«BIOENERGY FARM 2 Pour une méthanisation à petite échelle?
Le contexte du développement de la méthanisation en France 2
La Méthanisation agricole de nombreux atouts - Diversification d activité et confortation économique des exploitations - Production d énergie renouvelable locale. - Réduction des odeurs et des gaz à effet de serre - Amélioration de la valorisation agronomique des déjections. amélioration fertilisante des déjections Purificatio n du gaz pour injection réseau production de biocarburant s Production d'énergie renouvelabl e Méthanisation agricole transport minimal des déjections production de chaleur réduction CH4 au stockage réduction des GES (moins d'énergie fossile) 23% d énergie renouvelable 2020 Réduction des GES SRCAE (Schéma Régional Climat Air Energie) Plan EMAA: objectif 1000 méthaniseurs d ici 2020
Un dispositif de soutien publique mis en place Réglementation ICPE spécifique Régime ICPE méthanisation Autorisation Enregistrement Déclaration CP Matière végétale brute, déjections animale, matière stercoraire, déchets végétaux IAA, lactosérum > 60 t/jour entre 30 et 60 t/jour > 30 t/jour Autres déchets non dangereux quel que soit le tonnage Depuis 2011 simplification des procédures notamment pour métha à la ferme Régime ICPE bovins Effectifs vaches laitières Effectifs vaches allaitantes Effectifs bovins viandes Autorisation > 200 VL > 400 BV Enregistrement 151 à 200 VL Déclaration CP 101 à 150 VL Déclaration simple 50 à 100 VL > 100 VA 50 à 400 BV
Un dispositif de soutien publique mis en place Soutiens publiques par des tarifs d achat d électricité (et de biométhane) garantis (15 ans), conditionnés à une certaine efficacité énergétique:
Un dispositif de soutien publique mis en place Soutiens publiques à l investissement conditionnés suivant certains critères des financeurs locaux Plan Biogaz Bretagne Critères Plan Biogaz 2014 % cult énergétique % biomasse agricole mini valor chaleur mini. TRB Méthanisation à la ferme 8% SAU 50% 50% 6 à 11 ans Collectif agricole 4% SAU 50% 60% 6 à 11 ans Collectif Multi acteur 15% biogaz produit 20% 60% 6 à 11 ans
La Méthanisation agricole qui reste néanmoins compliquée à mettre en oeuvre - Des niveaux d investissement élevés ou les facteurs d échelle sont importants. - Digesteurs + valorisation chaleur indispensable pour avoir accès aux aides et aux meilleurs tarifs de rachat - Un nouvel atelier de production à part entière: la production d électricité (sécuriser les approvisionnements en biomasse, temps de travail, organisation) - Nécessité d obtenir des subventions + démarches ICPE + contraintes de raccordement électrique = projet de longue durée. - Dans les zones de forte pression d azote et de phosphore, nécessité de pouvoir gérer le digestat de façon appropriée (séparation de phase ) Environ 180 unités en fonctionnement fin 2014 dont environ 41 pour la Bretagne 250 kwe en moy
La méthanisation n est elle pas envisageable à plus petite échelle? Une Méthanisation à «petite échelle» au service de l élevage Objectifs: Conforter l activité d élevage existante (rester proche du métier d éleveur) Utiliser la technique comme levier de réorganisation ou d adaptation. Organisation du travail Amélioration de la productivité Répondre aux enjeux environnementaux -Créer une ressource supplémentaire (vente d électricité, économie de chaleur, vente de biométhane) Conditions: Méthaniser ce qui est facilement disponible (essentiellement les déjections) Valoriser les synergies avec l élevage (économie d énergie, confort des animaux, stockage, épandage ) Limiter les investissements et le temps passé. < 80 kwe
La méthanisation n est elle pas envisageable à plus petite échelle? Opportunités favorables à une approche intégrée? Renchérissement du prix de l énergie (fossile et électricité) Plans de modernisation des bâtiments d élevages Restructuration des élevages laitiers suite à la disparition des quotas Renforcement des exigences d équilibre agronomique des épandages Minimiser les coûts de traitement (porcs) Enjeu de réduction des gaz à effet de serre Nécessité de trouver des réponses pertinentes techniquement et rentables économiquement
Le projet BIOENERGYFARM II: 2014-2016 Projet Européen commun à 7 pays. Faire émerger un développement de la méthanisation à petite échelle d ici 2020. Identifications des freins (réglementaires, financiers) au développement de ce type d unités. Etude de marché des solutions techniques existantes aujourd hui et à développer. Développement d un outil de diagnostic de faisabilité. Financement de diagnostics chez des agriculteurs (700 dont 100 en France). Formation des techniciens en situation de conseil chez des éleveurs. Développement d outils de communication: site internet, brochures La Chambre Régionale d Agriculture de Bretagne partenaire du projet
