Valorisation du biogaz La cogénération Le biogaz épuré est brûlé dans un module de cogénération pour produire de l électricité et de la chaleur sous forme d eau chaude à 90 C. Cogénération 1 Marque Type de moteur Type d alternateur Combustible Rendement Puissance nominale Temps de fonctionnement Vidange Entretien Durée de vie Électro-hagl Man pur-gaz Asynchrone Biogaz (22m 2 /h) 26% électrique et 50% en chaleur 30kW é 55 kw th 8.500 h/an toutes les 400 h de fonctionnement toutes les 4500 h de fonctionnement 60 à 80.000 heures Valorisation de l'electricité La totalité de l'électricité produite est introduite sur le réseau électrique local. Le raccordement n'a pas nécessité de changement de transformateur. L'électricité est vendue à 0,0765 /kwh electrique. Valorisation thermique La combustion du biogaz par le moteur fournit 50% de chaleur. Cette chaleur est utilisée pour chauffer le digesteur et 2 habitations. En hiver, la chaleur produite n'est pas suffisante pour chauffer la totalité des 2 habitations. Les exploitants doivent encore acheter 150l de fuel et 8 steres de bois par an pour le chauffage d'une des 2 habitation. Au total, 54% de l'énergie thermique est valorisée. Gestion du digestat Stockage du digestat Le digestat est envoyé par gravité vers la cuve de stockage. La cuve de stockage est en béton armé d une capacité de 1000m 3, soit un diamètre de 16 m et une hauteur de 5 m. La cuve est couverte d une géomembrane pour récupérer le biogaz encore présent dans la matière fermentée. Type de Mélangeur Hélice de bateau Puissance 15 kw Temps de fonctionnement Au moment des vidanges pour épandage Nombre 1 Avantage Coût ; peut-être repris pour le digesteur si besoin Inconvénient Néant Epandage du digestat Quantité annuelle 1800 tonnes % MS 4,7% N - P - K 4 1,2-2,7 kg/tonne de MF NH 4 2,3 kg/tonne de MF ph 8,0 Traitement éventuel aucun Mode d évacuation Epandage Les associés gèrent directement l épandage du digestat sur leur terre. Le digestat est épandu grâce à un tonneau à lisier classique. La période d épandage est de mars à octobre. Avec l utilisation du digestat, les agriculteurs ont observé un rendement des cultures équivalent et une utilsation d engrais de synthèse moindre. Les exploitants considèrent que grâce au digestat ils économisent 1700 sur le poste achat d engrais.
Bilan de l installation Bilan énergétique et environnemental (année 2006) Consommation d énergie fossile nécessaire au fonctionnement de l installation : 31 MWh/an Transport et manutention des matières Epandage du digestat surconsommation de fuel pour l épandage du digestat produit Réseau électrique à partir de matières extérieurs 1200 litres de fuel soit 12.000 kwh/an Achat de 18.980 kwh/an Production de 190.000 m 3 de BIOGAZ par an soit un potentiel de 900.000 kwh/an 50% Chaleur : 450.00 kwh/an 26% Electricité : 233.750 kwh/an 24% Perte 26% 120.000 kwh/an autoconsommation 30% 44% de pertes Réseau électrique EDF 2 habitations des associés Besoin de l installation Production d énergie verte effectivement valorisée : 354 MWh/an Energétique Environnemental Bilan + 323.000 kwh/an Evite l émission de 218 t CO 2 /an 54 t/an (substitution de CO 2 d origine fossile) 164 t/an (non émission de méthane au dessus des fosses de stockage d effluents) Efficacité L installation produit 11 fois plus L installation réduit de 69% d énergie qu elle n en consomme les émissions de gaz à effet de serre. Bilan social L installation biogaz a permis la consolidation d un emploi. En effet, l installation requière la main d œuvre suivante : Temps de surveillance : 0.5 h/jour Temps de maintenance : 25 h/an Temps de gestion des matières : 100 h/an Temps d épandage du digestat généré par les matières extérieures : 30 h/an Bilan économique approché Investissement total : 250.000 (dont 3.000 h de main d œuvre des associés comprises) Financement : Conseil régional 27% : 67.600 Conseil général 17% : 41.400 Crédit agricole du nord 4% : 9.500 Autofinancement par les agriculteurs surtout de la main d oeuvre 20% Prêt bancaire 32% Ce bilan économique montre clairement que lorsque toutes les charges de l installation sont prises en compte, une installation n est pas rentable avec le tarif de 7,87c /kwh électrique vendu. Grâce au tarif de juillet 2006, les installations biogaz peuvent bénéficier d un meilleur tarif et ne sont plus limités en puissance électrique. Si l installation