Schéma guide pour établir un cahier des charges ETUDE DE FAISABILITE D'UNE UNITE DE METHANISATION A LA FERME DENOMINATION DE L'OPERATION (Injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel) Maître d'ouvrage : Personne à contacter : Bureau d'études : Personne à contacter : Correspondant ADEME- Basse Normandie : Personne à contacter : Hugues Le Roux (hugues.leroux@ademe.fr) 02.31.46.81.08 V 08-2014 - 1 -
Ce document propose une présentation détaillée des points à développer lors d une étude de faisabilité d'une unité de méthanisation à la ferme. C'est un canevas à adapter à la réalité de chaque projet. A OBJECTIFS DE L'ETUDE 1 Cadre général 2 Critères à respecter B CONTEXTE DE L ETUDE 1 - NATURE DU PROJET 2 Description de l'exploitation agricole C ETUDE DES RESSOURCES EN INTRANTS METHANISABLES 1 Gisement mobilisé de substrats agricoles méthanisables produits sur l'exploitation 2 Gisement mobilisé de substrats agricoles méthanisables non produits sur l'exploitation 3 Gisement mobilisé de substrats non agricoles méthanisables D ANALYSE ENERGETIQUE 1 Caractéristiques du réseau de gaz naturel et du raccordement 2 Production de biogaz 3 Production de biométhane E DEFINITION DES PROCEDES A METTRE EN OEUVRE 1 Production et valorisation énergétique du biogaz 2 Valorisation agronomique du digestat brut et de ses co-produits 3 Prescriptions réglementaires et normatives Hygiène et sécurité 4 Suivi des performances F ANALYSE ENVIRONNEMENTALE 1 Emissions de gaz à effet de serre 2 Substitution d énergies fossiles G ANALYSE ECONOMIQUE 1 Détermination du montant des investissements 2 Détermination du montant des recettes et des dépenses d'exploitation 3 Tableaux des flux de trésorerie et de revenus sur la durée de vie du projet 4 Indicateurs économiques 5 Plan de financement prévisionnel H SYNTHESE ET CONCLUSION - 2 -
A. OBJECTIFS DE L'ETUDE 1 Cadre général Une étude de faisabilité a pour but d'apporter au porteur de projet les éléments techniques, économiques et réglementaires lui permettant de se déterminer sur l'opportunité d'engager une opération de méthanisation sur son exploitation agricole. Elle propose des solutions techniques adaptées au contexte et aux possibilités qu'offre le site. 2 Critères à respecter L'étude intègre une approche territoriale identifiant le gisement de substrats organiques et les besoins en énergie pour une valorisation optimale du biogaz. Elle justifie le choix de la méthanisation comparée aux autres possibilités de traitement et de valorisation de la matière organique (épandage, compostage ). Le retour au sol du digestat et des sous-produits a lieu conformément au règlement sanitaire départemental ou à la réglementation d'une installation classée (ICPE), dans le cadre d'un plan d'épandage ou comme pour un produit conforme à une norme d'application obligatoire. L'auto construction est limitée aux travaux de remblaiement, terrassement et génie civil des locaux techniques et à l'intégration paysagère des ouvrages. L'installation est fournie et montée par un (des) prestataire(s) assurant de façon contractuelle la formation du maître d'ouvrage à la conduite des équipements, une garantie de bon fonctionnement pour une période déterminée et éventuellement une maintenance. B. CONTEXTE DE L ETUDE 1 Nature du projet Historique du projet, Objectifs recherchés avec la méthanisation. 2 Description de l'exploitation agricole a) CARACTERISTIQUES GENERALES Raison sociale, Statut juridique, Date de constitution de la structure, Numéro de SIRET et code NAF, Nom(s) et coordonnées du (des) dirigeant(s) ou associés, Nom et coordonnées du responsable technique du projet, Localisation (carte 1/25.000ème plan de masse), Classement du canton selon la directive nitrates et contenu du programme d actions, Distance aux tiers du corps de ferme - Servitudes : cours d eau, captages avoisinants Distance au réseau de gaz naturel, Système d exploitation, S.A.U., S.F.P., S.P.E., Situation réglementaire (I.C.P.E., R.S.D.), Plan d épandage en cours de validité (nature du zonage, surface, quantité de produits bruts, quantité NPK), - 3 -
