luxembourg creative 2015 : vers une production d'énergie plus responsable

33
Cogénération Vincent Hanus (HENALLUX) Introduction Intérêts Technologies Dimensionne- ment Exemples Conclusion 1 / 33 Cogénération et micro-cogénération: vers une production d’énergie plus responsable Vincent Hanus (HENALLUX) Luxembourg Creative 15 décembre 2015

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Page 1: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

1 / 33

Cogénération et micro-cogénération: vers uneproduction d’énergie plus responsable

Vincent Hanus (HENALLUX)

Luxembourg Creative

15 décembre 2015

Page 2: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

IntroductionDéfinitions

Utilisation

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

2 / 33

Plan de l’exposé

1 IntroductionDéfinitionsUtilisation

2 Intérêts de la cogénération

3 Technologies disponibles

4 Dimensionnement

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

IntroductionDéfinitions

Utilisation

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

3 / 33

Définitions

Cogénération: production simultanée:électricitéchaleur (sous-produit)

Trigénération: production simultanée:électricitéchaleurfroid

Puissances: micro-cogénération: < 50 kWelmini-cogénération: 50 kWel . . . 1 MWelcogénération: > 1 MWel

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

IntroductionDéfinitions

Utilisation

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

4 / 33

Utilisation marginale

Marché important >< peu d’installationsSituations particulières:

industriesservicesbâtiments

SurinvestissementRentabilité basée sur un différentiel de coûtMauvais dimensionnements

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

IntérêtsÉnergie

Autres

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

5 / 33

Plan de l’exposé

1 Introduction

2 Intérêts de la cogénérationIntérêt énergétiqueAutres intérêts

3 Technologies disponibles

4 Dimensionnement

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

IntérêtsÉnergie

Autres

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

6 / 33

Intérêt énergétique

Énergie primairede la cogénération:

100

Cogénération:100

Chaleur:53

Électricité:35

Énergie primaire dessystèmes séparés:

122,5

Turbinegaz-vapeur:

63,6

Chaudière àhaut rendement:

58,9

Pertes:12

Pertes:5,9

Pertes:28,6

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

IntérêtsÉnergie

Autres

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

7 / 33

Autres intérêts

Diminution des émissions de CO2Économie financièreDécentralisationAutonomie énergétique

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

8 / 33

Plan de l’exposé

1 Introduction

2 Intérêts de la cogénération

3 Technologies disponiblesCombustiblesCogénérateursTrigénérateurs

4 Dimensionnement

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

Page 9: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

9 / 33

Combustibles

Combustibles commerciaux:gaz naturelfioulbois

Combustibles intermédiaires:biogazsyngashydrogène

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

10 / 33

Digesteur

Matière organique Digestat

Chaleur

Biogaz

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

11 / 33

Gazéificateur

Séchage

Pyrolyse

Oxydation

Réduction

Air chaud

Air chaud

Syngas

Cendres

Bois

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

12 / 33

Cogénérateurs I

● Moteur Stirling

Types de cogénération

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

13 / 33

Cogénérateurs II

Gaz Fioul Bois Bio- Syn- H2Moteur thermique x x x xTurbine à gaz x xVapeur x x xStirling x xORC x x xPile (PAC) x (x) (x) x

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

14 / 33

Cogénérateurs III

100 W 1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW

Pile à combustible

Cycle organique de Rankine

Moteur Stirling

Cycle à vapeur

Turbine à gaz

Moteur à combustion interne

Puissance

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

15 / 33

Cogénérateurs IV

0 20 40 60 80 100

Pile à combustible

Cycle organique de Rankine

Moteur Stirling

Cycle à vapeur

Turbine à gaz

Moteur à combustion interne

Rendement [%]

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

16 / 33

Cogénérateurs V

0 2 4 6 8

Pile à combustible

Cycle organique de Rankine

Moteur Stirling

Cycle à vapeur

Turbine à gaz

Moteur à combustion interne

Rapport chaleur/force

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

17 / 33

Cogénérateurs VI

100 200 300 400 500 600

Pile à combustible

Cycle organique de Rankine

Moteur Stirling

Cycle à vapeur

Turbine à gaz

Moteur à combustion interne

Température [°C ]

