Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://ww

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/341611853 Intégration énergétique et optimisation économique d'une installation de cogénération Article · January 2019 CITATIONS 0 READS 74 3 authors, including: Vincent Kelner Haute Ecole Libre Mosane 11 PUBLICATIONS 117 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Vincent Kelner on 24 May 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. Revue Scientifique des Ingénieurs Industriels n°33, 2019. Intégration énergétique et optimisation économique d’une installation de cogénération Ing. A. BERTRAND Ir P. DEWALLEF Ir V. KELNER GRAMME – Liège Cet article traite de toutes les étapes réalisées pour mener à bien un projet de di- mensionnement d’un système de cogénération au sein d’un réseau de chaleur situé sur le site du campus de l’entreprise Solvay à Bruxelles. La définition des besoins électriques et thermiques du site, la pertinence et la faisabilité d’un tel projet, le bilan énergétique et environnemental, et enfin, l’étude de la rentabilité économique de l’installation de cogénération, sont autant d’éléments pris en compte dans cette étude. Mots-clés : Cogénération, réseau de chaleur, chauffage, combustible, gaz à effet de serre, dimensionnement, analyse de consommation, étude de rentabilité. This paper details all the stages realized for the dimensioning of a cogeneration system on a district heating located on the site of the campus of the company Sol- vay in Brussels. The definition of the electrical and thermal needs of the site, the relevance and the feasibility of such a project, the environmental and energy rec- ord, and eventually the study of the economic profitability of the cogeneration in- stallation, are so many elements considered in this study. Keywords: Cogeneration or Combined Heat and Power (CHP), district heating, heating system, fuel, greenhouse gases, dimensioning, analysis of the energy con- sumption, cost-effectiveness survey. 2 1. Introduction La transition énergétique, qui prône une modification importante des moyens de production et de consommation de l’énergie, est l’un des grands défis de nos jours. Ce concept repose sur de nombreux enjeux tels que la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la diminution de consommation d’énergie, l’évolution vers un système énergétique moins centralisé, le passage à un système énergétique plus sûr, etc. Un moyen attrayant aidant à atteindre ces objectifs ambitieux est la cogénéra- tion. Le principe de la cogénération est de produire de l'électricité et de la chaleur, de façon combinée, à partir d'un seul combustible. Cette solution énergétique permet de valoriser la chaleur générée lors de la production d’électricité. Le fait de récupé- rer cette chaleur maximise le rendement global du système, ce qui permet de réali- ser des économies d’énergie par rapport à des systèmes séparés de production de chaleur et d’électricité. Ce rendement plus élevé réduit par conséquent la consom- mation d'énergie primaire. Ce moyen de production présente donc l’avantage de réduire les émissions de CO2. De plus, cette filière participe à la sécurité d'approvi- sionnement électrique vu que les pics de demande de chaleur coïncident générale- ment avec ceux de demande électrique et que le système permet de répondre à ces deux besoins simultanément. Le sujet de cet article est le dimensionnement d’une cogénération qui va être inté- grée dans la chaufferie gaz du réseau de chaleur du campus de l’entreprise Solvay situé à Bruxelles. La demande des responsables de cette entreprise est relativement simple : quel est le type de cogénération à installer, avec quelles puissances ther- miques et électriques, afin que les coûts soient minimisés, c'est-à-dire que le temps de retour sur investissement soit le plus court possible. 2. Présentation de l’établissement et analyse du besoin ther- mique Avant d’étudier la faisabilité d’une installation de cogénération, il est important de cerner l’établissement étudié. De plus, la détermination du besoin thermique est une étape indispensable et primordiale pour effectuer un dimensionnement correct. Celui-ci s’effectue en analysant les consommations à partir de données réelles du site d’implantation. Le contenu de cette section est consacré à la présentation du type d’établissement mais également à la description de l’installation thermique importante à connaître. En effet, une cogénération produit de la chaleur et de l’électricité mais est principa- 3 lement dimensionnée à partir des besoins de chaleur car une production de chaleur excédentaire sera perdue alors que de l’électricité en superflu peut être revendue sur le réseau. 