La méthanisation à Marmilhat

PLAN

1/ Les Origines du projet

2/ Le Contexte

3/ Les Choix techniques

4/ L’installation (fonctionnement et chiffres clef)

1/Origines du projet – les objectifs

- Diversifier l’activité de l’exploitation

-Proposer une solution de méthanisation agricole innovanteadaptée au contexte agricole local, reproductible et économiquement performante + produire un retour d’expérience local à destination du monde agricole

- Disposer d’un support pédagogique pluridisciplinaire dans le domaine des énergies renouvelables pour les futurs acteurs du monde agricole (nos élèves)

- Réduire la facture énergétique de l’établissement et améliorer son bilan de gaz à effet de serre

- 2010: Prospections et réflexions, expression du besoin

- 2012 Projet pris en main par la région.

- Etude de faisabilité - société AGREOLE (2012)

- Avant projet sommaire puis détaillé

- 2013 1er appel d’offre (infructueux) et déclaration ICPE

- Mars 2015 : 2ème appel d’offre – sté INEVAL retenue pour le lot process

- Eté 2016 début des travaux

- Décembre 2017 fin des travaux

- Lancement…

1/Origines du projet – Historique

2/ Le Contexte

Aéroport

Industrie aéronautique

AIAZone commerciale

Ville de Lempdes

2/ Contexte – l’exploitation agricolesite

Méthanisation

Élevage Laitier

Engraissement charolaisBureau

Production végétale

2/ Contexte – l’exploitation agricole- Outil pédagogique

- Site d’expérimentations

-Productions végétales (280 ha dont la moitié sur l’aéroport)

blé betterave orge hivers … etc

maïs ensilage maïs semence maïs consommation

-Production laitière:62 vaches laitières + 60 génisses

500 000 L de référence laitière

- Engraissement de bovins156 taurillons en 2017

- Prestataire de service pour l’entretien de l’aéroport

- Traitement de déchets verts et production d’énergie (Méthanisation)

2/ Contexte – ressources méthanisablesEn interne: (autosuffisance possible pour une unité de 75kWélec)

- fumier env 2000t/an (chute de production l’été car pas d’engraissement)

- paille et menues pailles

- rafles et cannes de maïs

- des CIVEs (cultures intermédiaires à vocation énergétiques: seigle – avoine- vesce)

- des tontes de pelouses (saisonnier)

- déchets de pain et huiles cantines

- eaux teintées… de salles de traites, fumières, aires d’exercice

Externes:

- tontes pelouses ( AIA – communes)

- déchets agricoles voisins (oignons déclassés…)

- déchet de pain et huiles cantines

- … légumes supermarchés

NB: N’ayant pas prévu d’étape d’hygiénisation notre installation de méthanisation ne pourra pas accepter règlementairement de déchets carnés, limitant nos possibilités de traitement des déchets de cantines.

Prévision d’alimentation 2018

Photos de quelques intrants méthanisables

FumierCannes de maïs

CIVEs

Oignons déclassés

Eaux teintées

3 Choix techniques

3/ Choix techniques – procédé de méthanisationTechnique Infiniment mélangé

Technique en garages

Technique piston

Technique en silos

3/ Choix techniques – procédé de méthanisation

Raisons du choix de la VSC « voie sèche continue » dite aussi « méthode piston »:- Procédé continu en accord avec la disponibilité des intrants répartie sur l’année

- Procédé plus compact car taux MS des intrants supérieur et plus rapide car en mode thermophile ( bâtiments d’installation moins grands et moins coûteux)

- Taux de matière sèche de nos intrants assez élevé en accord avec la VSC

- Limite le volume de digestat liquide à stocker et à épandre et le concentre en éléments nutritifs. (permet d’envisager le passage en zone vulnérable aux nitrates)

- Meilleure hygiénisation car procédé thermophile (env 53°C) et assurant un plus long temps minimum de rétention.

Inconvénients:

- doit être alimenté en continu

- technique peu répandue, moins maitrisée, en développement

Notre digesteur piston d’un volume de 240m3 + 80m3 de ciel gazeux (soit environ 2h de production nominale de biogaz)

-10 tonnes d’intrants introduits par jour

- temps de séjour d’env 23j à 53°C NB: Pas d’étape d’hydrolyse séparée

Intérieur du digesteur piston avant couverture

chauffage mural en entrée

Fond racleur

Mélangeur axial chauffant

Soupape de

sécurité

Couverture du digesteur (double bâche):

- membrane blanche intérieure étanche pour biogaz.

