12:33 - samedi décembre 3, 2016

La micro-cogénération biomasse granulés bois et granulés de sarments : les enjeux d’une solution à fort potentiel

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 La cogénération, c’est la production simultanée de deux énergies différentes dans un seul système ou processus. Le cas le plus fréquent est la production d’électricité et de chaleur, la chaleur étant issue de la production électrique ou bien encore l’inverse.
« Si 30% des besoins de chauffage étaient assurés par des cogénérateurs, la production serait de 15 TWh, soit l’équivalent annuel de deux réacteurs nucléaires » énonce Olivier Camp, président de Novotek.
Et les enjeux sont aussi au niveau de la fourniture d’énergie électrique pour la résolution des pics de pointe : à la différence de certaines énergies intermittentes, la cogénération est en plein fonctionnement lors des pics de consommation (car les besoins de chauffage sont alors maxima).
« Ainsi la cogénération en petites installations, à une échelle conséquente, pourrait, notamment dans certaines régions comme PACA ou la Bretagne, être un atout fort pour répondre aux pointes de consommation électrique, faire baisser les coûts de renforcement des réseaux électriques et remplacer le parc thermique primaire d’appoint des centrales à flamme », complète Olivier Camp.
Enfin l’impact est aussi significatif au niveau de la réduction des émissions de CO2 (1 tCO2/an par KW installé. (source club ATEE (Association Technique Energie Environnement) club cogénération)
La cogénération, pour l’autoconsommation de sa production électrique et pour couvrir les besoins de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire.
Couvrir les besoins thermiques de chauffage, d’eau chaude et produire de l’électricité, tel est donc le principe de base des systèmes de cogénération des bâtiments résidentiels ou tertiaires : « le système cogénération sera donc à la fois une chaudière alimentée par une énergie primaire (gaz, biogaz, ou bois) couplée au cogénérateur lui-même qui va produire l’électricité » précise Pascal Guyon Responsable Produits de la gamme cogénération de Viessmann
Le principe de la cogénération n’est pas nouveau ; il a été d’abord développé pour des établissements publics ou tertiaires, de grands ensembles de bâtiment, consommant beaucoup d’énergie.
La micro cogénération est « l’entrée de gamme » en terme de puissance des solutions de cogénérations : « C’est tout simplement l’application de la cogénération aux bâtiments de taille plus réduite avec une puissance maximale de production électrique de 36 KW » ajoute Jean Louis Rasmus, Responsable Produits pour De Dietrich.
« L’ensemble se présente dans un ensemble compact, simple à installer, quelle que soient les énergies utilisées et les gammes de produit » ajoute Pascal Guyon. Ainsi, en chauffage individuel, en appartement comme en résidentiel, la chaudière en cogénération s’intègre partout comme une chaudière murale.
Elle permet d’adresser aussi bien le marché du chauffage individuel en résidentiel ou collectif, mais aussi les complexes sportifs avec piscine, les hôpitaux et écoles, l’hôtellerie et la restauration, où les besoins de chaleur et électricité sont constants et permanents, ce qui permet d’avoir un usage le plus continu possible sur l’année.
« Pour les bailleurs sociaux ou privés, l’électricité produite alimente les parties communes des bâtiments collectifs, et sert d’appoint aux besoins de chauffage. Ainsi nous installons dans ces contextes des puissances de 5 à 20 KW électriques, jusqu’à 50 KW électrique dans certains cas » indiquent Pascal Guyon et Jean-Louis Rasmus.
« L’important est dans la bonne détermination des puissances installées par rapports aux besoins du ou des bâtiments. La cogénération devant tourner à plein régime le plus longtemps possible, l’idéal est de couvrir environ 20 % de la puissance totale thermique. Avec les nouveaux produits en 2014 nous allons pouvoir moduler la puissance de cogénération de 30 à 100% tout en gardant un bon rendement » précise Pascal Guyon.
Les solutions techniques sont différentes en fonction des puissances requises
« L’énergie primaire majoritairement utilisée est le gaz et ce pour les différentes gammes existantes de la micro cogénération (jusqu’à 36 Kw électrique) ». précise l’expert de Viessmann.
Ensuite la chaudière micro-cogénération par elle-même est une chaudière à condensation classique qui peut fonctionner au gaz naturel, au biogaz, mais aussi au bois ; s’y ajoute :
– un moteur qui va produire une énergie mécanique ;
-cette énergie mécanique entraîne un alternateur qui produit de l’électricité ;
-l’énergie thermique produite par la production d’électricité, habituellement perdue, est récupérée pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
L’électricité ainsi produite est utilisée en auto-consommation pour alimenter les appareils électriques du logement. Le surplus non consommée peut être revendu et est alors réinjectée sur le réseau. Enfin, la production électrique peut aussi être revendue en totalité.
Suivant les puissances, la cogénération s’appuie sur différentes technologies.
– La première est celle du moteur Stirling : il n’y a aucune combustion en ce cas à l’intérieur du moteur ; c’est un moteur à combustion externe, basé sur le principe du travail d’un gaz, qui se dilate lorsqu’on lui transfère de la chaleur et qui se rétracte quand on le refroidit. Le moteur Stirling peut donc travailler avec différentes sources de chaleur (rayonnement solaire, chaleur rejetée).
« Le fluide caloporteur, de l’hélium dans notre gamme, est chauffé par une partie de la chaleur de la chaudière condensation, il se dilate et active le mouvement d’un piston ; ce mouvement permet ensuite de faire fonctionner l’alternateur» précise Jean Louis Rasmus.
Avec ce type de solution il n’est guère possible de produire plus de 1 KW électrique mais l’ensemble présente un rendement (PCI Pouvoir Calorifique Inférieur) souvent supérieur 100%. Cela peut couvrir quand même environ 50 % à 70 % des besoins domestiques (ou encore une consommation électrique supérieure à 3000 kWh/an) et des besoins de chauffage aux alentours de 20 KW thermiques.
– Autre technologie, la cogénération à moteur à combustion alternée : destinée au petit tertiaire ou au petit résidentiel, elle présente un ratio plus intéressant, mais avec une maintenance plus coûteuse. Un circuit récupère la chaleur des gaz de combustion, du moteur lui-même et de l’huile de lubrification. Les calories sont transmises dans un échangeur pour le chauffage.
– Ajout le la technologie de Rankine avec turbine ORC ?
Pour nos systèmes de cogénération de moyenne puissance, nous utilisons un moteur fonctionnant au gaz naturel ou bien au biogaz qui entraîne un générateur synchrone qui produit l’électricité, précise Pascal Guyon.
Le rendement global est en moyenne de 85-90 % et dans certains cas jusqu’à 95 %.
Une solution qui commence à être connue, mais un marché Français en retard
Les marchés principaux des solutions de cogénérations en Europe sont l’Allemagne, l’Italie et la Belgique note Pascal Guyon.
La raison généralement avancée est celle des prix de l’électricité, avantageux en France, contrairement aux prix constatés en Allemagne, aux Pays-Bas ou en Grande-Bretagne.
« Ce manque de pertinence économique fait que sur le marché Français, la cogénération est encore un marché de niche de quelques centaines d’installations par an » note Jean Louis Rasmus de la Direction Produits De Dietrich.
Pourtant, cela pourrait bientôt s’estomper avec la courbe de croissance des prix de l’électricité; ce qui pourrait susciter un engouement vers la diversification des sources d’approvisionnement, poursuit-il.
Et les mentalités évoluent : le souhait d’autonomie en produisant son électricité est un facteur de plus en plus considéré, souligne Olivier Camp : « et comme EDF prévoit d’augmenter ses tarifs de rachat d’électricité issu de la cogénération d’origine renouvelable, nous sommes confiants sur les perspectives 2014 tant au niveau de la micro cogénération que des systèmes de puissance supérieure ».
« D’autant que le marché pour nous est conséquent avec d’une part encore un million de chaudières fioul de plus de 25 ans et d’autres part 4 millions de plus de 15 ans » poursuit-il.
« Et puis produire localement son énergie, et de façon continue sur la période de chauffe, c’est aussi une façon de limiter les pertes de distribution et de transport d’électricité (qui sont supérieures à 60%) et de réduire les émissions CO2 », note Jean Louis Rasmus.
Les prix sont encore élevés et les ROIs, suivant la situation initiale, la puissance électrique produite et les hypothèses sur les augmentations de prix de l’énergie, s’étalent entre 7 et 15 ans.
Et plus la puissance électrique délivrée est importante, plus le coût du KW électrique est intéressant : ainsi pour 70 KW électrique, on est aux alentours de 1,8 k€ du KW électrique.
Cela devrait s’améliorer notamment avec l’augmentation en volume des installations et l’entrée sur le marché Français de nouveaux compétiteurs.