du GAEC Oudet pouvait bénéficier du nouveau tarif, le prix de vente de l électricité serait de 11 + 1,2 (car le pourcentage de valorisation est de 54%) soit 12,2c /kwh. A ce tarif là, l installation aurait un temps de retour sur investissement de 9 ans. Pour améliorer ce bilan économique et bénéficier du nouveau tarif, les exploitants réfléchissent actuellement à un agrandissement de leur installation biogaz. ) DÉPENSES ANNUELLES Soit un total de 310 h/an 25% d un temps plein Personnel pour le fonctionnement de l installation (310 h/an) 4.650 Personnel pour les visites de l installation (140 h/an) 2.800 Achat d électricité (fonctionnement pompe ) 1.000 Maintenance cogénération 3.000 Manutention des matières extérieures (2 /tonne) 500 Epandage des matières extérieures (3 /m 3 ) 600 Assurance Incluse dans l assurance globale de l exploitation Production de plantes énergétiques 0 Annuité d emprunt 10.230 Total 22.780 /an REVENUS ANNUELS Vente de l électricité : 233.750 kwh x 0,0787 /kwh 18.400 (contre 28.517 si l exploitation bénéficiait du tarif de 2006) Economie de fuel et de bois (chauffage habitation) 4.500 Economie d engrais 1.700 Visite de l installation 3.100 Traitement de déchet 0 Total 27.700 /an (contre 37.817 /an si l exploitation bénéficiait du tarif de 2006)
L installation de Biométhanisation du GAEC Oudet - Analyse technique Agricométhane Plan de l installation Légende Oudet Charleville-Mézières Région Wallonne Grand-Duché de Luxembourg 1 Aire de stockage des matières entrantes 2 Préfosse (stockage du lisier) Ardennes 3 Digesteur 4 Fosse de stockage du digestat 5 Modules de cogénération 18kw 15kw Localisation des moteurs et leur puissance 3 4 600 m 3 1.000 m 3 5 Local technique 18kw 1 capacité 150 T 24 m 3 2 1.800 T/an digestat 11kw Etable caillebotis 350 m 3 2.000 T/an de matière entrante Circulation des matières lisier dans les caillebotis sous l étable fumier, résidus de maïs, tontes, issues de céréales Etable pompe 350 m 3 hacheuse 150 T circulation par pompage circulation par gravité alimentation par godet 24 m 3 600 m 3 1.000 m 3 1 2 3 4 digestat Stockage des matières Pré-fosse Digesteur Fosse de stockage Fermentation anaérobie Poursuite de la fermentation
Gestion des matières entrantes Apport et stockage des matières Tous les effluents d élevage traités par l installation de biométhanisation proviennent de l exploitation. Les tontes de pelouse proviennent de la collectivité locale, les issues de céréales proviennent d une coopérative agricole et le maïs provient des fonds de silo de l exploitation. Matières fermentescibles Tonnage annuel Equivalent Hectare Lisier 1300 tonnes/an / Fumier mou 500 tonnes /an / Ensilage de maïs 18 tonnes/an 0,5 ha/an Tontes de pelouse 50 tonnes/an / Issues de céréales 210 tonnes/an / Le lisier est stocké sous l étable dans les caillebotis de 350 m 3. Le fumier et les autres matières sont stockés sur le site dans des silos d une capacité totale de 150 tonnes. Introduction des matières Le système d introduction des matières dans le digesteur dépend fortement de leur humidité (calculé en pourcentage de matière sèche: MS). Le lisier, ayant un taux de MS moyen de 4%, est injecté deux fois par jour dans les digesteurs par l intermédiaire d une pompe. Le fumier et le maïs ont un taux de MS plus élevé (15-20% et 25-35% respectivement). Habituellement, pour introduire ce type de matière un système d introduction mécanique est utilisé (type piston ou vis sans fin). Au GAEC Oudet, les exploitants ont choisi d incorporer toute la matière via la pré fosse donc par pompe. Ce qui a permis de limiter l investissement. Ce choix est possible sur cette exploitation car la part de fumier et de maïs est faible par rapport au lisier. Compte tenu de ce choix technique seul 40% du fumier sont utilisés dans l installation biogaz. Ration Système Puissance Temps de Avantages Inconvénients journalière d introduction électrique fonctionnement du système du système nécessaire journalier d introduction d introduction Lisier 3,5 m 3 Fumier 2 tonnes Autres matières 1 tonnes Pompe Agitateur 18 kw 11 kw 0,3 heure 0,6 heure Faible coût d investissement - Côut de fonctionnement en énergie élevé - Perte de biogaz Dans la réflexion en cours sur l agrandissement de l installation biogaz et en fonction du type de matière retenue il sera certainement nécessaire d ajouter un incorporateur de matière solide.