- membrane verte extérieure de protection + soufflerie pour la maintenir gonflée (protège si intempéries vent + crée une surpression utile)

53°C

Notre durée moyenne de rétention: 23 jours

1 jour de rétention minimum pour hygiéniser à 53°C

Hygiénisation (à valider) par procédé thermophile à partir de 1jour de séjour:

3/ Choix techniques – valorisation du biogazCogénération: électricité + chaleur Purification + injection sur le réseau GRDF

Procédé trop cher pour les petites installations

Combustion locale: pas de besoins constants et moins rentable

Car:

-Prix de rachat de l’électricité attractif 0.22€ le kWh (car <80kW et traitement effluents d’élevages)

-Possibilité de valoriser la chaleur pour chauffer les bâtiments

Mais entretiens réguliers du moteur

Notre cogénérateur et ses puissances en fonctionnement nominal (bridé car capable de produire 100kWélec)

- puissance chimique consommée 214 kW ( 39Nm3/h de biogaz à 55% en CH4)

- rendement électrique 36% => P élec : 77kW

- rendement thermique 45% => P thermique: 97kW

- pertes (thermiques) 19% => Pperdue: 41kW

alternateur

Consommation en biogaz (à55% en CH4):

936 Nm3 de biogaz /j à produire avec nos 10t d’intrants/j =>

pouvoir méthanogène cible 94Nm3 de biogaz / tonne

d’intrant brute

4/ L’installation - implantation

Critères:

- Contraintes géologiques (nécessité de couler des piliers en béton dans notre cas sous le digesteur)

- Ergonomie – proximité des étables pour amener le fumier

- Proximité des sites de valorisation de la chaleur (bureaux et salles de cours)

- Raccordement électrique possible

- Proximité des zones d’épandage du digestat

chauffage fumier

fumiers

raccordement injection électricité

épandage

Site de l’installation de méthanisation

4/ L’installation – circuit de la matière organique1-incorporation

3-broyage

2-humidification

4-digestion5-extraction6-séparation

de phase7-stockages digestat

8- puis…épandage

1 et 2- Incorporation et humidification

Ajustement du taux de matière sèche MS vers 23% par ajout d’eau teintées et recirculation de digestat liquide. Gestion du mélange par l’automate.

Remplissage de la trémie quotidiennement au chargeur en respectant la ration prévue.

La ration ne doit pas évoluer trop vite pour que la microbiologie s’adapte.

Vis mélangeuse

3 – Broyage et convoyage

Vis sans finBroyeurPompe piston hydraulique dans son bac étanche

Vis sans fin Bac àrécupération de cailloux

Vis sans fin

4 – Digestion

23 jours à 53°C

arrivée des intrants

Soupape de sécurité

arrivée des intrants

Ventilateur maintenant gonfléla bâche extérieure

Bâche extérieureÉvent de bâche extérieure

réseau de chauffage

Vérin actionnant le racleur (+ groupe hydraulique)

Système de rotation de l’agitateur axial central (hydraulique)

Côté entrée

Pompe d’injection d’air pour oxyder l’H2S

Pompe à graisse pour l’axe de l’agitateur

5 – Extraction

Stockage tampon

4m3

Etape 1: soutirage rapide (pour favoriser l’avancée dans le digesteur)

1- Clarinette

(piège à cailloux)2- Pompe excentrique en vitesse rapide

Vannes pneumatiques pour aiguiller le digestat vers le stock tampon

Compresseur

Connexion avec le ciel gazeux pour éviter les dépressions au soutirage

5 – Extraction

Stockage tampon

4m3

Etape 2: convoyage lent vers le séparateur de phase

Pompe excentrique en vitesse lente (adaptée au séparateur de phase)

aiguillage vers le séparateur de phase

Connexion avec le ciel gazeux pour éviter les dépressions au soutirage

Silo du séparateur de phases

Clarinette (piège à corps étrangers):

Extraction du digesteur en fonctionnement normal

Extraction de secours du digesteur

Aspiration par pompe excentrique à vitesse variable

Sortie du stock tampon

Accés pour enlever les corps étrangers du piège

Stock tampon phase liquide (+ condensats du puitde condensation)

Phase liquide

Phase solide (derrière)

6 – Séparation de phase

Phase liquide

Phase solide

7 et 8 – stockage digestat puis épandage

Stockage tampon phase solide

(à env 35% MS)

Épandage par réseau d’irrigation pour la phase liquide lors des périodes de végétation

pour valoriser l’azote rapidement assimilable

Stockage sur l’ancienne aire du fumier

Épandage avec un épandeur à fumier pour la phase solide (apport nutritif et humique)

Stockage phase liquide lagune (800 m3) + citernes souples si

besoin

(à env 5 ou 6% MS)

8 – épandage (bis)- Réseau d’irrigation pour la phase liquide lors des périodes de végétation pour valoriser l’azote rapidement assimilable

- Épandage avec un épandeur à fumier pour la phase solide (apport nutritif et humique)

4/ L’installation – circuit du biogaz1- Production -

désulfurisation et stockage (80m3)

2- Stockage sur lagune (+ de 800m3 soit 20h de production)ou consommation directe

3- puits à condensats (1 à 4 L/heure)

4- combustion par le cogénérateur

(ou torchère)

Biologie de la méthanisation Intérieur du digesteur (avant mise en service)

Circuit de gaz- 1- Production et stockage dans le digesteur (80m3)

MS: matière sèche

MO: matière organique (dont seulement une partie est digestible dans les conditions de l’installation : temps de séjour, T°)

Circuit de gaz -1 suite - désulfurisation

Pompe d’injection d’air

+ ajout possible de chlorure ferrique à la ration pour oxyder le H2S et précipiter le soufre.

