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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/277307027 La Cogénération-Co-generation Research · May 2015 CITATIONS 0 READS 2,454 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Identifier les meilleurs souches de micro-algues pour le traitement des eaux usées et la production de biocarburant. View project Water Management system for water utilities in lebanon View project Chanel El Hifnawy 3 PUBLICATIONS 0 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Chanel El Hifnawy on 28 May 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. Institut des Sciences Appliquées et Économiques - Université Libanaise ISAE – Cnam Liban Centre du Liban associé au Conservatoire national des arts et métiers – Paris Information et communication Pour L’ingénieur Spécialité : Energétique Option : Froid et Climatisation El Hifnawy Chanel (2009-2010) ISAE – 2008-2009 2/44 ISAE – 2008-2009 3/44 Remerciement En préambule à ce rapport, je souhaitais adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m'ont apporté leur aide et qui ont contribué à l'élaboration de ce rapport ainsi qu’à la réussite de cette formidable année universitaire. Je tiens à remercier sincèrement Dr. Tony Jabbour, Dr. Bassam Assaf, et Dr. François Khoury, qui s'ont toujours montré à l'écoute et très disponible tout au long de la réalisation de ce rapport, ainsi pour l'inspiration, l'aide et le temps qu'ils ont bien voulu me consacrer. Mes remerciements s’adressent également à la Direction de L’ISAE-CNAM, pour leur générosité et la grande patience dont ils ont su faire preuve. Je tiens à exprimer ma reconnaissance envers Mr. Ahmad Saleh –Mon directeur de travail pour son encouragement et son patience. Merci à tous et à toutes. ISAE – 2008-2009 4/44 Le sommaire Introduction ......................................................................................................................... 6 Évolution Historique de la cogénération ......................................................................... 7 Principe de cogénération .................................................................................................... 9 Définition ..................................................................................................................................... 9 Les champs d’application ........................................................................................................... 10 Enjeux de la cogénération ................................................................................................ 11 Impacts énergétiques, économiques et écologiques. .................................................................. 11 Rappels de quelque notions thermodynamiques ........................................................... 12 Les procède de cogénération ............................................................................................ 14 Cogénération par moteur à combustion interne ........................................................................ 14 Les turbines à combustion .......................................................................................................... 17 Cogénération par turbine à vapeur ............................................................................................. 21 Cycles combinés de vapeur et de gaz. ........................................................................................ 28 Les modules de cogénération ..................................................................................................... 30 Tri-génération ............................................................................................................................. 31 Les étapes de l’étude de pertinence de cogénération ..................................................... 32 Les contraintes de réalisation .......................................................................................... 39 Conclusion ......................................................................................................................... 39 Bibliographie ..................................................................................................................... 41 Annexe ................................................................................................................................ 41 ISAE – 2008-2009 5/44 List des figures Figure 1-Besoins croissant en énergie .............................................................................................. 6 Figure 2-schématique qui symbolise la cogénération ...................................................................... 8 Figure 3-Comparaison de cogénération avec un système conventionnelle .................................... 11 Figure 4-Technologie de Cogénération .......................................................................................... 14 Figure 5-Moteur à Combustion interne .......................................................................................... 14 Figure 6-Cycle de stirling ............................................................................................................... 16 Figure 7-Turbine à gaz ................................................................................................................... 17 Figure 8-Turbine à vapeur ............................................................................................................. 21 Figure 9-Cycle de Rankine ............................................................................................................. 22 Figure 10-Diagramme (T,S) ........................................................................................................... 22 Figure 11-Cycle Combiné .............................................................................................................. 28 Figure 12-Module de cogénération ................................................................................................ 30 Figure 13-Tri-génération ................................................................................................................ 31 Figure 14-Tableau de pré-dimensionnement d'une cogénération .................................................. 