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Cogénération et trigénération pour applications industrielles: technologies Eff

Cogénération et trigénération pour applications industrielles: technologies Efficacité énergétique dans l’industrie En coopération avec: Soutenu par: www.renac.de 24-27 novembre 2014, Tunis, Tunisie Emploi du temps des deux prochains jours Mercredi 26.11.2014 Jeudi 27.11.2014 9.00 - 10.30 09_Cogénération et trigénération pour applications industrielles: technologies 13_Concepts et évaluation économique 11.00 - 12.30 10_Cogénération et trigénération pour applications industrielles: dimensionnement et introduction à la 14_Financement www.renac.de dimensionnement et introduction à la pratique 13.30 - 15.00 11_Cogénération et trigénération pour applications industrielles: travaux pratiques 15_Approvisionnement et sous- traitance d‘efficacité énergétique 15.30 - 17.00 12_Cogénération et trigénération pour applications industrielles: exemples de meilleure pratique 16_Efficacité énergétique dans les procédés industriels: présentation de résultats d’exercice, plan d’action des étapes à suivre, retours/commentaires, conclusion 2 À propos du tuteur Frank Schillig est co-fondateur et Directeur Général de KWA Eviva, une entreprise de conseil et de développement de projet en énergies renouvelables basée en Allemagne depuis fin 2009. Il a acquis plus de dix-sept ans d’expériences en technologies d’énergies renouvelables. Jusqu’en 2009, Frank Schillig a travaillé comme International Business Development Manager pour la bioénergie et les projets énergétiques de grande envergure. Depuis 2000, il travail pour Ecofys Allemagne en qualité de Senior Consultant et Responsable de Projet Internationalisation Bioénergie. Il a dirigé des projets sur les thèmes de la cogénération (ou production combinée de chaleur et d’électricité), de la www.renac.de la cogénération (ou production combinée de chaleur et d’électricité), de la conversion de biomasse en énergie, des techniques des énergies solaire et éolienne, parmi lesquels, le développement de tels projets et leurs risques possibles, des études pour les responsables politiques, des services de consultation stratégiques pour les acteurs du marché, des études de faisabilité et des missions de due diligence pour des promoteurs de projets et les banques. Son savoir-faire couvre tant les aspects des technologies, de l’économie, des questions environnementales que les conditions limites/limitrophes telles que la politique économique, le cadre juridique, les permis et autorisations. Il a publié nombreux articles dans le domaine de la bioénergie, a été promu Président des conférences sur la bioénergie, et est co-auteur d’un guide en bioénergie publié dans six pays européens. 3 Production d’énergie décentralisée: technologies www.renac.de 4 Contenu Aperçu des technologies De l’idée au concept (combustible, site, conception, aspects économiques) Bilan énergétique - conception du système Analyse économique de la production d’énergie décentralisée Exemple de bonnes pratiques www.renac.de Exemple de bonnes pratiques 5 Objectifs Comprendre les principes de co- et tri-génération Apprendre à définir l’unité de mesure d’une unité de cogénération Considérer les principales caractéristiques des unités de cogénération (CHP) et leurs influences sur le fonctionnement Comprendre les paramètres économiques de la production d’énergie décentralisée www.renac.de décentralisée Avoir conscience des risques techniques d’un projet de cogénération 6 Système énergétique décentralisée : principes fondamentaux www.renac.de 7 Cogénération : définition Cogénération ou production combinée de chaleur et d’électricité (CHP) = production simultanée d’électricité et de chaleur exploitable dans un processus unique (à partir du même combustible) Trigénération ou production combinée de chaleur, d’électricité et de froid (CCHP) www.renac.de (CCHP) = production simultanée d’électricité, de chaleur et de froid exploitables dans un processus unique 8 Introduction - Production séparée d’électricité et de chaleur combustible Centrale électrique Electricité 36 kW 100 kW perte de 64 kW ηel=36% www.renac.de combustible Chaudière Chaleur 51 kW 54 kW ηel/th=56% perte de 3 kW ηel=36% ηth=94% 9 9RXVSRXYH]XWLOO FHWWHILJXUH Cogénération d’électricité et de chaleur Électricité 36 kW η =87% ηel=36% η =51% www.renac.de Perte13 kW Combustible CHP Chaleur 51 kW 100 kW ηel/th=87% ηth=51% 10 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Les inconvénients de la co/tri-génération Meilleure efficacité énergétique consommation d’énergie primaire réduite Émission réduite de CO2 Plus économique Dépendance mineure à l’égard des prix de l’énergie www.renac.de 11 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHSDUDJUDSKH Les inconvénients de la co/tri-génération Les besoins et la production de chaleur doivent s’accorder Savoir-faire adapté à la demande d’énergie Coûts en capital plus élevés Efforts de maintenance plus élevés www.renac.de 12 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHSDUDJUDSKH Principe de la cogénération Unité CHP Combustible Électricité Chaleur www.renac.de Moteur à combustion / Générateur Turbine à gas / Générateur Turbine à vapeur / Générateur Pile à combustible Unité ORC, moteur Stirling, refroidisseur par absorption, … 13 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Principales applications de la cogénération Tableau récapitulatif des principales applications de la cogénération: