Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Installations de cogénération

Principe

On appelle cogénération la production combinée d'énergie thermique et d'énergie mécanique ou d'électricité.

L'idée de base de la cogénération est que les combustions se déroulent toutes à des températures très élevées (supérieures à 1000 °C), alors que les besoins de chaleur dans l'industrie ou pour le chauffage se manifestent à des températures plus basses, généralement entre 80 °C et 300 °C.

Dans ces conditions, il est tout à fait possible, lorsqu'on a recours à la combustion pour satisfaire des besoins en chaleur, de tirer parti de cet écart de température pour produire de l'électricité par l'intermédiaire d'un cycle moteur. Il suffit pour cela que la source chaude du cycle moteur soit la chaudière ou la chambre de combustion, et la source froide les besoins de chaleur.

Il serait aussi théoriquement possible de produire de la chaleur à haute température sur les lieux de production de l'électricité, mais cette solution se révèle généralement mauvaise car la chaleur se transporte beaucoup moins bien que l'électricité.

L'intérêt principal des cycles de cogénération est qu'ils sont parmi les plus performants sur le plan énergétique et exergétique. Toutefois, leur intérêt économique doit être évalué dans chaque situation, notamment dans un pays comme la France où les tarifs de l'électricité sont très attractifs pour l'industrie.

  • d'une part réaliser des économies d'exploitation,

  • d'autre part garantir la sécurité d'approvisionnement en électricité d'une partie au moins des unités.

3 classes d'installations selon la finalité énergétique

Compte tenu de leurs finalités, on peut regrouper les installations de cogénération en trois classes :

  • les installations "chaleur-force" où la chaleur constitue le produit de base, l'électricité n'étant qu'un sous-produit permettant de mieux valoriser le combustible. C'est le cas des usines grosses consommatrices de chaleur ou des centrales de chauffage urbain ou d'incinération d'ordures ménagères. La priorité est accordée à la fourniture de la chaleur, l'électricité, facilement transportable, étant valorisée par revente des excédents à EDF. En cas de coupure du réseau EDF, l'usine fonctionne en îlotage ;

  • les installations à "énergie totale" qui cherchent à assurer l'autonomie sur le plan électrique, la chaleur étant le sous-produit. Il s'agit généralement d'usines non reliées au réseau ou de navires ;

  • les installations non autonomes, sous-dimensionnées pour des raisons économiques, pour lesquelles un complément est assuré, pour l'électricité par EDF, et pour la chaleur par une chaufferie classique. L'installation ne fonctionne que quand les tarifs de l'électricité sont élevés et les besoins de chaleur importants. Ce type d'installation est assez fréquent, car c'est souvent celui qui conduit au meilleur bilan financier pour l'entreprise.

Remarque

Généralement, les objectifs poursuivis par la cogénération sont doubles :

2 grandes familles sur le plan technique

Sur le plan technique, on a coutume de classer les installations de cogénération en deux grandes familles, selon le type de cycle moteur utilisé :

  • les installations à chaudières et turbines à vapeur , qui sont très répandues, l'intérêt de ce type de configuration étant connu depuis plus d'un siècle, et permettent d'utiliser une grande variété de combustibles, notamment du charbon ou des déchets ;

  • les installations à moteur à combustion interne, qui utilisent soit des turbines à gaz , soit des moteurs alternatifs (diesel et surtout moteurs à gaz) . L'énergie thermique est récupérée sur les gaz d'échappement ainsi que sur les fluides de refroidissement et de lubrification. Seuls les combustibles liquides et gazeux peuvent être employés dans ces moteurs.

Références livre

Chapitre 8

Un extrait de ce chapitre est librement téléchargeable avec l'accord des Presses de l'Ecole des Mines de Paris

Séances Diapason disponibles

Les séances Diapason traitant de la cogénération sont données dans le tableau ci-dessous. La séance S45 est plus particulièrement dédiée à la technologie, alors que les autres permettent de construire dans Thermoptim des modèles d'installations de cogénération variés : dans la séance S45, il s'agit d'une installation de petite puissance à micro turbine à gaz. La séance S47, inspirée d'un cas réel, correspond à une centrale de cogénération qui fournit à la fois de la chaleur à un réseau de chauffage urbain, et de l'énergie mécanique convertie en électricité par un alternateur.

contenu

étapes

durée de la sonorisation

S45

Technologie des installations de cogénération

14

13 mn 40 s

S46

Exercice cogénération à micro-TAG

5

2 mn 30 s

S47

Exercice cogénération industrielle à TAG

7

3 mn 40 s

Fiches-guides de TD

Plusieurs fiches-guides de TD traitent de cogénération. Leurs objectifs sont l’étude et la modélisation sous Thermoptim d’installations de cogénération existantes, l’analyse de l’influence des différents paramètres sur leurs performances et la comparaison de solutions concurrentes.

copyright R. Gicquel

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