33 ISAE – 2008-2009 6/44 Introduction Ces dernières décennies ont été un moment de prise de conscience, au niveau international, en matière d'environnement. La signature du protocole de Kyoto exprime la volonté des différents Etats de relever le défi du changement climatique et de limiter leurs émissions de gaz à effet de serre. Les effets qui ont due à cette conscience sont : 1. L’augmentation de la consommation d’énergie qui est prévue d’être en moyen 20 Gtep due à l’augmentation de la population à 9 milliards en 2050. Figure 1-Besoins croissant en énergie 2. La rarérifiction du pétrole due à la diminution de la quantité de pétrole dans les anciens gisements et celle de la découverte des nouveaux gisements simultanément avec l’augmentation de la demande de pétrole ce qui explique l’élévation de prix de baril à, à peu prés, 140$ en 2008. 3. Le dérèglement climatique dû à l’excès des gaz à effet de serre GES) comme le dioxyde de carbone, le méthane, l’oxyde d’azote, Ce dérèglement qui se manifeste par les suivants : a. Réchauffement: entre 2 et 4,5°C d’ici à 2100 b. Elévation du niveau des mers:+ 50cm en 2100 c. Fortes précipitations et …sécheresses d. Tempêtes et cyclones e. Fonte des glaces de l’Arctique f. D’autres … Afin de mieux faire face à ces nouveaux défis, la Commission Européenne a décidé de renforcer sa stratégie de diversification des modes de production énergétique et d'encourager la création d'installations de production d'énergie efficaces dont les installations de cogénération. Elle s'est fixé comme objectif de doubler la part de la cogénération dans la production totale d'électricité de l'Union, autrement dit passer, de 9 % en 1994 à 18 % en 2010. Après mon travail dans une station de traitement de déchets surtout dans la zone où il ya deux Co-générateur à biogaz capables de produire l’électricité et la chaleur je me suis intéressée à savoir plus sur ce système et voici le rapport dans lequel je vous présente « la cogénération » selon le plan suivant : ISAE – 2008-2009 7/44 Tout d’abord la révolution historique de la cogénération, Ensuite on parlera de sa définition, ses domaines d’application et de ses enjeux majeurs. Après les procédés utilisés dans un système de cogénération en prenant un exemple détaillé pour interpréter l’efficacité de ce système, et ses contraintes de réalisation. A la fin quelques études de cas, la cogénération dans le monde. Et on vient à la conclusion. Évolution Historique de la cogénération La Cogénération a apparu en 1880 en Europe et aux Etats-Unis. Au début du XXe siècle la plupart des installations industrielles généraient leur propre électricité en utilisant des chaudières et des turbines à vapeur. Il a été estimé que 58% de la puissance totale produite par les installations industrielles aux Etats-Unis en 1900 était congénère. Cette technologie n’est pas largement utilisée cause de faible prix de pétrole et de gaz naturelle de l’ordre d’un dollar par baril donc l’énergie thermique est rejetée vers l’atmosphère. Mais rien n'est stable. La première crise d’OPEC en 1973 rend L’Amérique et l’Europe conscient qu’ils n’ont pas une réticence en énergie et que le prix d’énergie va s’élever progressivement donc il faut chercher des solutions alternatives et en augmentant l’efficacité de stations existantes d’où vient l’idée d’éviter le gaspillage de l’énergie tout en optimisant l'utilisation des ressources d’énergies primaires et en minimisant son impact sur l'environnement. Le souci d’approvisionnement d’énergie poussera les associations nationales et les états à déclarer des directives pour ouvrir la voie à l’utilisation des stations de cogénération à grande échelle. Et voici quelques directives : Directive 92/42/CEE du Conseil, du 21 mai 1992, concernant les exigences de rendement pour les nouvelles chaudières à eau chaude alimentées en combustibles liquides ou gazeux [Journal officiel L 167 du 22.06.1] Communication de la Commission, du 15 octobre 1997, sur une stratégie communautaire pour promouvoir la production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) et supprimer les obstacles à son développement final- Non publié au Journal officiel]. Directive 2001/77/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables sur le marché intérieur de l'électricité [Journal officiel L 283 du 27.10.2001]. Directive 2002/91/CE du Parlement européen et du Conseil du 16 décembre 2002 sur la performance énergétique des bâtiments [Journal officiel L 1 du 4.01.2003]. La directive 2004/8/CE du Parlement européen et du Conseil du 11 février 2004 concernant la promotion de la cogénération sur la base de la demande de chaleur utile dans le marché intérieur de l'énergie, et l'envolée du coût des énergies fossiles, permettent de supposer que la cogénération prendra plus d'importance en France dans les années à venir. ISAE – 2008-2009 8/44 Décision 2007/74/CE de la Commission, du 21 décembre 2006, définissant des valeurs harmonisées de rendement de référence pour la production séparée d'électricité et de chaleur en application de la directive 2004/8/CE du Parlement européen et du Conseil [Journal officiel L 32 du 6 février 2007]. En janvier 2007, la Commission Européenne a présenté une proposition intégrée énergie/changement climatique couvrant les problématiques de l'approvisionnement en énergie, du changement climatique et du développement industriel. D'ici à 2020, les objectifs suivants: – 20 % d'économie d'énergie, – 20 % de réduction des émissions de gaz à effet de serre, – 20 % d'énergies renouvelables dans la consommation d'énergie totale de l'UE, – enfin 10 % d'énergies renouvelables dans la composition des carburants pour les transports. Figure 2-schématique qui symbolise la cogénération ISAE – 2008-2009 9/44 Principe de cogénération Définition La cogénération permet à partir d’un seul « combustible » et d’une seule installation la production simultanée de chaleur et d’énergie. Cette énergie est utilisée pour actionner un moteur ou chauffer de l'eau (la vapeur est utilisée ensuite pour entraîner une turbine à vapeur puis un alternateur qui produit au final de l'énergie électrique). Ainsi, en récupérant l’énergie thermique perdue d’ordinaire, la cogénération met à disposition les deux énergies, thermique et électrique, avec un rendement global nettement plus élevé que celui résultant uploads/Geographie/ orale-probatoire-la-cogeneration-el-hifnawy-chanel-2010.pdf