cogénération à partir de biomasse : la filière .principe de la cogeneration a partir de biomasse

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  • Biomasse Normandie

    Heat Technics

    ADEME Centre d'Angers

    Cognration partir de biomasse :

    La filire combustion / vapeuren petite puissance

    Rapport final

    Juin 2001

  • Biomasse Normandie

    Heat Technics

    ADEME Centre d'Angers

    Cognration partir de biomasse :

    La filire combustion / vapeuren petite puissance

    Rapport final

    42, avenue du 6 Juin, 14000 Caen

    Tel : 02 31 34 24 88, Fax : 02 31 52 24 91, Biomnor@aol.com

    53, place des sarments, Domaine du Chai, 83250 La Londe-les-Maures

    Tel : 04 94 15 90 46, Fax : 04 94 05 23 80

    Juin 2001

  • SOMMAIRE

    PRAMBULE ____________________________________________________________________ 1

    1RE PARTIEPRINCIPE DE LA COGNRATION PARTIR DE BIOMASSEET TECHNOLOGIES DISPONIBLES ______________________________________________ 3

    1. PRODUIRE DE L'LECTRICIT PARTIR DE BOIS ______________________________________ 51.1. La cognration partir de biomasse __________________________________________ 51.2. Principe de la production d 'lectricit par la filire combustion____________________ 6

    2. LA PRODUCTION DE VAPEUR _____________________________________________________ 72.1. Quelques rappels thoriques _________________________________________________ 72.2. Les chaud ires vapeur _____________________________________________________ 8

    2.2.1. Tubes de fumes ou tubes d 'eau __________________________________________________ 82.2.2. Contrles permanents au tocontrle _____________________________________________ 92.2.3. La qualit du traitement d 'eau ___________________________________________________ 92.2.4. La rglementation sur les chaufferies vapeur _____________________________________ 102.2.5. Conditions d 'emplacement _____________________________________________________ 11

    3. TURBINE VAPEUR____________________________________________________________ 133.1. Prsentation _______________________________________________________________ 133.2. Principe de fonctionnement _________________________________________________ 14

    3.2.1. Principe arodynamique _______________________________________________________ 143.2.2. Principe thermodynamique ____________________________________________________ 153.2.3. Calculs de rendements_________________________________________________________ 16

    3.3. Diffrents types de turbines et combinaisons possibles __________________________ 203.3.1. Les turbines contrepression ___________________________________________________ 203.3.2. Les turbines condensation ____________________________________________________ 203.3.3. La combinaison des deux types de turbine________________________________________ 213.3.4. Le soutirage __________________________________________________________________ 223.3.5. Cycle avec resurchauffe ________________________________________________________ 23

    3.4. Schma type d une installation de cognration avec une turbine vapeur ________ 253.5. Donnes techniques et conomiques __________________________________________ 263.6. Constructeurs _____________________________________________________________ 27

    4. LE MOTEUR VAPEUR _________________________________________________________ 294.1. Prsentation _______________________________________________________________ 294.2. Principe de fonctionnement _________________________________________________ 29

    4.2.1. Principe mcanique ___________________________________________________________ 294.2.2. La cognration par moteur vapeur ____________________________________________ 30

    4.3. Donnes techniques et conomiques __________________________________________ 314.4. Constructeurs _____________________________________________________________ 31

  • 5. CYCLE ORGANIQUE DE RANKINE (ORC) __________________________________________ 335.1. Prsentation _______________________________________________________________ 335.2. Principe de fonctionnement _________________________________________________ 33

    5.2.1. Principe de l'ORC _____________________________________________________________ 335.2.2. Cycle thermodynamique du flu ide organique_____________________________________ 34

    5.3. Donnes techniques et conomiques __________________________________________ 355.4. Constructeurs _____________________________________________________________ 35

    6. MOTEUR STIRLING ____________________________________________________________ 376.1. Prsentation _______________________________________________________________ 376.2. Principe de fonctionnement _________________________________________________ 37

