electricité et cogénération biomasse - asprom

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  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Electricit et cognration biomasse

    Etienne LebasCOGEBIO

    Mars 2013

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Procds de conversion de la biomasse

    Source : European Comission

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Technologies de cognration biomasse

    MthanisationPyrolyseGazification

    BiogazSyngaz

    Moteur combustion interneTurbine gaz

    Combustion

    Turbine ou moteur vapeurMoteur StirlingORCTurbine air chaud

    Fumes

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Cognration biomasse

    Mthanisation

    Pyrolyse

    Gazification

    Combustion

    20C

    1500C

    Temprature

    0

    1,2

    Ratio Air/Air stoechio

    Biomasse

    Matiresorganiques

    Bois

    Huile vgtale

    Puissance

    10-100 kWe

    100-1000 kWe

    1-10 MWe

    Statut

    Exprimental

    Premires units

    Commercial

    0,3 0,5

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    MthanisationDigestion anarobie :dgradation naturelle de la matire sous laction de bactries en absence doxygneTemprature

    Procd msophile : environ 38CProcd thermophile : environ 55C

    ProduitsGaz : Mthane et dioxyde de carbone principalementSolide : digestat (la lignine nest pas dcompose)

    Valorisation des produits Gaz : lectricit et chauffage (digesteur, locaux, serres,)Digestat : pandage

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Digesteur

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Valorisation du biogaz

    MoteurGE-Jenbacher, MAN, Puissance : 5 kWe 3 MWeRendement lectrique : 29 42 %

    MicroturbineCapstone : 30, 60 et 200 kWeTurbec : 100 kWeRendement lectrique : 29%

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Pyrolyse

    Dcomposition thermique en atmosphre inerteProduits

    GazLiquide : huile pyrolytiqueSolide : charbon de bois

    Temprature : environ 500CTemps de sjour

    Une pyrolyse lente favorise la formation de gaz et de solideUne pyrolyse rapide favorise la formation de liquide

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 20139

    Pyrolyse lente : Bionet

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201310

    Pyrolyse rapide : Pyros

    Source : Twente University

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Gazification

    Raction thermochimique en prsence doxygne (O2, H2O, CO2)Atmosphre rductrice (oxydation partielle)Temprature : 800-900CProduits

    Gaz : CO, H2, CH4, goudronsSolide : cendres

    Ncessit de traiter le gaz avant combustion en moteur ou turbine gaz

    Filtrationlimination des goudrons

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Gazifieur et moteur

    Biomasse

    Air

    Traitement de gaz Moteur

    Gazifieur

    Electricit

    Chaleur

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201313

    Gazification : Procd Xylowatt

    Lit fixe tag

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Comparaison des biogaz produits

    MthanisationPyrolyse

    lenteGazification l'oxygne

    Gazification l'air

    PCI (kJ/kg) 18 882 12 229 10 494 4 761H2 24,1% 32,0% 11,1%CO 23,1% 48,0% 16,0%CO2 33,0% 33,3% 15,0% 15,0%N2 1,0% 3,0% 48,7%CH4 60,0% 14,3% 2,0% 5,0%C2H4 1,7% 1,1%H2O 6,0% 3,1%

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Combustion de la biomasse

    Oxydation totale du solide en prsence dun excs dairTemprature : 800-1200CProduits

    Gaz : fumes (CO2, H2O)Solide : cendres

    Diffrentes tapesSchagePyrolyseCombustion des gaz de pyrolyseCombustion du charbon de bois

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201316

    Chaudire bois

    Chaudire grille

    Source : COMPTE.R.

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201317

    Gen. Turbine

    Productiondlectricit

    Circuit vapeur

    changeurde chaleur

    Valorisationnergtique

    Condenseur

    Pompe

    Foyer

    Biomasse

    Chemine

    Turbine vapeur

    Soutirage

    Appoint

    Valorisationnergtique

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201318

    Gen.Turbine

    Productiondlectricit

    Circuit vapeur

    changeurde chaleur

    Valorisationnergtique

    Condenseur

    Pompe

    Moteur vapeur

    Brleur

    Biomasse

    Chemine

    Moteur vapeur

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Moteur vapeur Spilling

    Moteur Spilling (100 1500 kW)

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Moteur vapeur PSI

    Chaudire biomasse grille fixeMoteur vapeur de 70 kWeTechnologie adapte aux pays en voie de dveloppementPremire unit en fonctionnement Madagascar

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201321

    Chemine

    Biomasse

    Gen.Productiondlectricit

    Brleur

    Pompe

    Air

    Prchauffeur d'air

    Rgnrateur

    Valorisationnergtique

    450 550C

    1300 C

    Temprature de surfaceentre 680 et 790C

    Valorisationnergtique

    Moteur Stirling

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201322

    Moteurs Stirling

    Okfen et Microgen 1 kWe(premiers tests en cours)

    Sunmachine 3 kWe(commercialisation stoppe)

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201323

    Stirling DK avec chaudire

    Stirling DK 35 kW

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Stirling DK avec gazifieur

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201325

    Productiondlectricit Gen.