Méthanisation à petite échelle Etat des lieux: peu d unités, des systèmes variés. 25 unités en fonctionnement (16% du total) 1.4 Mwe installés (3.3% du total) 57 kwe en moy (30 à 80 kwe) 63% en voie liquide
Méthanisation à petite échelle Des conditions d aide peu incitatives : Pas de tarif spécifique < 75 kwe Valorisation chaleur obligatoire Substitution électrique non encouragée Source IFIP
Méthanisation à petite échelle Une rentabilité qui se cherche. Investissement: Sans subvention: de 7800 à 16 800 /kwe (Moy 11 170 ) Avec subvention: de 4 000 à 8 800 /kwe (Moy 7 000 ) De 28% à 50% de subvention (moy 38%) Rentabilité Sans subvention: TRB = 12.5 ans TRI = 2.7% Avec subvention: TRB = 7.5 ans TRI = 10% Source IFIP 2015
Les contraintes spécifiques de la petite méthanisation 14
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible : Des déjections animales peu méthanogènes. Type intrant m3 CH4/1000 t MB lisier bovin 11 000 lisier veaux boucherie fumier de bovins raclé 4 000 29 000 fumier bovins 46000 compact lactosérum 18000 5% MS lait 64000
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible Exemple de potentiel d exploitations? Une exploitation laitière de 70 vaches Un élevage porcin de 250 truies Elle produit du fumier de bâtiment vaches laitières et génisses, des eaux de salle de traite. L exploitant collecte des dérobées sur environ 25 ha avec un rendement de 3.5 T MS. L exploitation produit 3500 m 3 de lisier de porcs. L exploitant collecte des dérobées sur environ 50 ha avec un rendement de 3.5 T MS. Cette exploitation peut mettre en place un moteur de 20 kwé. Cette exploitation peut mettre en place un moteur de 30 kwé. Méthanisation à petite échelle # Méthanisation pour petits élevages
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible Valoriser si possible les déjections fraiches. Le potentiel méthanogène diminue avec le stockage Le lisier d été produit beaucoup de méthane Favoriser des déjections fraîches. Cf le guide technique des CA de Bretagne
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible Un complément possible de matières végétales Mes surfaces me permettent de produire 10 ha de maïs ensilage produisent 39273 m3 de méthane et l'équivalent d'un moteur de 14.6 kwé. 10 ha d'ensilage d'herbe produisent 9339 m3 de méthane et l'équivalent d'un moteur de 3.5 kwé. 10 ha de dérobées produisent 8456 m3 de méthane et l'équivalent d'un moteur de 3.2 kwé. 10 ha de paille produisent 5805 m3 de méthane et l'équivalent d'un moteur de 2.2 kwé. 10 ha de menue paillée produisent 4924 m3 de méthane et l'équivalent d'un moteur de 1.8 kwé. Attention: Les dérobées avec un coût de 20 /t MB représentent une charge importante
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible Un apport de substrat régulier Nécessaire pour : - Le bon fonctionnement biologique du réacteur - Une bonne productivité énergétique, condition indispensable de rentabilité: - En cogénération temps de fonctionnement des moteurs = 8000 h/an (24h/24h hors maintenance). L approvisionnement régulier peut être problématique pour certaines productions, surtout pour les élevages laitiers et allaitants. Incidences à appréhender en termes de stockages
Contraintes liées au gisement de biomasse disponible Des systèmes différents suivant les substrats Suivant les substrats choisis, les ouvrages et équipements seront différents, avec des investissements également différents. Introduction de lisier uniquement Introduction de lisier + matières végétales 1. La MS du mélange est inférieure à 10%. Les pompes et brasseurs sont adaptés pour ce taux de MS. 2. La matière organique est rapidement dégradable. Un temps de séjour dans le digesteur de 20 à 30 jours suffisant, en lien avec un volume faible et un investissement limité. 1.La MS du mélange est supérieure à 10%. Les pompes et brasseurs sont plus puissants ( + investissements). 2.Des équipements nouveaux sont nécessaires : silo, trémie d incorporation, manutention, pesée 3.Un temps de séjour plus long dans le digesteur 40 à 70 jours est nécessaire pour dégrader la matières végétales. Le volume du digesteur est plus important et donc plus cher pour un même volume de substrats.
