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Module de formation ANALYSE DE PROJETS DE COGÉNÉRATION COURS D’ANALYSE DE PROJE

Module de formation ANALYSE DE PROJETS DE COGÉNÉRATION COURS D’ANALYSE DE PROJETS D’ÉNERGIES PROPRES NOTES DU FORMATEUR Ce document donne la transcription de la présentation orale (voix et acétates) pour ce module de formation et peut être utilisé comme notes du formateur. Cette présentation orale donne une vue d'ensemble de cette technologie et un aperçu des algorithmes utilisés dans le modèle RETScreen. Le matériel de formation est disponible gratuitement sur le site Web du Centre d'aide à la décision sur les énergies propres RETScreen ® International : www.retscreen.net. ACÉTATE 1: Analyse de projets de cogénération Ceci est le module de formation Analyse de projets de cogénération du cours d’analyse de projets d’énergies propres RETScreen International. Dans cette présentation, nous discuterons de l’exploitation des systèmes qui permettent de produire à la fois de la chaleur et de l’électricité, comme l’usine qui est montré dans cette photo. Acétate 1 ACÉTATE 2: Objectifs Ce module vise 3 objectifs : le premier est de passer en revue les principes fondamentaux des systèmes de cogénération de chaleur et d’électricité; le deuxième de vous présenter quels sont les éléments essentiels à prendre en compte dans une analyse de projet de cogénération; et le troisième de vous présenter le modèle RETScreen International pour projets de cogénération. Acétate 2 ACÉTATE 3: Que produisent les systèmes de cogénération? Un système de cogénération est conçu pour produire à la fois de la chaleur et de l’électricité. L’électricité peut combler des charges électriques locales ou être envoyée sur le réseau électrique. Les équipements de production électrique sont habituellement activés par la combustion de pétrole, de gaz naturel ou de biomasse. Une partie de la chaleur de combustion qui n’a pu être convertie en électricité peut être récupérée pour répondre aux besoins de charges thermiques locales : chauffage de bâtiments ou procédé industriel. Sinon, cette chaleur devrait être évacuée sans être utilisée. Acétate 3 RETScreen® International Page 2 de 10 ACÉTATE 3 : Que produisent les systèmes de cogénération? (suite) La cogénération a bien des attraits autres que la simple fourniture d’électricité et de chaleur : il s’agit d’un des moyens les plus efficaces de produire de l’électricité tout en réduisant les émissions polluantes et la production de déchets. La production thermique d’électricité n’est pas très efficace si on ne récupère pas les rejets thermiques de la centrale électrique. En récupérant ceux-ci, on augmente le rendement global de la centrale, en obtenant plus d’énergie utile par unité de combustible brûlé. On comble donc plus de besoins en rejetant moins de chaleur, moins de gaz à effet de serre et moins de polluants. Comme la chaleur se transporte mal sur de longues distances, les centrales de cogénération sont normalement situées proche des charges thermiques et donc géographiquement dispersées. Cela signifie donc que l’électricité produite est aussi souvent plus proche des utilisateurs finaux que celle produite par de grandes centrales, souvent éloignées des centres urbains. La production « décentralisée » d’électricité par cogénération peut donc permettre de réduire les pertes de transport d’électricité. Une centrale à cogénération peut alimenter un réseau de chauffage urbain en eau chaude ou en vapeur. De tels réseaux peuvent aussi servir à la distribution d’eau glacée à des immeubles d’un même quartier. Des installations de ce type permettent d’offrir de meilleurs rendements qu’un ensemble d’installations individuelles de chauffage et de climatisation situées dans chaque immeuble. Certains systèmes de cogénération peuvent être conçus pour produire du froid. Soit par un compresseur utilisant une partie de l’électricité produite, soit en utilisant la vapeur produite dans une machine à absorption ou dans un procédé de régénération de dessicants permettant de désécher l’air avant de le refroidir par évaporation d’eau. De tels procédés de production de froid permettent donc d’utiliser la chaleur produite par la production d’électricité même pendant la saison où il n’y a plus de charges de chauffage. ACÉTATE 4 : Intérêt des systèmes de cogénération À la base, la production d’électricité ne permet de convertir qu’une faible partie du contenu énergétique d’un combustible : la moitié, voire les 2/3 de l’énergie du combustible, est rejetée sous forme de chaleur et n’a pas pu être convertie en énergie mécanique. Le principal intérêt d’une centrale à cogénération est de pouvoir la localiser proche d’une charge thermique qui pourra bénéficier de ces rejets de chaleur. Au