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Cogénération d’énergie

Centrale cogénération en Islande

Centrale cogénération en Islande

La cogénération d’énergie, production combinée de chaleur et d’électricité

Autrement appelé CHP (« combined heat and power »), le principe de la cogénération repose sur la production combinée de chaleur et d’électricité au sein d’une même installation et à partir de la même énergie primaire. Basée sur le fait que la production d’électricité dégage une grande quantité de chaleur inutilisée, la cogénération cherche à valoriser pour atteindre un rendement énergétique global pouvant atteindre 85%.

 

Rendement énergétique

Une installation classique de production présente un rendement électrique moyen d’environ 35%, le reste de l’énergie étant perdu sous forme de chaleur. Avec un système de cogénération, environ 35% de l’énergie primaire est bien transformé en électricité par un alternateur mais les 65% restant sont convertis sous forme de chaleur dont plus de la moitié est récupérée dans un circuit d’eau via un échangeur. Cette chaleur est ensuite réinjectée et réutilisée.

Calcul du rendement d’une unité de cogénération :

Ηcogen = (Pelec + Q.chaleur.utile) / Q.combustible

            Hcogen – rendement de la cogénération
           Pelec – puissance électrique produite
           Q.chaleur.utile – puissance thermique extraite des gaz d’échappement
           Q.combustible – puissance thermique fournie par le combustible

Le développement d’unité de récupération est un moyen de valoriser une partie de la chaleur générée lors de la production d’électricité afin de la transformer en énergie thermique utile. Si une part de la chaleur générée est en effet destinée à alimenter un moteur, une turbine ou une pile à combustion pour produire de l’électricité, la part restante est directement destinée à chauffer de l’eau ou produire de la vapeur.

 

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Centrale cogénération géothermique aux Philippines

Combustibles
Une unité de cogénération peut utiliser différents combustibles primaires pour générer de la chaleur :
• gaz naturel
• fioul
• essence
• bois
• biogaz issu de la méthanisation
• gaz fatal industriel

 

C’est un processus de production d’énergie neutre sur le plan du combustible, c’est-à-dire applicable autant qu’aux combustibles renouvelables qu’aux combustibles fossiles. Si les technologies et rendements varient en fonction des producteurs, les unités de cogénération sont un moyen d’utiliser plus efficacement les ressources primaires et de réduire les gaz à effet de serre.

 

Une réponse aux besoins énergétiques

L’énergie électrique produite par une unité de cogénération est auto-consommée pour l’alimenter ou bien réinjecté dans le réseau de distribution locale (moyenne ou basse tensions) suivant les conditions économiques définies par les pouvoirs publics (tarifs d’achat réglementés) ou suivant les conditions des marchés de l’énergie.

L’énergie thermique générée est généralement destinée aux réseaux de chaleur, à la production d’eau chaude sanitaire ou à des procédés industriels nécessitant une vapeur d’eau à moyenne ou haute pression. C’est pourquoi une unité de cogénération répond souvent en priorité à des besoins énergétiques locaux car la chaleur générée se transporte mal et doit donc être produite au plus près des lieux de consommation.

Les unités de cogénération répondent à des besoins à grande échelle au niveau industriel (en particulier dans les secteurs de la chimie, du papier, de l’automobile, la métallurgie, l’agroalimentaire, les scieries ou les serres agricoles) mais aussi à plus petite échelle au niveau de l’habitat (résidentiel, administratif ou commercial) en produisant une base de chaleur et d’électricité.
La cogénération est une réponse à des besoins énergétiques locaux en termes de puissance électrique et de production de chaleur mais aussi de plus en plus souvent en termes de génération de froid. Dans ce cas où la chaleur est aussi utilisée pour produire du froid, on parle alors de tri-génération.

 

IBM Smart Building - Salle des chaudières à Ehningen (Allemagne)

Salle des chaudières IBM Smart Building (Allemagne)

Stockage de la chaleur

Si les besoins en chaleur thermique sont inférieurs à la production d’une centrale de cogénération, cette énergie est perdue ou la centrale doit s’arrêter. Il existe toutefois des solutions permettant de stocker une partie de la chaleur produite afin de l’utiliser lorsque la demande est importante.

Ce stockage peut prendre différentes formes :
– Stockage dans un réservoir relais ou indépendant
– Stockage dans des chaudières existantes
– Stockage dans un réseau de tuyauterie
L’intérêt du stockage est de limiter les pertes de chaleur produite mais aussi de favoriser l’écrêtage des fluctuations de températures (optimal pour le fonctionnement des centrales). Il permet de fait l’installation de plus grosse unité de production.

 

Les avantages de la cogénération (CHP)
1. fortes augmentations du rendement global des centrales (jusqu’à 85 %)
2. gains d’efficacité générant des économies financières
3. impact réduit sur l’environnement
4. système d’énergie intégré dissocié des aléas d’un réseau local