Gestion de la fermentation Le digesteur L installation du GAEC Oudet possède undigesteur. Le temps de séjour de la matière est de 80 jours. Les exploitants ont volontairement décidé de surdimensionner le digesteur de façon à pouvoir accroître dans le futur le tonnage de matières traitées. Dans les réflexions en cours sur l agrandissement de l installation, il est prévu d augmenter la puissance électrique installée mais pas les capacités de digestion ni de stockage. Matériau béton armé Dimension volume 550 m 3, diamètre 12,5 m, hauteur 5 m Epaisseur des parois 22 cm Plafond charpente bois Protection des parois internes néant Isolant thermique Polyuréthane à l extérieur (8 cm) Avantages Bien isolée-inertie Inconvénients coût élevé Mélange des matières Teneur en MS du mélange 8% Type de Mélangeur Hélice de bateau Puissance 15 kw Temps de fonctionnement 2.3 heures par jour Nombre 1 Avantage Coût Inconvénient Ne mélange qu en superficie Circuit de chauffage Le mélange des matières est porté à 39-40 C dans le digesteur par un réseau de chauffage coulé dans le béton Matériau PER Fixation Coulée dans la dalle de béton et les parois du digesteur Longueur totale 1400 m Avantage Pas de risque d arrachage ou de décrochage ; plus grande inertie en chauffant le bêton (moins sensible aux arrêts du moteur) Inconvénient Impossible d intervenir en cas de problème
Gestion du biogaz Stockage du biogaz Une géomembrane est fixée sur la paroi en béton du digesteur et de la fosse de stockage grâce à un système de rainure et de chambre à air. Elle permet de stocker le biogaz qui se dégage de chaque cuve. La charpente en bois couverte d isolant qui constitue le plafond de chacune des cuves ménage des espaces de quelques cm sur la circonférence pour permettre au biogaz produit de s accumuler dans la bâche. Ce dispositif permet par ailleurs de limiter les pertes thermiques. Matériau de la géomembrane Système de fixation Capacité de stockage Durée de stockage Caoutchouc EPDM Une chambre à air de retenue est logée dans une rainure sur la paroi à béton des cuves. 500 à 600m 3 au total pour les 2 fosses 22 heures Caractéristiques du biogaz Température dans la bâche Pression relative dans la bâche 35 à 50 C (fonction de la température extérieure) 2 mbar La température en entrée des moteurs 38 C Teneur CH 4 52% Teneur CO 2 48% Teneur H 2 S Appareil de mesure pour le CH 4, CO 2 et H 2 S Fréquence des mesures pour le H 2 S - de 10 ppm réactif Tous les 15 jours Ces caractéristiques normales sur une installation agricole imposent un traitement du biogaz avant utilisation dans les modules de cogénération. Traitement du biogaz Paramètres à traiter Mode de traitement Refroidissement Naturel (conduite enterrée de 40m de long) Vapeur d eau (H 2 O) Siphon de décantation Hydrogène sulfuré (H 2 S) Injection d air dans le digesteur par un petit compresseur (env 12litres par mn)