Cogénération et micro-cogénération. Vers une production d'énergie plus responsable

1. 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

2. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Définitions
Utilisation
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
2 / 33
Plan de l’exposé
1 Introduction
Définitions
Utilisation
2 Intérêts de la cogénération
3 Technologies disponibles
4 Dimensionnement
5 Exemples luxembourgeois
6 Conclusion

3. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Définitions
Utilisation
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
3 / 33
Définitions
Cogénération: production simultanée:
électricité
chaleur (sous-produit)
Trigénération: production simultanée:
électricité
chaleur
froid
Puissances: micro-cogénération: < 50 kWel
mini-cogénération: 50 kWel . . . 1 MWel
cogénération: > 1 MWel

4. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Définitions
Utilisation
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
4 / 33
Utilisation marginale
Marché important >< peu d’installations
Situations particulières:
industries
services
bâtiments
Surinvestissement
Rentabilité basée sur un différentiel de coût
Mauvais dimensionnements

5. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Énergie
Autres
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
5 / 33
Plan de l’exposé
1 Introduction
2 Intérêts de la cogénération
Intérêt énergétique
Autres intérêts
3 Technologies disponibles
4 Dimensionnement
5 Exemples luxembourgeois
6 Conclusion

6. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Énergie
Autres
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
6 / 33
Intérêt énergétique
Énergie primaire
de la cogénération:
100
Cogénération:
100
Chaleur:
53
Électricité:
35
Énergie primaire des
systèmes séparés:
122,5
Turbine
gaz-vapeur:
63,6
Chaudière à
haut rendement:
58,9
Pertes:
12
Pertes:
5,9
Pertes:
28,6

7. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Énergie
Autres
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
7 / 33
Autres intérêts
Diminution des émissions de CO2
Économie financière
Décentralisation
Autonomie énergétique

8. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
8 / 33
Plan de l’exposé
1 Introduction
2 Intérêts de la cogénération
3 Technologies disponibles
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
4 Dimensionnement
5 Exemples luxembourgeois
6 Conclusion

9. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
9 / 33
Combustibles
Combustibles commerciaux:
gaz naturel
fioul
bois
Combustibles intermédiaires:
biogaz
syngas
hydrogène

10. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
10 / 33
Digesteur
Matière organique Digestat
Chaleur
Biogaz

11. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
11 / 33
Gazéificateur
Séchage
Pyrolyse
Oxydation
Réduction
Air chaud
Air chaud
Syngas
Cendres
Bois

12. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
12 / 33
Cogénérateurs I
● Moteur Stirling
Types de cogénération

13. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
13 / 33
Cogénérateurs II
Gaz Fioul Bois Bio- Syn- H2
Moteur thermique x x x x
Turbine à gaz x x
Vapeur x x x
Stirling x x
ORC x x x
Pile (PAC) x (x) (x) x

14. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
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

15. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
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 [%]

16. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
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

17. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
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]

18. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Combustibles
Cogénérateurs
Trigénérateurs
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
18 / 33
Trigénérateurs

19. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Monotones
Choix
Exemples
Conclusion
19 / 33
Plan de l’exposé
1 Introduction
2 Intérêts de la cogénération
3 Technologies disponibles
4 Dimensionnement
Monotones de chaleur et d’électricité
Choix
5 Exemples luxembourgeois
6 Conclusion

20. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Monotones
Choix
Exemples
Conclusion
20 / 33
Monotones de chaleur et d’électricité I
0 1 2 3 4 5 6
0
5
10
Temps [jours]
Puissance[kW]

21. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Monotones
Choix
Exemples
Conclusion
21 / 33
Monotones de chaleur et d’électricité II
0 1 2 3 4 5 6
0
5
10
Temps [jours]
Puissance[kW]

22. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Monotones
Choix
Exemples
Conclusion
22 / 33
Choix
Temps de fonctionnement maximisé
Capacité de la technologie
Combustible
Température délivrée
Rapport chaleur/force
Adéquation temporelle des besoins
Consommation de l’énergie limitante en trigénération

23. 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

24. 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 turbineLe compresseur
Production
d’électricité
Gaz chauds de
combustion
5 MWel
7 − 25 MWth
vapeur 16 bar

25. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
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€

26. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
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€

27. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
27 / 33
Burgo (2007-2013)
63 MWel
435 MWth

28. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
28 / 33
Ferrero (2008)
4, 2 MWel
4, 8 MWth
28 GWhel
32 GWhth

29. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
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

30. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
30 / 33
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€

31. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
31 / 33
Solarec (2013)
2, 7 MWel
2 MWth
1 MWvap
17 GWhel
1, 2 M€/an
2, 3 ans

32. 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

33. Cogénération
Vincent Hanus
(HENALLUX)
Introduction
Intérêts
Technologies
Dimensionne-
ment
Exemples
Conclusion
33 / 33
Conclusion
Domaine: industries et bâtiments
Consommation: constante
Combustible: renouvelable si possible
Conduite de l’installation: à assurer