Evolution de l activité programmée ou souhaitée, Nombre d U.T.H. b) PRODUCTIONS ANIMALES Effectifs par catégories Nombre UGB Temps passé dans les aires de confinement et en pâture, Description des bâtiments d'élevage (modes de logement, niveau de paillage, maternité, postsevrage, salle de traite, aires non couvertes ), et état de la mise aux normes, Nature et caractéristiques des effluents produits (lisiers fumiers eaux brunes, eaux vertes, eaux blanches), Modes de curage (fréquence) et de stockage des effluents (type et capacité). Traitement (séparation de phases, compostage ) et évacuation (matériel employé). C) PRODUCTIONS VEGETALES Types de cultures (principales et intercalaires), Assolement, Ensilages, Recensement des cultures sur l'exploitation pouvant avoir une vocation énergétique (espèces, variétés, superficies, productions) et compatibilité avec la production fourragère. Estimation du potentiel d implantation de cultures à vocation énergétique, de leurs coûts de production à l hectare et par tonne de matière sèche. C. ETUDE DES RESSOURCES EN INTRANTS METHANISABLES 1 Gisement mobilisé de substrats agricoles méthanisables produits sur l'exploitation a) GISEMENT DE DECHETS ET D'EFFLUENTS D'ELEVAGE Par catégorie de déchets et effluents organiques produits sur l'exploitation et mobilisés en digestion : Caractéristiques (teneur en matière sèche et en matière organique, en fertilisants, masse volumique, C/N, éléments traces métalliques), Production (masse, volume par an et par mois), Productivité en biogaz et en méthane (analyses ou références). b) GISEMENT DE SUBSTRATS VEGETAUX Par catégorie de substrats produits sur l'exploitation et mobilisés en digestion : Caractéristiques (teneur en matière sèche et en matière organique, en fertilisants, masse volumique, C/N), Production (masse, volume par an et par mois), Productivité en biogaz et en méthane (analyses ou références). c) Gisement d autres substrats (marcs, effluents de laiterie) - 4 -
2 Gisement mobilisé de substrats agricoles méthanisables non produits sur l'exploitation Recensement et potentiel des effluents et déchets agricoles mobilisables d exploitations voisines (catégorie, quantité, caractéristiques), Recensement et potentiel des cultures dérobées mobilisables d'exploitations voisines (espèces, variétés, superficies, productions). 3 Gisement mobilisé de substrats non agricoles méthanisables a) COLLECTIVITES LOCALES Recensement des «gros producteurs» de bio déchets collectés dans le cadre du service public d élimination des déchets dans un rayon de 10 kilomètres autour du site de la future unité de méthanisation. Par catégorie de déchets et d'effluents organiques (tontes de pelouses, bio déchets, autres ) pris en charge par les collectivités et mobilisables en digestion : Caractéristiques (teneur en matière sèche et en matière organique, en fertilisants, masse volumique, C/N, éléments traces métalliques), Productions (masse, volume par an et par mois), Productivités en biogaz et en méthane (analyses ou références), Modes, coûts de collecte et de traitement actuels, Coût d approvisionnement ou recette de traitements prévus pour l unité de méthanisation, Distance du lieu de production et logistique à mettre en œuvre (matériels, circuits de collecte, fréquence des apports), Contractualisations envisageables (transport, traitement). b) INDUSTRIES AGRO-ALIMENTAIRES Recensement des «gros producteurs» de bio déchets collectés hors du champ du service public d élimination des déchets dans un rayon de 10 kilomètres autour du site de la future unité de méthanisation. Par catégorie d'effluents et déchets organiques (écarts de production, déchets, boues, autres ) produits par les industries et mobilisables en digestion : Caractéristiques (teneur en matière sèche et en matière organique, en fertilisants, masse volumique, C/N, éléments traces métalliques), Productions (masse, volume par an et par mois), Productivités en biogaz et en méthane (analyses ou