palettes entrainant la rotation de la turbine à très haute vitesse. L utilisation de l énergie du changement de phase liquide/gaz génère des rendements importants par rapport à la masse de liquide utilisée. 9
Froid Machine à absorption L énergie thermique en sortie du convertisseur va permettre également de produire du froid au travers d une machine à absorption de puissance suffisante pour satisfaire les besoins de climatisation. Ces types de machines, utilisent le principe de la variation de température lors des changements de phase. Tour aéro-réfrigérante Pour éliminer le surplus d énergie thermique produit, nous utilisons une tour de refroidissement. Elle permet de faire baisser la température de l eau à l entrée du convertisseur et donc d utiliser le système pour produire uniquement de l électricité. 10
Exemple d autoconsommation Bâtiment tertiaire : 3000m 2 1 er cas : biomasse seule (3927 h d utilisation /an) Le générateur à air chaud consomme 460 MWh/an Pour une production d énergie électrique de 157 MWh/an Pour une production thermique d ECS + Chauffage de 186 MWh/an Et pour une production de froid de 30 MWh/an Objectifs : coût de l énergie 90 /MWh (hors subvention ou rachat d électricité), Fourniture de 99% des besoins en énergie du bâtiment. 2ème cas : biomasse + solaire Le générateur à air chaud consomme 184 MWh/an Pour une production d énergie électrique de 166 MWh/an Pour une production d énergie thermique d ECS + Chauffage de 162 MWh/an La production d énergie thermique de froids de 30 MWh/an Les capteurs solaires thermiques produisant 86MWh d énergie qui après transformation, permet d obtenir 72MWh thermique et 14MWh électrique. Objectifs : coût de l énergie 100 /MWh (hors subvention ou rachat d électricité) Fourniture de 99% des besoins en énergie du bâtiment 11
Gamme 30kWe 50kWe Marchés cibles Résidentiel ECS Electricité Chauffage / Climatisation Bâtiment tertiaire Electricité Chauffage /Climatisation Industrie Valorisation en Electricité des rejets de chaleur inhérente au process production (Chaleurs fatales) Réutilisation de la chaleur dans le processus de production Chauffage / ECS Production annuelle maximale Electricité : 379MWh/an Chauffage : 400MWh/a Seuil de rentabilité envisagé (hors subvention ou rachat d électricité) Résidentiel (110 /MWh/an) 2000h/an Prod. électrique : 100MWh/an Prod. Thermique : 120MWh/an Industriel (80 /MWh/an) 4000h/an Prod. électrique : 200MWh/an Prod. Thermique : 237MWh/an 12
Merci de votre attention ENS2R SAS Roger Camponogara Président 49 rue de Corbeil 91360 Epinay sur Orge Tél Fixe : 01 83 64 04 85 Mail : contact@ens2r.com site web : www.ens2r.com Le Forum Bâtiment Durable 2014 des Pôles de Compétitivité bénéficie des soutiens : 13