    6.2.1. Descrip tion du moteur_________________________________________________________ 376.2.2. Cycle mcanique et thermodynamique___________________________________________ 38

    6.3. Donnes techniques et conomiques __________________________________________ 396.4. Constructeurs _____________________________________________________________ 40

    7. LA VAPEUR EN AVAL D'UNE TURBINE OU D'UN MOTEUR ______________________________ 417.1. Utilisations de vapeur HP ___________________________________________________ 417.2. La climatisation partir de vapeur HP. _______________________________________ 427.3. Rejets thermiques.__________________________________________________________ 44

    8. SYNTHSE COMPARATIVE ______________________________________________________ 45

    2ME PARTIEANALYSE DE SITES DE COGNRATION PARTIR DE BIOMASSE______________ 49

    1. ANALYSE DE CENTRALES DE COGNRATION ______________________________________ 511.1. Prsentation des sites analyss _______________________________________________ 511.2. Les quipements ___________________________________________________________ 52

    1.2.1. Les chaudires________________________________________________________________ 521.2.2. Les gnrateurs lectriques _____________________________________________________ 53

    1.3. L'efficacit nergtique _____________________________________________________ 531.3.1. Les taux de valorisation nergtiques ____________________________________________ 541.3.2. Rendement lectrique bru t et pression de vapeur __________________________________ 55

    1.4. Les cots__________________________________________________________________ 571.4.1. Investissements hors rseaux de chaleur _________________________________________ 571.4.2. Les cots d'entretien et de maintenance __________________________________________ 591.4.3. Les cots de combustible_______________________________________________________ 61

    1.5. Economie des centrales audites _____________________________________________ 631.5.1. Analyse partir des donnes bru tes _____________________________________________ 631.5.2. Analyse partir de donnes lisses et rvalues __________________________________ 66

    1.6. Synthse et limites de l'analyse ______________________________________________ 67

    2. CENTRALE BIO-NERGIE TAUFKIRCHEN ___________________________________________ 692.1. Prsentation du site ________________________________________________________ 692.2. Les chiffres cls de l'installation ______________________________________________ 692.3. Schma de principe ________________________________________________________ 702.4. Les quipements bois _______________________________________________________ 712.5. Les quipements de production lectrique_____________________________________ 712.6. Ratios nergtiques ________________________________________________________ 722.7. Evaluation des cots _______________________________________________________ 72

  • 2.7.1. Combustible__________________________________________________________________ 722.7.2. Investissement________________________________________________________________ 722.7.3. Entretien et maintenance _______________________________________________________ 732.7.4. Rcapitu latif des cots annuels _________________________________________________ 732.7.5. Cot de l'nergie ______________________________________________________________ 732.7.6. Bilan de fonctionnement de la centrale ___________________________________________ 742.7.7. Perspectives d 'amlioration du bilan _____________________________________________ 75

    3. LIGNE DE COGNRATION BOIS L'UIOM DE KEMPTEN ____________________________ 773.1. Prsentation du site ________________________________________________________ 773.2. Les chiffres cls de l'installation ______________________________________________ 773.3. Schma de principe ________________________________________________________ 783.4. Les quipements bois _______________________________________________________ 793.5. Les quipements de production lectrique_____________________________________ 793.6. Ratios nergtiques ________________________________________________________ 793.7. Evaluation des cots _______________________________________________________ 80

    3.7.1. Combustible__________________________________________________________________ 803.7.2. Investissement________________________________________________________________ 803.7.3. Entretien et maintenance _______________________________________________________ 803.7.4. Rcapitu latif des cots annuels _________________________________________________ 803.7.5. Bilan de fonctionnement de la centrale ___________________________________________ 81

    4. CENTRALE LECTRIQUE DE SCHONGAU-ALTENSTADT _______________________________ 834.1. Prsentation du site ________________________________________________________ 834.2. Les chiffres cls de l'installation ______________________________________________ 834.3. Schma de principe ________________________________________________________ 844.4. Les quipements bois _______________________________________________________ 854.5. Les quipements de production lectrique_____________________________________ 854.6. Ratios nergtiques ________________________________________________