«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 développement en progrès mais qui reste modeste France: 402 unités dont 201 à la ferme Bretagne: 36 à la ferme, 3 collectifs, 1 centralisée Pays de Loire: 18 à la ferme, 1 collectif, 4 centralisées (Source Sinoe/ AILE) (Source CRAB)
Caractéristiques du parc breton Intrants: Tonnage moyen substrat: 10 000 t Total intrants: 412 000 t Base effluents élevage + végétaux + Déch. agro alim Cogénération 93% des unités Puissance moyenne : 249 kwe Puissance total installée : 9.7 Mwe Valorisation chaleur Gestion digestat Epandage Traitement séparation
Une rentabilité qui se cherche et qui interroge Des difficultés opérationnelles et économiques (Source E- Cube 2015): Equipements non adaptés aux approvisionnements des unités (origine multiple des intrants) et/ou problème de conception entraînant des dysfonctionnements du procédé de méthanisation. Pannes et arrêts de la cogénération liées à des coupures de réseau et à un manque de fiabilité de certains matériels. Enquête sur 54 sites en activité en 2013 dont 44 agricoles = 40% du parc Difficultés d approvisionnement en intrants complémentaires aux substrats agricoles avec compétition d usage sur certaines matières. 65% des unités enquêtées déclarent une rentabilité inférieure au prévisionnel: Pertes de recettes induites par les problèmes techniques Sous estimation des charges de conduite et de maintenance Pertes de recette liée au traitement des déchets Une filière qui demeure en phase d apprentissage dont les modèles économiques restent à stabiliser.
Une nécessaire évolution du dispositif de soutien public Evolution des tarifs de rachat de l électricité. Unités existantes (arrêté 30 oct 2015) / nouveaux sites (en attente) Un tarif de base préférentiel pour les unités de moins de 80 kwe, puis dégressif entre 80 et 300 kwe (entre 80 et 500 pour nouveaux sites) Une prime d effluent maximale au-delà de 60% des intrants puis dégressive. Une période d engagement de 20 ans au lieu de 15 (pour les nouveaux sites uniquement) (projet) Un découplage entre le tarif et la valorisation énergétique Sites existant Tarif de base (cts/kwe) Prime effluent (> 60%) (cts/kwe) < 80 kwe 300 kwe 500 kwe 18 16.5 16.5 4 4 4 Nouveau site (Projet) Tarif de base (cts/kwe) Prime effluent (> 60%) (cts/kwe) < 80 kwe 300 kwe 500 kwe 17.5 16.19 15 5 5 5 Une revalorisation moyenne de 2.5 cts soit une hausse de recettes pour un 80 kwe de l ordre de 15 000 euros par an
La Méthanisation agricole reste aussi compliquée à mettre en oeuvre - Des niveaux d investissement élevés où les facteurs d échelle sont importants. - Un nouvel atelier à part entière de production d électricité qui prend du temps (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 ) 8
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
Le projet BIOENERGYFARM II: 2014-2016 Projet Européen commun à 7 pays pour faire émerger un développement de la méthanisation à petite échelle d ici 2020. bioenergyfarm.eu Identification du potentiel, des freins et de l intérêt du développement de ce type d unités. Informer et former les acteurs. Faire émerger des projets. La Chambre Régionale d Agriculture de Bretagne partenaire du projet
Méthanisation à petite échelle Etat des lieux: peu d unités, des systèmes variés (2014) 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
Une rentabilité économique encore fragile Des montants d investissement élevés Investissement ( /kwe) Moyenne France* Variabilité Sans subvention 11 170 7 800 à 16 800 Avec subvention 7 000 4 000 à 8 800 * Données IFIP Biogaz3 sur 12 unités méthanisation à petite échelle < 80 kwe 2015 Des ressources fortement dépendantes du tarif de rachat de l électricité Importance des nouveaux tarifs 2016 Conférence Elevages et gaz à effet de serres 17 septembre 2015
Les contraintes spécifiques de la petite méthanisation 15
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 46 000 compact lactosérum 18 000 5% MS lait 64 000
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 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 % 24
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 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 Evolution favorable attendue avec les nouveaux tarifs
Quelles solutions proposées par les constructeurs? 27
De nombreux constructeurs De nombreux constructeurs proposent des solutions pour des installations de petite méthanisation.