références), Modes, coûts de collecte et de traitement actuels, Coût d approvisionnement ou recette de traitements prévus pour l unité de méthanisation, Distance du lieu de production et logistique à mettre en œuvre (matériels, circuits de collecte, fréquence des apports), Contractualisations envisageables (transport, traitement). c) AUTRES (A PRECISER) 4 NIVEAUX D ENGAGEMENT DES FOURNISSEURS D INTRANTS D. ANALYSE ENERGETIQUE En fonction des capacités d injection dans le réseau de gaz naturel, un objectif de production de biogaz et de biométhane sera déterminé (le BE s'attachera à expliciter les textes par des schémas). 1- Caractéristiques du réseau de gaz naturel et du raccordement - 5 -
Pressions de service, Courbes de débits saisonniers et horaires, Débit maximal d injection, Typologie des clients desservis (particuliers/industries/tertiaire) et risques de défaut, Localisation du point d injection, Poste d injection (-mélange) (composition, mise à disposition, responsabilité, maintenance), Raccordement. 2 Production de biogaz Potentiel méthanogène, volume massique par intrant (analyses ou références), Quantité annuelle et mensuelle d intrants, Valeur (masse, volume), composition et caractéristiques (dont potentiel méthanogène) des rations quotidiennes par mois, Conditions de mise en œuvre, avantages et inconvénients des différents procédés de méthanisation, Justification du système retenu dans l étude, Production annuelle, mensuelle, quotidienne de biogaz et composition, Disponibilité du biogaz (arrêts techniques, purges ), Consommation annuelle de biogaz combustible (chauffage du (des) digesteur(s)), Consommations électriques du système de production de biogaz (pompes, trémie, brasseurs ), Organisation des mesurages et analyses (biogaz électricité chaleur énergie d'appoint) Délestage. 3 Production de biométhane Caractéristiques physico-chimiques du biométhane (mélange) à respecter pour autoriser l injection, Conditions de mise en œuvre, avantages et inconvénient des différents systèmes d épuration et d enrichissement : - Filtration, - Désulfuration, - Déshydratation, - Décarbonatation : - Absorption, - Adsorption, - Séparation par membranes. (Débits de fonctionnement, rendement en CH4, pureté du biométhane, pressions de service, consommations d énergie ; nature, volume, débit et traitement des rejets ; complexité de la conduite et de la maintenance, coûts d investissement et de fonctionnement ) Justification du système d épuration-enrichissement retenu dans l étude, Odorisation, Disponibilité du biométhane (arrêts techniques), Capacité maximale de production annuelle, mensuelle, de biométhane (en Nm3/h), Productibilité moyenne annuelle, mensuelle estimée en fonctionnement normal (en kwh PCS), Consommations électriques (thermiques) de l épuration enrichissement, Compression, Procédures d alerte, de coupure et gestion des non conformités. E. DEFINITION DES PROCEDES A METTRE EN OEUVRE 1 Production et valorisation énergétique du biogaz Description du processus, conditions de fonctionnement de l installation, Description, dimensionnement, conduite des composants à mettre en place : - 6 -
a) PRODUCTION DE BIOGAZ Stockage des substrats (fosses, silos ), Aires de circulation, Prétraitements des substrats (broyage, mélange, hydrolyse, séparation des inertes, hygiénisation si nécessaires), Alimentation du (des) digesteur(s) (pré(s) fosse(s), trémie, pompes de transfert, cuve de mélange ), Digesteur(s) (type de procédé, chauffage, brassage, volume total et utile, temps de rétention hydraulique, ), Stockage du biogaz (volume, sécurité), Circulation (fréquence, volume) et stockage des percolas (selon procédé), Circulation (pompes, trop plein) et stockage du digestat (type, volume, brassage), Chaudières pour le maintien en température du (des) digesteur(s), Puissances, temps de fonctionnement, consommations d énergie des équipements (Chargeur, trémie, pompes, brasseurs, séparation de phase ), Protocole et temps de montée en charge du (es) digesteur(s), Suivi des paramètres de performance du système, Equipements de comptage et de mesurage, Maintenance. b) PRODUCTION DE BIOMETHANE Epuration du biogaz, Enrichissement du biogaz, Equipements de comptage et de mesurage (PCS, indice de Wobbe H2S Point de rosée eau CO2 ), Traitement des rejets de l épuration, de l enrichissement et des non conformités, Compression, Torchère, Odorisation, Poste d injection, Branchement au réseau gaz, Maintenance. Fourniture d une liste de fournisseurs de matériels spécifiques. Plan de situation des ouvrages. Schéma de principe de l installation. 