Caracteristiques Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 Type 5 Puissance de l’équipement >100 MW 10-100 MW <20 MW <5 MW <100 kW Utilisation de la production électrique par l’hôte Mineure Mixte Majeure Majeure Majeure Utilisation principale de la puissance Majeur/Mixe Majeur/Mixe Majeur Tous Tous www.renac.de de la puissance thermique par l’hôte Majeur/Mixe Majeur/Mixe Majeur Tous Tous Propriété de l’équipement Tiers Tiers /Personnelle Personnelle / Tiers Personnelle / Tiers Personnelle ▪Un projet de cogénération peur être évalué selon deux critères différents: 1. Efficacité 2. Facilité et faisabilité 14 f1 Folie 14 f1 was heisst convenience? source kann auch weg. fsc; 29.07.2013 Cogénération: définitions de l’efficacité Efficacité électrique Efficacité thermique Indice de production électrique Principe d‘efficacité de la www.renac.de Principe d‘efficacité de la première loi de thermodynamique Principe d‘efficacité de la seconde loi de thermodynamique 15 Puissance électrique Température nécessité par l’utilisateur Puissance thermique Température de référence Combustible Principe de production combinée de chaleur, d’électricité et de froid Unité de cogénération Combustible Électricité Chaleur www.renac.de Refroidisseur à absorption Chaleur Froid 16 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Atouts de l’utilisation de la trigénération Exemple: schéma de la consommation d’un hôpital Consommation constante d’énergie Faible consommation de chaleur en été Mais : consommation élevée d’eau de refroidissement en été Mois www.renac.de refroidissement en été Solution optimale : utiliser la chaleur produite par le CHP pour la production de froid réduire les couts économiser l’énergie primaire Mois 17 YRXVUHPDUTXHULFL FRPPHQWHFRQRPLVHU O pQHUJLHVL4FKDOHXU GLPLQXHHOOHHVW FRPSHQVpSDUOHIURLG 6LHQDQDO\VDQWOHV FRXUEHVGHFKDXGHW IURLGHWYRXVQH UHPDUTXHUSDVFDFH TX LO\DXQHPDXYDLVH JHVWLRQ Production séparée d’électricité et de froid Combustible Centrale électrique Electricité 36 kW 135 kW Pertes 86,5 kW Electricité www.renac.de électrique refroidissement 38 kW 135 kW ηel/EER=55% Machine frigorifique à compression 12,5 kW ηel=36% Electricité 48,5 kW Ratio d‘efficacité énergétique (EER) =3 18 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Production combinée de froid, de chaleur et d’électricité Pertes 13kW Combustible CHP Electricité 36 kW 100 kW ηel/EER=74% EER =0,75 ηel=36% www.renac.de Combustible CHP Refroidissement 38 kW 100 kW ηel/EER=74% Refroidisseur à absorption 51 kW Pertes 13 kW EER =0,75 ηth=51% 19 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Cogénération: efficacités Ratio d’économie d’énergie du combustible Efficacité électrique Cycle combinés (recouvrement total) (recouvrement partiel) Cycle combiné www.renac.de Source: J. Webster (ed.), Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, 1999, John Wiley & Sons, Inc. 20 Efficacité thermique Efficacité électrique Turbine à gaz Turbine à vapeur Chaudières Centrale à vapeur 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Production d‘énergie décentralisée - technologies www.renac.de 21 Téchnologies de cogénération industrielle Efficacité électrique en % Pile à combustible Moteur à combustion Turbine à combustion Turbine à gaz et à vapeur www.renac.de Source: Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V. Efficacité électrique en % 22 Puissance électrique Turbine à combustion Moteur stirling Moteur à vapeur Turbine á gaz 9RXVSRXYH]XWLOOLVHU FHWWHILJXUH Technologies de cogénération 1. Moteur à combustion 1. Unité de Cogénération 2. Systèmes de micro-cogénération 2. Microturbine à gaz www.renac.de 3. Cycle de Rankine à fluide organique 4. Moteur Stirling 5. Cellules à combustible 6. Refroidisseur à absorption 7. Cuve de stockage à conversion thermique 23 Moteur à combustion www.renac.de 24 Domaines typiques d’utilisation Dans l’industrie Fabrication, transformation alimentaire, industrie du papier, brasserie, industrie chimique, etc. Production d’énergie décentralisée Piscine, centre de bien-être www.renac.de Piscine, centre de bien-être Hôpitaux et maison de soins et de repos Hôtels & Complexes Écoles et universités Immeuble à appartements, maisons individuelles Aéroport, centres commerciaux, bureaux 25 Extraction de la chaleur des gaz d’échappement et des eaux de refroidissement pour cogénération Énergie électrique 140 kW 2000 kW Eaux de refroidissement 127 kW → 61% 1006 kW → 51% Gaz d’échappement 80 kW → 39% 972 kW → 49% Source: 2G Energy AG échangeur de chaleur de l’eau de échangeur www.renac.de Source: www.asue.de 26 de l’eau de refroidissement Gaz d’échappement échangeur thermique de gaz d’échappement Extraction de chaleur d’une unité de cogénération Extraction de chaleur en une seule étape Extraction de la chaleur de l’eau de refroidissement et des gaz d’échappement en un cycle unique Extraction en deux étapes Extraction de la chaleur de l’eau de refroidissement et des gaz www.renac.de Extraction de la chaleur de l’eau de refroidissement et des gaz d’échappement en deux cycles séparés Haute température des gaz d’échappement utilisable, pour produire de la vapeur par exemple. 27 Indicateurs de performance clés - moteur à combustion Moteur à allumage par étincelle (moteur à essence) Moteur à allumage par compression (moteur diesel) Puissance électrique 0,001-18 MW 0,005-20 MW Efficacité global 80 - 95 % 80 - 95 % Efficacité électrique 25 – 45 % 28 – 46 % www.renac.de Efficacité électrique 25 – 45 % 28 – 46 % Coefficient de cogénération 0,4 – 1,3 0,5 – 1,3 uploads/Industriel/ co-02 1 .pdf