2.1. Présentation de l’établissement étudié Solvay est un groupe leader mondial de la chimie qui fabrique un grand nombre de produits chimiques et de plastiques. L’établissement étudié englobe une série de bâtiments puisqu’il s’agit du campus de l’entreprise, situé à Bruxelles. Celui-ci est le siège social de l’entreprise mais également un centre multi-sociétés. En effet, ce site loge le quartier général de Solvay, ainsi que des fonctions de supports et de recherches, mais également des entreprises externes. Ce campus est principalement composé de bureaux où près de 1 300 personnes travaillent. 2.2. L’utilisation des bâtiments et la régulation L’utilisation des bâtiments est continue durant toute une année mais uniquement en semaine. L’occupation des édifices correspond à un profil classique pour des bu- reaux, c’est-à-dire une utilisation principalement 5 jours sur 7, essentiellement de 7h à 18h. Afin de connaître le type de régulation mis en place, une campagne de mesures a été menée. Des relevés des températures extérieures (via une sonde extérieure ins- tallée sur le site) et de l’eau de chauffage en sortie de chaudière, représentés sur la figure 1 ci-dessous, ont permis de connaître la régulation mise en place. Figure 1 - Régulation 4 Ce graphique permet de constater que le profil de consommation diffère entre les jours de la semaine (du 19/02 au 23/02) et ceux du week-end. Du lundi au vendre- di, un arrêt nocturne a lieu : en effet, la production de chaleur se coupe vers 20h. Cet arrêt nocturne entraîne un pic de consommation matinal ayant pour but d’atteindre la température de consigne dans les locaux avant l’arrivée des premiers travailleurs. Durant la matinée, la demande de chaleur est relativement constante et assez éle- vée, la température de l’eau en sortie de chaudière s’élève aux alentours des 80°C. Au cours de cette première période de la journée, les travailleurs arrivent. Les lo- caux doivent dès lors être maintenus à une certaine température alors que les parois des pièces sont relativement froides et que la température extérieure n’est pas fort élevée. Durant la seconde partie de la journée, la demande de chaleur est toujours plus ou moins constante mais est moindre par rapport au matin. En effet, ceci peut être expliqué par la température extérieure plus élevée et les apports internes réali- sés par les occupants et les appareils électriques qu’ils utilisent, qui réchauffent en partie les locaux. Durant le week-end, le mode de régulation diffère par rapport à celui des jours de la semaine. La température de l’eau dans le circuit est continuellement maintenue à environ 50°C. Cependant, lorsque la température d’un local descend en dessous d’un certain seuil, une alerte est envoyée pour redémarrer la production de chaleur par les chaudière. L’eau du circuit global ayant une température plus élevée, la pièce dépassant le seuil froid est réchauffée ainsi que tous les autres locaux reliés au circuit qui ne demandaient pas de chaleur supplémentaire. 2.3. La signature énergétique La signature énergétique est un outil graphique intéressant qui établit l’évolution de la consommation de l’établissement étudié en fonction du climat, c’est-à-dire en fonction des degrés-jours. La notion de degré-jour La notion de degré-jour permet de quantifier le froid. Elle est indispensable pour la réalisation d’une comptabilité énergétique. En effet, l'apport d'énergie thermique par le chauffage est lié à l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment. Le suivi de consommation d’énergie serait donc inutile sans considérer les permutations climatiques. Les degrés-jours de chauffage (ou HDD pour Heating Degree Days) mesurent l’écart de degrés entre la température moyenne de l’air extérieur et une température 5 de base dans le cas où la première est inférieure à la seconde. Dans le cas contraire (lorsque qu’il fait relativement chaud), les degrés-jours sont équivalant à zéro. La signature énergétique La signature énergétique est le graphe présentant l’évolution des consommations en fonction des degrés-jours. Dessiner la signature énergétique revient à établir le lien entre la consommation d'un établissement et le climat. Sur le graphique, l'énergie consommée est représentée en ordonnées, tandis que l’abscisse indique les degrés- jours. Le rapport entre ces deux grandeurs est tracé par une droite de régression linéaire. Plus la pente de cette droite est importante, plus le bâtiment est sensible au climat, ce qui signifie par exemple que l’isolation est faible. Comme expliqué précédemment, la régulation de chauffage diffère entre les jours de la semaine et ceux du week-end. Afin d’analyser au mieux les consommations de l’établissement, deux signatures énergétiques ont été dressées à partir des don- nées disponibles. Signature énergétique propre aux jours de la semaine Le graphe ci-dessous représente la signature énergétique dessinée à l’aide des va- leurs de consommation et de degrés-jours relatifs aux jours de la semaine. L’axe des y représente la consommation d’énergie thermique en kWh/jour tandis uploads/Industriel/ article-intgrationcognration-25-02-19.pdf