Mais attention à ne pas dépasser le seuil d’explosivité (<8% O2)… capteur dans local cogénérateur.

Oxydation du H2S (catalyse biologique) :H2S(g) + O2(g) => S(s) + H2OVoir annexe

Circuit de gaz- 2- stockage dans lagune ou consommation directe

ou

ou

Vers cogénérateur

Depuis ciel digesteur

Lagune de stockage de digestat liquide et de biogaz

(800m3 de biogaz possible sous membrane biolaine)

Soit environ 20h de production

Stock tampon(si besoin)

Circuit de gaz- 3 puits à condensats

Pompage condensats vers phase

liquide

Biogaz vers cogénérateur

gaz

condensats

Arrivée Biogaz

Circuit de gaz- 4 combustion dans cogénérateur (ou torchère)

Torchère

Local Cogénérateur

ou

Production d’énergie électrique et de chaleur

Rejet gaz d’échappement (CO2)

Fonctionnement de l'unité de cogénération: 8100h/an soit 338 j/an

Production de gaz à 55% de CH4:-Prévue selon ration 2018: 209 000 Nm3 de CH4/an (380 000Nm3 biogaz/an)

(25,8 Nm3/h) (47 Nm3/h)

Consommation de gaz du cogénérateur:-Nécessaire pour le cogé (à 77 kWélec): 174 000 Nm3 de CH4 ( 316 000Nm3 biogaz/an)

(21,5 Nm3/h) (39 Nm3/h)NB: puissance électrique atteignable dans l’idéal : 92kWélec sur 8100h soit 85kWélec sur l’année.

Notre cogénérateur et ses puissances:En fonctionnement nominal et calculé sur les 8100h de fonctionnement:

puissance chimique consommée : 214 kW ( soit 39Nm3/h de biogaz à 55% en CH4)

rendement électrique 36% => P élec : 77kW (soit 71kW en moyenne annuelle) => 71 foyersrendement thermique 45% => P thermique utile: 97kW => chauffage bât + processpertes (thermiques) 19% => P perdue: 41kW (sous forme thermique essentiellement)

NB: Le cogénérateur est bridé, il est capable de produire 100kWélec… mais attention le prix de rachat diminue réglementairement au-delà de 80kWélec.

4/ L’installation – Les chiffres clef - 1

Energie chimique transformée: 1 733 400 kWh /an(puissance chimique valorisée de 214kW)

Energie électrique produite: 623 700 kWh/ an (71 kW en moy annuelle) => alimente environ 70 foyers moyensvendus à 0.22 €/kWh => vente pour 137 000 €/an d'électricité

Energie thermique captée: 785 700 kWh/ an(90 kW en moy annuelle)¼ utilisé pour chauffer le digesteur (22 kW) => maintien en température du procédé¾ valorisables (68 kW) => économie de 15 000 €/an en chauffage

=> chaleur disponible pour séchage grain ou …

NB: 68 kW thermique correspond aux besoins en chauffage d’une trentaine d’appartements596 000 kWh/ an mais seulement 250 000 kWh sont valorisés l'hivers pour chauffer nos bâtiments en remplacement de la chaudière à gaz (gaz de ville à 0.06 €/kWh qui sert de base de calcul des économies réalisées) => environ 350 000 kWh restent disponibles pour une valorisation estivale en en mi-saison en séchage

NB: L’autoconsommation en chauffage du digesteur 22 kW soit 183 000 kWh/ an

Energie thermiques non captée: 332 100 kWh/ an(38kW en moyenne annuelle)

4/ L’installation – Les chiffres clef - 2

Charges de fonctionnement et d’entretien:-Entretien cogénérateur

-Entretien procédé (pompes, broyeur, moteurs, capteurs …)

-Main d’œuvre

-Matériel (approvisionnement/ épandage/ cultutre des CIVEs)

- assurances

- analyses biologiques

4/ L’installation – Les chiffres clef - 3Recettes financières et en service

-Production électrique: 137 000 €

-Economies de chauffage: 15 000 €

-Economies d’engrais (grâce aux digestat)

-Traitement de déchets, diminution des COV

- Recettes d’enlèvement de déchets extérieurs.

- outil pédagogique

TOTAL Recettes:

env. 152 000 €/an

TOTAL Charges:

env. 75 000 €/an

Investissements- Fondations spéciales : 100 000€

-Travaux de voierie et de clôture: 250 000€

- Installation de méthanisation: 1 350 000€- TVA (qui ne serait pas dûe par un agriculteur): 330 000€

4/ L’installation – Les chiffres clef - 4

TOTAL Investissement

env. 2 M€

Excédent brut d’exploitation

Recettes – charges= 77 k€ /an

Retour sur investissement

1 350 000 / 77 000 = 17,5 annéesRemarques:

-Le prix de notre installation souffre du fait que c’est en fait un prototype.

-Un agriculteur aurait eu des aides (300 000€ environ de l’ADEM…) donc le retour sur investissement aurait été de 13,6 ans

FIN

Pour plus d’informations voir notre sitewww.methanisation-eplefpa-marmilhat.fr

Ou contactez-nous via le site.

L’équipe METHANISATION