lieu de n’utiliser que de 25 à 55 % du contenu énergétique du combustible, on bénéficiera de 60 à 90 % de cette énergie primaire, selon les équipements et les applications. Les rejets thermiques peuvent servir à des procédés industriels, au chauffage de locaux, à la production d’eau chaude, de froid et à bien d’autres usages. D’un point de vue financier, l’élément le plus souvent déterminant est la valeur de l’électricité produite. Cette forme d’énergie est celle qui a le plus de valeur car l’électricité se transporte plus facilement que la chaleur et permet de répondre à un plus grand nombre de besoins énergétiques. Cependant, lorsqu’on a besoin de construire une centrale pour combler un besoin thermique particulier, il peut valoir la peine d’investir un peu plus pour bénéficier en plus de la production d’électricité, quitte à l’exporter vers le réseau. Acétate 4 Module de formation analyse de projets de cogénération Page 3 de 10 ACÉTATE 4 : Intérêt des systèmes de cogénération La figure ci-dessous illustre les quantités phénoménales d’énergie thermique qui sont rejetées par les centrales thermiques de production d’électricité dans le monde : en 2002, cette quantité était de 25 000 TWh. Cette figure montre également que la plupart des centrales électriques dans le monde utilisent des combustibles fossiles que ce soit sous forme de charbon, de pétrole ou de gaz naturel. Améliorer le rendement de conversion de ces formes d’énergie, permet donc de tirer d’importants bénéfices financiers et environnementaux. ACÉTATE 5 : Concept de la cogénération La figure ci-dessous permet de répondre à cette question en montrant comment on peut utiliser les rejets thermiques d’une installation typique de production d’électricité. À partir de 100 unités d’énergie primaire, on est généralement capable de tirer 30 unités d’énergie électrique. Si la centrale électrique se résume aux seuls équipements de production électrique, son rendement est donc de 30 % et 70 % de l’énergie primaire est rejetée sous forme de chaleur dans les circuits de refroidissement et les gaz d’échappements ou les cheminées. L’ajout d’un générateur de vapeur à récupération de chaleur permet de récupérer typiquement de 75 à 80 % de ces rejets thermiques, ce qui représente environ 55 unités d’énergie thermique récupérée sous forme de vapeur. Le rendement global de la centrale est donc porté à 85 % au lieu de 30 %. Acétate 5 ACÉTATE 6 : Description de la cogénération : équipements et technologies Comme le principe de base d’une centrale à cogénération est la valorisation énergétique des rejets thermiques des équipements de production d’électricité, il faut commencer par s’assurer que ceux-ci rejettent de la chaleur à une température assez élevée pour qu’elle puisse être utilisée. La plupart des génératrices électriques d’une centrale à cogénération utilisent une turbine à gaz, une turbine à vapeur ou un moteur à pistons. Des technologies émergentes comme les piles à combustible peuvent également être rencontrées. Une turbine à gaz ressemble au moteur d’un avion à réaction : on comprime un certain flux d’air d’admission. Un apport de chaleur se réalise dans la chambre de combustion de gaz ou de pétrole, créant une forte augmentation de pression. Cette pression permet de faire tourner à haute vitesse les pales de la turbine à réaction, qui à son tour fait tourner une génératrice électrique. Une turbine à vapeur utilise de la vapeur d’eau à haute pression, produite généralement par une chaudière qui transforme l’eau en vapeur à partir de la chaleur de combustion de n’importe quel combustible. Il est possible de faire travailler en série une turbine à gaz et une turbine à vapeur dans une installation dite « à cycle combiné ». Les gaz de combustion de la turbine à gaz sont assez chauds pour produire de la vapeur qui alimente la turbine à vapeur. Une telle installation permet de convertir jusqu’à 55 % de l’énergie primaire en électricité et il s’agit d’un des moyens les plus efficaces de production thermique d’électricité. Acétate 6 RETScreen® International Page 4 de 10 ACÉTATE 6 : Description de la cogénération : équipements et technologies (suite) Les moteurs à pistons sont mieux connus car il s’agit de la même technologie qui est utilisée dans les moteurs à quatre temps des véhicules à essence et diesel. Après compression de l’air admission, le combustible s’enflamme sous l’action de l’étincelle de la bougie d’un moteur à essence, ou de la température élevée qui résulte du fort taux de compression d’un moteur diesel. L’énergie thermique libérée augmente la pression des gaz qui repoussent donc le piston qui transforme cette énergie en travail mécanique. En plus de ces équipements d’électricité, un autre élément uploads/Industriel/ cours-cogen-pdf.pdf