Co-génération quesaco? ou co-génération pour les nuls (marque déposée!)

L’Europe et la France se sont engagées dans l’objectif du 3 x 20 (20% de réduction des émissions de GES, 20% d’Energies Renouvelables et une réduction de 20% de la consommation énergétique) à horizon 2020. Les technologies de cogénération (production simultanée de chaleur et d’électricité) permettant d’atteindre des rendements énergétiques globaux supérieurs aux technologies de production séparée de chaleur et d’électricité, s’inscrivent comme une des solutions à mettre en œuvre pour atteindre cet objectif d’économies d’énergie. En conséquence, la politique de soutien au développement de la cogénération fait partie de la politique énergétique française dans la mesure où elle peut s’articuler avec les deux autres objectifs dans ce domaine, à savoir la réduction des émissions de CO2 (à travers une production électrique de cogénération se substituant à une production électrique plus intense en carbone) ainsi que l’augmentation de la part des EnR dans le mix énergétique français (à travers la mobilisation de la biomasse comme combustible). Le contexte français d’une production électrique peu carbonée en moyenne et d’une filière biomasse encore en structuration est un élément à prendre en compte dans la politique de soutien à la cogénération. Extrait de la référence 9.

Co-génération est le terme employé pour désigner la production d'électricité par les centrales thermiques (charbon, fuel, gaz naturel, ou nucléaire) avec récupération de la chaleur latente de la vapeur lors de sa condensation, pour recycler l'eau dans le circuit.

Comprendre la co-génération: Dans une centrale thermique (charbon, fuel, gaz naturel, et nucléaire) c'est l'eau qui sert de médium calo-porteur au procédé. On la chauffe et on la transforme en vapeur haute pression 130bars à plus de 300°. La vapeur est envoyée dans une turbine à vapeur, laquelle fait tourner un alternateur qui produit l'électricité. Le système fonctionne en circuit fermé [schéma]. La vapeur est condensée à l'état liquide au contact d'une source froide - eau d'une rivière dans les tours de refroidissement ou réseau de chauffage d'un ensemble d'immeubles - pour être recyclée dans l'échangeur de la chaudière, re-transformée en vapeur haute pression et re-alimentée à la turbine qui fait tourner l'alternateur. La production d'électricité alternative doit être stable en tension (voltage) et en fréquence 50Herz ou cycles par seconde: les écarts ne doivent être que très faibles ±0.5Herz pour la fréquence 4. C'est la foncton du système de régulation du réseau de production d'énergie électrique.

Dans les turbines à gaz, le medium ce sont les gaz de combustion du méthane avec l'air et c'est une turbine à gaz qu'on utilise, comme la turbine d'un avion à réaction, pour faire tourner la turbine (par la détente des gaz de combustion) et faire tourner le générateur [schéma]. Là aussi les gaz d'échappement - principalement du CO2 - sont chauds, et au lieu de les rejeter directement à l'atmosphère, on peut alimenter un réseau de chauffage à travers un échangeur.

Les grandes centrales thermiques en France (charbon et nucléaire) ont été construites loin des villes et se prêtent mal à la co-génération car il faudrait un réseau de conduites très étendu. Cela n'est pas le cas dans les pays de l'Est et en Russie où la co-génération est généralement utilisée car les centrales sont proches des villes; de plus, les hivers sont très froids et l'habitat est constitué de grands ensembles collectifs, plus faciles à alimenter par un réseau de conduites. Les centrales à gaz sont construites près des villes ou de zones d'activité, et se prêtent mieux à la cogénération et distribution de chaleur.

Innovation: L'innovation en matière de production d'énergie est stimulée par la transition énergétique, le changement climatique et la raréfaction des énergies fossiles et les engaements de l'UE de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Une start-up française - Cogebio - développe un système de production d'électricité avec "co-génération" à partir de biomasse [schéma]. Le réacteur - un gazéificateur de combustion de la matière organique [image] - bois, déchets organiques... produit un gaz à haute température et pression [photo]. Ce gaz chaud est alors utilisé:
- pour produire de la chaleur par un échangeur,
- de l'électricité par un groupe turbine à air chaud-générateur (représenté par la turbine sur le schéma); le compresseur entraîné aussi par la turbine permet de comprimer l'air, d'élever sa température et de l'envoyer à l'échangeur pour accroître le rendement global. Ce procédé est développé par la startup Cogebio.
L'UE encourage fortement le développement des techniques de co-génération dans l'optique de la réduction des gaz à effet de serre 9. Voir aussi "micro-cogénération" chaleur et électricité pour particuliers 10 et 11.

Problème actuel du procédé Cogebio en son état de développement: Aux dires de Cogebio, la politique énergétique en France aujourd'hui n'est pas de favoriser les petites installations de production d'électricité (*). Elles ne sont pas subventionnées. Ces systèmes de gazéification de biomasse ont une taille critique qui est au minimum de 100kW et un surcoût élevé de l'ordre de 500-600M€ (5000-600€/kW) pour la partie électrique seule, que le tarif de rachat de l'électricité par EDF (40€/MWh) ne permet pas de rentabiliser (**). Au stade actuel d'émergence de cette technologie, ce tarif devrait être de l'ordre de 140-150€/MWh, ce qui n'a rien de choquant par rapport au coût de l'éolien et du photovoltaïque 7 et 8. Il est important de noter que la matière première est locale, renouvelable et que son prix n'est pas susceptible d'augmenter.
(*)On en est toujours à la production centralisée EDF et ERDF, même avec le concept du smartgrid. La loi Nome impose à l'EDF d'acheter la production d'électricité des producteurs alternatifs - photovoltaïque et éolien - à leur coût de production; l'EDF répercute le surcoût en prélevant sur les consommateurs la Contribution au service public de l'électricité (CSPE) au titre des énergies renouvelables.
(**) Il existe une prime, mais qui ne s'applique qu'aux installations de 5MW et plus.

Photos

Références:

  1. Cogénération
  2. Cogénération bio-masse
  3. COGEBIO, la cogénération biomasse par gazéification
  4. Stabilité des réseaux électriques
  5. EDF: Contribution au service public de l'électricité (CSPE)
  6. Loi Nome
  7. Surcoûts de l'éolien et du photovoltaïque
  8. Energies renouvelables; mythes et réalités
  9. Analyse du potentiel national pour l’application de la cogénération à haut rendement En application de l'article 6 de la directive 2004/8/CE de l'Union europé
  10. Chaudières à gaz de "micro-cogénération" pour particuliers GDF (un essai pour le moment sans succès)
    Quelques installations vendues, mais problèmes; cette tentative est aujourd'hui sans suite.
  11. Micro co-génération chaleur et électricité wikipedia
  12. Site de l'ATEE Association technique énergie environnement
  13. ATEE Rubrique environnement

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Mis en ligne le 01/08/2014 pratclif.com