Les options techniques existantes Valorisation uniquement chaleur Expérimentale Méthanisation à température ambiante: - Couverture de fosse flottante - Récupération passive du biogaz - Alimentation chaudière - 50 000 à 100 000 Constructeurs: NENUFAR Implanté sur la ferme de Grignon (78) et sur une fosse (35) Test courant 2016 à la station expérimentale de Guernevez (29)
Les options techniques existantes Valorisation uniquement chaleur Expérimentale Méthanisation liquide: Gaec de la Fontaine neuve (22) - Digesteur infiniment mélangé chauffé (38 C) - 4150 t intrants (lisier de porcs, restes aliments, herbe) - Alimentation chaudière 110 kwth - Substitution 11 t de propane - Traitement du lisier (stripping) - 175 000 hors traitement digestat Constructeur: EVALOR
Les options techniques existantes Valorisation uniquement chaleur Expérimentale Méthanisation liquide: Elevage Sevenou (29) - Digesteur non brassé chauffé (38 C) - 3000 m3 de lisier de veaux de boucherie - Alimentation chaudière 40 kwth - Substitution électricité - 100 000 Montage en cours Constructeur: Enerpro
Les options techniques existantes Valorisation électricité et chaleur = cogénération Méthanisation voie solide : - 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: NASKEO, ARIA, ERIGENE Résultats techniques décevants durant suivi Ademe pour Naskéo et Erigène.
Les problématiques de la méthanisation en voie solide En méthanisation solide, le brassage de la matière n est réalisé que lors du remplissage du digesteur. Le potentiel méthanogène ne s exprime pas complétement (70% en moyenne Suivi Ademe 2016) Importance du dispositif de recirculation des lixiviats. Les temps de séjour des projets de méthanisation en voie solide sont plus longs (60 à 70 jours Suivi Ademe 2016). 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
Les options techniques existantes Valorisation électricité et chaleur = cogénération. 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 Kwe) Constructeurs: BIOLECTRIC, KFB, ENERPRO
BIOLECTRIC Société Puissance Principes Eléments techniques Projets 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 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. 105 réalisations en Belgique, Italie 1 réalisation en France (Athis de l Orne (61)) 37 devis signés, dont 5 en Bretagne 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%) 205 000 TRI: 7 ans
Analyse financière Biolectric (Données constructeur) Avec nouveaux tarifs 2016 Biolectric (2016) 22 kwe 33kWe 44 kwe Investissement ( ) 205 000 240 000 285 000 dont Unité de méthanisation ( ) 185 000 225 000 250 000 dont Ingiéniérie et main d'œuvre 20000 25000 30000 Investissement/puissance installée ( /kwe) 9318 7273 6477 Produit ( ) 39 600 59 400 79 200 Charges ( ) 16 020 21 285 27 201 dont maintenance 12296 16612 20816 dont consommables 2641 3415 4260 dont autres frais 1025 1258 2125 EBE 23 580 38 115 51 999 TRI 12% 18% 21% TRB 7 ans 5 ans 4 ans Main d œuvre non comprise 8000 h de fonctionnement; 22.5 cts/kwe Autofinancement = 10% Calcul sans subventions Emprunt 15 ans (22 kwe) ou 10 ans à 2%
KFB A expertiser Société Puissance KFB, Emsbüren (Allemagne) Micro méthanisation de 30 à 75 kwé Principes Installation modulaire 2 à 4 fermenteurs en séries Méthanisation à base de lisier uniquement Eléments techniques Projets Digesteur=ouvrage béton de 120 à 180 m3 adossé à une fosse de réception. Pompe excentrique dans le premier module, surverse dans les suivants. Un caisson de cogénération livré précablé comportant le (les) moteur, la filtration, le refroidissement du gaz, l échangeur.?? réalisations en Allemagne. Aucune réalisation en France
KUB PROCESS A expertiser Société KUB PROCESS Melle (79) Puissance Micro méthanisation de 30 à 75 kwé Principes Installation modulaire 2 à 4 fermenteurs en séries Méthanisation à base de lisier et de fumier Eléments techniques Digesteur = conteneurs métalliques montés en série. Un conteneur d hydrolyse et d homogénéisation. Brassage par biogaz sous pression Un conteneur cogénération Possibilité conteneur valorisation chaleur et production engrais?? Projets 1 prototype dans la Loire (42)