La micro cogénération avec comme énergie primaire le bois.
« Nous souhaitions proposer une gamme de solution permettant de privilégier les besoins de chauffage et eau chaude, mais aussi d’avoir le maximum d’électricité grâce à un rendement global optimal ,avec l’énergie renouvelable bois »précise Olivier Camp.
Après plus de 5 ans de R&D, nous mettons à disposition une chaudière granulé bois avec un rendement de 95% ; cogénération incluse, le rendement global est de 86%; notre gamme de micro cogénération bois est fabriquée en France, à Lyon, et permet de proposer des puissances de 12 à 40 KW thermiques et une production électrique simultanée de 1,5 à 5 KW.
La technologie basée sur le moteur Stirling ne permet pas vraiment de dépasser beaucoup plus de 1 KW de production électrique, avec une limitation sur la température de fonctionnement à 110 °C, c’est pourquoi nous avons mis au point et brevetée une solution basée sur le cycle thermodynamique de Rankine (ORC) (principe utilisée dans la machine à vapeur), continue –t-il.
Le co-générateur est donc une turbine scroll à cycle de Rankine qui permet de produire chaleur et électricité et nous adressons le marché domestique mais aussi le petit tertiaire, les collectivités et le petit industriel.
Ainsi nous avons un projet en cours pour un office d’HLM dans un éco-quartier qui va permettre de produire 36 KW électrique et environ 150 KW énergie thermique ; d’une façon générale, nous sommes de plus en plus sollicités par les collectivités.
« Pour une école à Cholet, la facture fioul était de 15 000 € ; elle est passée à 5 000 € avec le pellet et la facture électrique a été allégée grâce à la production électrique en cogénération. D’une façon générale d’ailleurs, le ROI sera d’autant plus rapide à atteindre que la taille de la chaudière sera importante.
En comparaison à l’énergie fioul, les ROI sont de 6 à 9 ans suivant les configurations, en intégrant l’économie sur le coût d’approvisionnement et l’économie avec l’usage de l’électricité produite. » conclut-il.