Contraintes liées aux facteurs d échelle Des coûts d investissement élevés
Contraintes liées aux facteurs d échelle Ne pas oublier les investissements annexes Les investissements annoncés par les constructeurs concernent la méthanisation. D autres postes de dépenses sont possibles : Préfosse ou canal à lisier Silo pour le stockage de matières végétales Ouvrage de stockage pour les volumes supplémentaires Equipements de sécurité ( torchère, clôture, merlon, réserve incendie ) Frais de raccordement ERDF (environ 3000 si inférieur à 36 Kwe, très variables au dessus (10 000 à 40 000 )
Contrainte de la valorisation énergétique Des rendements électriques plus faibles Biogaz 100 % de l énergie Production d électricité 40 % Petite métha 25/35 % Production de chaleur 40 à 45 % Petite métha 40 % Process 20 % Valorisation chaleur 80 % 23
Contrainte de la valorisation énergétique Quantité d énergie produite Hyp: - de 11 à 44 Kwe rendement élec 21% et rendement avec 40% de la chaleur pour le maintien du digesteur. -de 65 et 75 Kwe: rendement élec 35% avec 20% de la chaleur pour le maintien du digesteur
Contrainte de la valorisation énergétique Valoriser la chaleur Les dispositifs d aide actuels imposent une valorisation chaleur importante. Pour avoir accès aux subventions besoin d un coefficient de + de 50 % Pour avoir un meilleur tarif de rachat jusqu à + 4 cts Electricité vendue + Chaleur valorisée Energie du biogaz = 50 % à 70 %
Contrainte de la valorisation énergétique Valoriser la chaleur Tenir compte de la saisonnalité des besoins Investissements complémentaires non négligeables Seules alternatives: Valoriser du biométhane (trop cher à la ferme pour l instant) Pouvoir être rentable sans subvention
Quels constructeurs proposent des solutions 27
De nombreux constructeurs De nombreux constructeurs proposent des solutions pour des installations de petite méthanisation.
Les options techniques existantes Voie liquide. Digesteur infiniment mélangé adapté pour baisser les montants d investissement: - Diminuer les volumes de digesteurs donc les temps de séjour = choix d intrant rapidement méthanisables - Pas de post digesteur - Standardisation et modules préfabriqués - Automatisme réduit - Valorisation de l existant Constructeurs: BIO4GAZ; VALOGREEN, EVALOR, HOST
HOST (Microferm) Puissance Société 30 à 100 kwé HOST France Microferm Principes Eléments techniques Ouvrages préfabriqués Méthanisation infiniment mélangé de 5 à 12 % MS Cuve de pré-mélange si besoin. Un digesteur polyester préfabriqué 12 jours de temps de séjour, brasseur axial verticale, post digesteur non chauffé. Impact au sol réduit, éléments préfabriqués Exemple de réalisation Gaec des Buissons près d Angers Elevage 120 VL 65Kwe (janv 2014) 4000 t (lisier, reste nourriture, menue paille) 600 000 (récup fosse existante). 496 000 Kwhe attendus Chauffage habitations, eau chaude élevage, projet séchage luzerne
BIO4GAS (Bert) Société BIO4GAS, Un contact grand ouest Puissance Principes Petite méthanisation de 30 à 100 kwé Ouvrages réalisés sur mesure Méthanisation infiniment mélangé 10 % MS Eléments techniques Cuve de pré-mélange, digesteur 20/40 jours, mélange par un jeu de vannes flip flop Automatisation réduite Pas de post digesteur, ni de stockage Exemple de réalisation 3 unités construites dans l Est de la France. 1 projet dans le Finistère 330 TNE 100 t FV; 100 t FB; 4590 t LP; 816 t coproduits traitement; 160 t paille; 400 t ensilage RGI = total 6191 t 65 kwh 500 000 507 MWh d électricité Chauffage bâtiments Séchage digestat avant export Contact : Louis Damoiseau 06 30 33 55 20 Référence coût : 50 kwé 500 000
EVALOR Société ODIPURE, St Brieuc Puissance Principes Eléments techniques Petite méthanisation de 30 à 100 kwé Ouvrages réalisés en module pour réduire le coût Méthanisation infiniment mélangé 15/20 % MS Cuve de pré-mélange, digesteur 50 jours et simple membrane, mélange agitateurs classique, pas de post digesteur Différents modules préconçus Projets Gaec Kerlan (29) Elevage: 160 TNE, 99 VL 166 ha Lisier de porc = 3000 t; Lisier de bovin: 2000 t; Fumier de porc: 131 t; fumier de bovin: 608 t, Paille: 100 t; CIVE: 100 t 52 kwe 400 000 kwh/an 500 000 Valorisation chaleur: préchauffage engraissement, chauffage habitation et eau chaude, séchage compost 500 000 k