    Turbine

    290 - 320 C

    200 - 250C

    400 1200C 300C

    changeur dechaleur

    vaporateur

    Condenseur

    Valorisationnergtique

    Circuit fluide organique

    Circuit huile thermique

    Pompe

    Rgnrateur

    Brleur

    Biomasse

    Chemine

    10 bar

    0,1 bar

    Valorisationnergtique

    Cycle Organique de Rankine (ORC)

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    ORC Turboden

    Puissance : 400 kWe 2 MWeRendement lectrique : env 12-18 %Nombre dinstallation en Europe > 200

    Installations ORC Turboden

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Eneftech et UTC power : ORC avec turbines cot rduit

    Eneftech : compresseur scroll utilis en dtente (30 kWe)

    UTC power : compresseur Carrier de climatisation utilis en dtente (200 kWe)

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201328

    Air

    Brleur

    Gen.

    Chemine

    Turbine

    Biomasse

    Valorisationnergtique

    Compresseur

    Echangeur de chaleur

    800-1000C 300 C

    250 C

    700-950C

    1 bar

    5 bar

    Turbine air chaud

    Procd COGEBIO

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201329

    Gazification : Procd COGEBIO

    Lit fixe co-courant Gazifieur COGEBIO 300 kW

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Brleur bi-combustible

    Gaz de synthse / Gaz naturel ; GPL ; fioul Alimentation en gaz de synthse 500C Alimentation possible en air 500C

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Emissions de polluants

    5037Particules

    22527SOx

    450278NOx

    14CO

    Projet de rglementation

    franaise

    GASCLEANmesures APAVE

    Valeurs en mg/Nm3 6 % dO2

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Procd COGEBIO

    Air

    Brleur

    Gnratricedlectricit

    Chemine

    Turbine Compresseur

    Echangeurde chaleur

    Productiondeau chaudeBiomasse Gaz de synthse

    Gazifieur

    Puissance : 50 500 kWe

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Avantages

    Pas de procd de traitement du syngazMaintenance plus lgreFiabilit accrue

    Chaleur disponible 500CMeilleure valorisation de la chaleur produite (vapeur basse pression, schage par air chaud)

    Valorisation de ressources locales100 kWe / 300 kWth :

    130 kg/h de bois 30 % dhumiditsoit 3 t/j ou 1000 t/an

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Pilote de dmonstration 100 kWe

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Pilote de dmonstration 100 kWe

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 201336

    Technologies de production lectrique partir de biomasse solide

    20 25 %10 kWe 5 MWeGazifieur + moteur

    8 15 %20 kWe 1,5 MWeMoteur vapeur

    Technologie Gamme de puissance

    Rendement

    Turbine vapeur > 500 kWe 6 25 %

    Cycle de Rankine fluide organique

    (ORC)

    5 kWe 2 MWe 8 17 %

    Moteur Stirling 1 kWe 35 kWe 7 15 %

    Turbine air chaud 50 kWe 1 MWe 20 30 %

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Investissements : production lectrique partir de biomasse solide

    0

    2000

    4000

    6000

    8000

    10000

    12000

    14000

    16000

    Stirling35

    Stirling70

    ORC650

    ORC1570

    TAV5000

    Gasif540

    Gasif600

    Gasif LF4500

    Inve

    stis

    sem

    ent (

    euro

    s/kW

    e)

    Cogen (/kWe)Total (/kWe)

    En bleu : investissements pour la partie production lectriqueEn violet : investissements globaux (gnie civil inclus)

    Source : Obernberger 2008

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Cot de production de llectricit partir de biomasse solide

    Source : Obernberger 2008

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Cognration avec moteur huile vgtale

    Moteur

    Fumes

    Echangeurhuile

    Gnratricedlectricit

    Echangeurfumes

    Eau froide

    Eau chaude

  • Etienne Lebas - COGEBIO - Asprom Mars 2013

    Modules COGENGREEN

    Refuge du gouterModule de 20 kWeV