Une installation simple et un système rapide à mettre en oeuvre
Les systèmes de micro-cogénération n’exigent pas de compétences particulières et se situent techniquement au niveau d’une chaudière à condensation ; chez Viessmann et De Dietrich, le moteur Stirling est encapsulé dans un module séparé.
Pour les systèmes à moteur à combustion, il est nécessaire d’avoir des connaissances complémentaires en mécanique et en électricité.
Pour les cogénérations à énergie bois, c’est en général un chauffagiste avec l’expérience du granulé bois qui met en place la solution. « Le principe de raccordement et compteur est similaire au compteur photovoltaïque. Pour la maintenance, elle est limitée vu la robustesse de la solution » ajoute Olivier Camp .
Hormis l’installation d’un disjoncteur et d’un compteur additionnels pour éventuellement injecter sur le réseau de distribution électrique la partie non consommée du courant, il n’y a pas de frais particuliers à prévoir quant à l’installation et à la maintenance de l’équipement.
Des aides en crédit d’impôt et certificat d’économie d’énergie pour la micro cogénération
Les KW électriques produits pour la micro-cogénération sont pris en compte dans la RT2012 indique Patrick Canal de l’ATEE
Mais les incitations fiscales sont limitées aux micro-cogénérations avec un crédit d’impôt (2013) de 17% (26% si bouquet de travaux), proposé aux micro-cogénérations gaz de moins de 3 kWe.
Conclusion
Selon un rapport de l’ATEE, le potentiel thermique est important pour les cogénérations tant en résidentiel collectif que tertiaire –et estimé entre 1,5 et 2 GW électriques (rapport de la DGEC – Direction Générale Energie Climat) pour un potentiel commercial > 100 MWe de microcogénérations à l’horizon 2018 et avec à la clé … la création de 20 000 emplois.
Reste à transformer ce potentiel, peut être en s’inspirant de nos voisins, plus volontaires en matière de petite cogénération (Belgique , Royaume Uni, Allemagne).
Par exemple avec l’Allemagne qui a créé une situation incitative à l’autoconsommation d’un peu plus de 5,3 c€/kWh par KW autoconsommé et des tarifs d’injection / revente aux environs de 27 c€/kWh, indique Patrick Canal de l’ATEE.
Nous espérons que les échanges du groupe de réflexion sur l’autoconsommations mené par la DGEC permettront de faire avancer le sujet notamment pour la mini cogénération, ajoute –t –il.
Et puis pourquoi pas demain mettre en place un smart grid de chaudières de cogénération interconnectés au niveau d’un quartier, les solutions sont d’ores et déjà disponibles, les prix d’achat avec le volume devrait aussi inciter en ce sens, alors en avant ?

 

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Micro-cogénération : chaleur et électricité

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3 Réponses à “La micro-cogénération biomasse granulés bois et granulés de sarments : les enjeux d’une solution à fort potentiel”
  1. # 8 octobre 2015 à 19:41

    La France avance petit à petit sur le sujet mais c’est encore bien lent… C’est maintenant ou jamais qu’il faut changer nos modes de production d’énergie!

  2. # 4 septembre 2015 à 13:29

    Bonjour,
    Il est regrettable que le marché de la micro-cogénération ne décolle pas en France, dû au fait du prix de notre KWh. Dans un pays comme le Danemark ou le KWh avoisine les 30 Cts d’euro, les retours sur investissements (ROI) sont bien plus intéressants.
    Les constructeurs qui souhaitent mettre en avant une installation référente sur le site http://www.travaux-energetiques.com sont les bienvenus.

    Cdlt

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