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

TechnologiesCombustibles

Cogénérateurs

Trigénérateurs

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

18 / 33

Trigénérateurs

Page 19: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-mentMonotones

Choix

Exemples

Conclusion

19 / 33

Plan de l’exposé

1 Introduction

2 Intérêts de la cogénération

3 Technologies disponibles

4 DimensionnementMonotones de chaleur et d’électricitéChoix

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

Page 20: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-mentMonotones

Choix

Exemples

Conclusion

20 / 33

Monotones de chaleur et d’électricité I

0 1 2 3 4 5 60

5

10

Temps [jours]

Puiss

ance

[kW

]

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-mentMonotones

Choix

Exemples

Conclusion

21 / 33

Monotones de chaleur et d’électricité II

0 1 2 3 4 5 60

5

10

Temps [jours]

Puiss

ance

[kW

]

Page 22: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-mentMonotones

Choix

Exemples

Conclusion

22 / 33

Choix

Temps de fonctionnement maximiséCapacité de la technologie

CombustibleTempérature délivréeRapport chaleur/force

Adéquation temporelle des besoinsConsommation de l’énergie limitante en trigénération

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Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

23 / 33

Plan de l’exposé

1 Introduction

2 Intérêts de la cogénération

3 Technologies disponibles

4 Dimensionnement

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

Page 24: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

24 / 33

Goodyear (1998)

Projet d’amélioration du rendement d’une centrale de cogénération Page 18

Remarque : Les valeurs de température et de pression dépendent des conditions d’ambiance et principalement de la température extérieure.

La turbine est accouplée au compresseur. Il y a un réducteur de vitesse entre la

turbine (15000 tours/min) et l’alternateur (1500 tours/min). Un petit moteur de

démarrage entraine l’arbre (turbine-compresseur) jusqu’{ atteindre 60% de la vitesse

nominale. A partir de cette vitesse, la combustion est activée et l’arbre est entrainé par

la turbine. Le rendement électrique de la turbine à gaz est de 28%. Dans la chambre de

combustion, tant que le rapport air/fuel reste bon, il y a maintien de la combustion.

Les injecteurs La chambre de

combustion

La turbine Le compresseur

Production

d’électricité Gaz chauds de

combustion

5 MWel7− 25 MWthvapeur 16 bar

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Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

25 / 33

Beckerich (2004)

I. BERNARD - Asbl d'Millen 26

Deuxième installation de biogaz à

Beckerich : installation communale

600 kWel

750 kWth

4, 6 GWhel

4, 5 GWhth

4 M€

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Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

26 / 33

Ateliers du Saupont (2006-2011)

200 kWel

1, 7 MWth

200 kWfr

1, 2 M€ + 200 k€ + 600 k€

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Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

27 / 33

Burgo (2007-2013)

63 MWel

435 MWth

Page 28: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

28 / 33

Ferrero (2008)

4, 2 MWel

4, 8 MWth

28 GWhel

32 GWhth

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

29 / 33

L’Oréal (2009)

3, 2 MWel

3, 4 MWth+vap

24 GWhel → 18 GWhel

18 GWhvap → 5 GWhvap

8 GWhth → 1, 7 GWhth

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Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

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CET de Tenneville (2009)

LA BIOMETHANISATION QUELQUES DONNEES

Principe de fonctionnement et données relatives à l’usine

Capacité 29.000 t/an de fractions fermentescibles des ordures ménagères (FFOM) + 1.000 t/an de liquides organiques

Volume du digesteur

3.150 m³

Production de biogaz

3.600.000 Nm³/an (équivalent de 5.400 litres de pétrole par jour)

Produit final

Compost de haute qualité

Apport d’OWS

Ingénierie et construction de l’installation (partie procédé) en groupement avec Danheux & Maroye (génie civil)

1, 7 MWel

5, 3 GWhel

6, 8 GWhth

17 M€

Page 31: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

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Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

31 / 33

Solarec (2013)

2, 7 MWel2 MWth1 MWvap17 GWhel1, 2 M€/an2, 3 ans

Page 32: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

32 / 33

Plan de l’exposé

1 Introduction

2 Intérêts de la cogénération

3 Technologies disponibles

4 Dimensionnement

5 Exemples luxembourgeois

6 Conclusion

Page 33: LUXEMBOURG CREATIVE 2015 : Vers une production d'énergie plus responsable

Cogénération

Vincent Hanus(HENALLUX)

Introduction

Intérêts

Technologies

Dimensionne-ment

Exemples

Conclusion

33 / 33

Conclusion

Domaine: industries et bâtimentsConsommation: constanteCombustible: renouvelable si possibleConduite de l’installation: à assurer