2 Valorisation agronomique du digestat brut et de ses co-produits a) TRAITEMENT DU DIGESTAT Le digestat peut être valorisé en l'état, mais il peut aussi faire l'objet d'un traitement spécifique comprenant par exemple une séparation de phases ou un compostage. Les équipements techniques à mettre en place dans le cadre d'un post-traitement seront clairement définis en fonction des capacités envisagées. Les coûts d investissement, de fonctionnement seront approchés ainsi que les exigences en terme de conduite et de maintenance. b) QUALITE DU DIGESTAT BRUT ET DE SES CO-PRODUITS Une estimation de la qualité prévisionnelle du digestat et des co-produits sera réalisée en renseignant les paramètres suivants : matière sèche, matière organique, rapport C/N, azote total et minéral, potassium total (K2O), phosphore total (P2O5), éléments traces métalliques. C) EPANDAGE Quantités de digestat brut, d effluents et co-produits à épandre, Surface épandable nécessaire sur l exploitation et auprès de prêteurs, Bilan prévisionnel de fertilisation, - 7 -
Périodes autorisées, Matériel nécessaire Logistique. 3 Prescriptions réglementaires et normatives Hygiène et sécurité Autorisations administratives liées à l activité et à l'implantation des installations (permis de construire, dossier Installation Classée pour la Protection de l Environnement, attestation préfectorale ouvrant droit à l achat du biométhane produit, enregistrement ADEME), Traçabilité des produits méthanisables si issus d'origines différentes, Réglementation sur les sous-produits animaux, agrément sanitaire, Production et stockage de biogaz, Transport du biogaz, Information générale sur les prescriptions techniques de raccordement au réseau de distribution et de transport, Tarification (achat de gaz, utilisation du réseau) Démarches nécessaires pour obtenir un contrat de raccordement, un contrat d injection et un contrat d'achat du gaz (demande de renseignements, étude de faisabilité, ) Plan d épandage du digestat brut et de ses co-produits, Homologation, normalisation des matières fertilisantes, Rejets dans le milieu naturel, Guides et formations sur la sécurité (INRS, INERIS, ATmosphères EXplosibles, hydrogène sulfuré, ), Matériels de contrôle et de détection, VLE et VME des gaz dangereux (H 2 S, NH 3 ) susceptibles d être émis à l atmosphère. 4 Suivi des performances Garanties de résultat des procédés, Protocoles et indicateurs de suivi. F. ANALYSE ENVIRONNEMENTALE 1 - EMISSIONS DE GAZ A EFFET DE SERRE Estimations de la réduction des émissions de : Protoxyde d'azote (N 2 O), Méthane (CH 4 ), Dioxyde de carbone (CO 2 ). (Le logiciel d évaluation «DIGES version 2» peut être fourni par la Direction Régionale de l ADEME ou être téléchargé sur le site internet national). 2 - SUBSTITUTION D'ENERGIES FOSSILES Estimation des gains en kwh/an et en tep/an par rapport à la situation existante et par rapport à un système énergétique à préciser. Estimation de la réduction des émissions de CO 2 en tonnes/an par rapport à la situation existante et par rapport à un système énergétique à préciser. G. ANALYSE ECONOMIQUE 1 Détermination du montant des investissements Chaque poste listé ci-dessous sera à évaluer (génie civil et matériels pour les ouvrages) - 8 -