Les options techniques existantes. Micro-digesteur («pocket») Voie liquide : - Uniquement phase liquide 6 à 8% de MS - Poche à lisier en géomembrane dans un digesteur en plastique, ou métal - Brassage interne - Standardisation très poussée: 3 à 5 jours de montage - Très petits moteurs électriques (11, 22, 33 ou 44 Kwe) Constructeurs: BIOLECTRIC, BIOECO (chaleur uniquement)
BIOLECTRIC Société Puissance Principes BIOLECTRIC, Temse (Belgique)-Carquefou (44) Micro méthanisation de 11 à 44 kwé Ouvrages réalisés en module pour réduire le coût Méthanisation phase liquide 9%MS Eléments techniques Digesteur= cuve inox isolée styrodur sur dalle béton + poche géomembrane. agitateur Un caisson livré précablé comportant le (les) moteur, la filtration, le refroidissement du gaz, l échangeur. Projets 71 réalisations en Belgique. Aucune réalisation en France mais de plus en plus de propositions Ex :Elevage de 120 VL; 100% bâtiment Couloir raclé, pas de litière Préfosse: 40 m3, 1 brasseur Apport 3000 m3/an dans digesteur de 260 m3 Cogé 22 Kwe (rendement élec = 21%) 165 000 Contrat maintenance: 3000 /an Autoconsommation élec + certificats verts TRI: 5 à 6 ans
Les options techniques existantes Méthanisation voie sèche : - Fonctionnement discontinu. - Silos bâchés, containers ou garages, en fonctionnement décalé - Pas de brassage, recirculation des jus - 1 journée de vidange toutes les 2 à 3 semaines Constructeurs: METHAJADE, ARIA, ERIGENE
Les problématiques de la méthanisation en voie sèche En méthanisation sèche, le brassage de la matière n est réalisé que lors du remplissage du digesteur. Le potentiel méthanogène ne s exprime pas complétement. Importance du dispositif de recirculation des lixiviats. Les temps de séjour des projets de méthanisation en voie sèche sont très courts (de 4 à 6 semaines). A l opposé de la voie liquide, si le digesteur ne fonctionne pas correctement, la seule solution est de le vider pour le remplir de nouveau, perturbant ainsi toute la production. Stockage au champ du digestat = risque d écoulements
ARIA (Silogaz) Société ARIA Agence Normandie Puissance Principes Petite méthanisation à partir de 20 kwé Méthanisation solide en silo Conception propre au projet Eléments techniques Réalisation de différents silos pour la méthanisation. Couverture par une bâche souple. Projets Une demi-douzaine de projet en fonctionnement Exemple: Gaec Val de Maury (89) 100 VL; 140 ha 4 digesteurs «bateau» 1900 t de fumier, 30 t de déchets de silos, 385 t cult. dérobées, 550 t EV 64 kwe 410 000 Kwh produit Chauffage habitation Coût 560 000 TRI:7.5 ans
ERIGENE (Eribox) Société ERIGENE Picardie Puissance Petite méthanisation à partir de 50 kwé Principes Méthanisation solide en conteneur Méthanisation par voie solide Eléments techniques Conteneur remplis en ferme, transport vers l installation de méthanisation puis retour du digestat. Branchement rapide du digesteur sur site Projets Une installation pilote en Haute Normandie Contact : 06 64 19 47 17 Référence coût : 30 Kwé 300 000
Schmack et Agrofutur Société Puissance Schmack et Agrofutur Contact national A partir de 20 kwé Principes Méthanisation solide Digesteur de type piston Eléments techniques Un conteneur abrite un digesteur type piston et un local de cogénération. Temps de séjour court, lié à un post digesteur Projets Unité expérimentale Gaec des Beaudors (43) Contact : - Référence coût : -
Les options techniques existantes Méthanisation à température ambiante: - Couverture de fosse flottante - Récupération passive du biogaz - Alimentation chaudière - 50 000 à 100 000 Constructeurs: NENUFAR
Nécessité d y voir plus clair en termes de rentabilité et de fiabilité AAP ADEME 2012: - Mieux connaître les offres petites métha (< 75 kwe). - 7 pilotes retenus. Retard de mise en service - Résultat courant 2015
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