Les options techniques existantes Valorisation électricité et chaleur = cogénération Voie liquide. Digesteur infiniment mélangé adapté pour baisser les montants d investissement: - Diminuer les volumes de digesteurs donc les temps de séjour = choix d intrants rapidement méthanisables - Pas de post digesteur - Standardisation et modules préfabriqués - Automatisme réduit - Valorisation de l existant Constructeurs: BIO4GAZ; VALOGREEN, EVALOR, HOST, Planet, Agrikomp
BIO4GAS (Bert) Société BIO4GAS, Un contact grand ouest Puissance Principes Petite méthanisation de 30 à 80 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. 4 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
EVALOR Société EVALOR, St Brieuc Puissance Principes Eléments techniques Petite méthanisation de 30 à 80 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 Centre de Quintenic (22) 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
Société VALOGREEN (Valokit) VALOGREEN Picardie Puissance Petite méthanisation de 30 à 80 kwé Suivi ADEME Principes Ouvrages préfabriqués en acier, Méthanisation infiniment mélangé de 10 à 20 % MS Eléments techniques Cuve de pré-mélange, digesteur en acier galvanisé, mélange agitateurs classique, post digesteur si nécessaire, temps de séjour long Différents modules préconçus Projets Une installation dans l Eure SCEA Forzy
Puissance Société 30 à 80 kwé HOST (Microferm) HOST France Microferm Suivi ADEME 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
Puissance Principes Société ARCBIOGAZ (Biogazplus) ARCBIOGAZ Castelmoron sur Lot (47) Biogaz plus 75 kwé Ouvrages préfabriqués Méthanisation infiniment mélangé de 5 à 12 % MS Suivi ADEME Eléments techniques Digesteur et post digesteur en citernes souples, système d agitation, Incorportaion des matières entrantes par le biais d une précuve montée sur pesons, épuration du biogaz, séparation de phase Exemple de réalisation 1 seul prototype Gaec de Lapourcal Castelmoron sur Lot (47) Elevage VL (juil 2015) 3600 t (2/3 fumier et lisier bovin, 1/3 déchets céréales) 480 000. 600 000 Kwhe attendus Chauffage habitations, séchage digestat
RESULTATS SUIVI ADEME 1 an de fonctionnement 5 procédés suivis durant 1 an de fonctionnement: Suivi ADEME - Voie liquide = Host, Valogreen, Arcbiogaz. Voie Solide = Naskéo (Méthajade), Erigène Bilan matière: Biologie: Tonnage de 2000 à 4000 t d intrants. Apports supplémentaires par rapport aux prévisions pour 3 sites sur 5. 69% d effluent d élevage en moyenne, 86% substrat agricoles Potentiel méthanogène: 19 à 80 Nm3CH4/tMB, moyenne 46Nm3CH4/tMB Potentiel inférieur de 11 à 30% par rapport au prévisionnel Potentiel final proche du prévisionnel par augmentation des apports (3/5) Expression du potentiel méthanogène de 78 à 114% en voie liquide, 70% en voie solide Temps de séjour variable (7-71j). Moyenne 36 jours voie liquide, 70 j voie solide
Suivi avec tarif actuel (2015) RESULTATS SUIVI ADEME 1 an de fonctionnement Suivi ADEME Constructeur Host ArcBiogaz Valogreen % production CH4/prévi. 128% 122% 65% Temps passé h/j 0.63 1.28 1.61 Efficience énergétique 18 3.8 4 Investissement (euros) 580000 480 000 470 000 Produits mensuels effectif (evol/prévi) 6286 (+5%) 11798 (+14%) 6519 (-34%) Charges mensuelles effectives (évol/prévi) 2963 (+18%) 6755 (+13%) 4312 (+11%) EBE mensuel ( ) 3322 (-4%) 5042 (+15%) 2207 (-59%) EBE annuel ( ) 39865 60510 26488 Temps de retour brut prévi (an) 9 6 5 Temps de retour brut réalisé (an) 9 6 11 TRI réalisé 7.3% 16.1% 3.7% Conso elec Production Faible conso élec Remarques importante insuffisante Suivi Ademe résultats Févr. 2016 Nouveaux tarifs 2016: EBE annuel: + 6000 (Arcbiogaz); +18 000 (Host), +11 000 (Valogreen)
Comment aller plus loin? Diagnostic individuel gratuit en exploitation Outil expert BioEnergyfarm 2 Dimensionnement technique et ébauche du business plan Réflexion collective sur le sujet Circulation de l information Audition de constructeurs Comparaison de devis Achat groupé (?) Les Chambres d agriculture de Bretagne à votre service
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