Terrassement, gros œuvre général, Utilités (raccordements : eau, électricité, téléphone) Réception, stockage, préparation, transfert des intrants, Hydrolyse, mélange (si retenu), Alimentation(s) du (des) digesteur(s), Digesteur(s), Stockage du biogaz, Production et distribution de chaleur (digesteur), Epuration, enrichissement du biogaz, Comptages et mesurages, Compression, Traitement des effluents, Odorisation, Raccordement au réseau de gaz naturel, Réseaux, voirie, Stockage du digestat (fosse, couverture), Traitement du digestat (si retenu), Epandage (matériels limitant la volatilisation de l azote), Locaux techniques, Ingénierie, coordination, contrôles, Etudes réglementaires, Assurance construction, Autres (à préciser). Durée de vie escomptée des principaux équipements et coût de leur remplacement. Tableau d amortissement des investissements. 2 Détermination du montant des recettes et des dépenses d'exploitation a) RECETTES D'EXPLOITATION PREVISIONNELLES Le BE identifiera l'ensemble des recettes envisageables et les chiffrera en précisant à chaque fois le mode de calcul (vente de biométhane, recettes pour le traitement de matières organiques, ). Il indiquera également, de manière séparée, les économies engendrées (fertilisants) au niveau de l activité générale de l exploitation. b) DEPENSES D'EXPLOITATION PREVISIONNELLES Consommations énergétiques annuelles (électricité, carburant, ), Redevance injection, Autoproduction et/ou achat des cultures énergétiques, Frais de transport des substrats, co-substrats, biogaz, chaleur, Frais d'analyse des produits entrant et sortant (biogaz, digestat), Surcoût de l épandage, Frais d'entretien et de maintenance (pièces, consommables, ), Frais d accès au réseau gaz, Assurances, Main d'œuvre, Impôts locaux et taxes, Autres (à préciser). 3 - TABLEAUX DES FLUX DE TRESORERIE ET DE REVENUS SUR LA DUREE DE VIE DU PROJET Détermination des cash flows prévisionnels annuels. Calcul des annuités d emprunts (frais financiers valeur du TEG pour le calcul ADEME : 3,5 % août 2014), des amortissements (tableaux). Etablissement du tableau des flux de trésorerie en ressources (capital, emprunts, subventions, cash flows ) et emplois (investissement initial et renouvellement du matériel - 9 -
hors maintenance, annuités de remboursements, prélèvements ) sur la durée de vie du projet. Présentations sans et avec subvention souhaitée. Etablissement du tableau des flux de revenus sur la durée de vie du projet. Présentations sans et avec subvention souhaitée. 4 indicateurs économiques et financiers Choix d un taux d actualisation (valeur pour le calcul ADEME : 5,5 % - août 2014) - Calcul de la Valeur Actuelle Nette, du Taux de Rentabilité Interne et du Temps de Retour Brut sur investissement. 5 - PLAN DE FINANCEMENT PREVISIONNEL Identification des financeurs (capitaux propres, dette) et des organismes publics susceptibles d'apporter une subvention d équipement (compatibilité avec l encadrement européen des aides d Etat), Niveau des capitaux propres requis. H. SYNTHESE ET CONCLUSION Eléments techniques et économiques fondamentaux définis au cours des phases précédentes : Bilan énergétique et matière sous forme de synoptique, Conclusion de l'analyse économique et financière sur la rentabilité de l opération, Impact sur la gestion de la fertilisation, Schéma d'implantation, réseaux (niveau APS), Développements à envisager : Etapes de la phase travaux et garanties à négocier sur les performances, Calendrier prévisionnel de réalisation (dont délais de raccordement au réseau gaz naturel). Critères de pertinence d un projet selon la Direction Régionale Basse Normandie de l ADEME : - Le ratio résultant de la division du montant des dépenses éligibles 1 de réalisation de l opération par l équivalent puissance électrique d une cogénération fonctionnant sur le même débit annuel moyen de biogaz est inférieur à 11.000 ; - Les cultures annuelles à vocation énergétiques sont mobilisées de manière raisonnée (contribution inférieure à 25 % du volume de méthane produit) ; (1) Dépenses éligibles = production de biogaz + valorisation énergétique + stockage et valorisation du digestat. Ces coûts sont entendus comme des dépenses d ingénierie et d investissement hors coûts de fonctionnement. - 10 -