Production d’électricité et de chaleur par cogénération au biogaz : découvrez des technologies

Intérêt de la cogénération

Le biogaz, issu de la méthanisation ou de la fermentation des déchets organiques, peut être utilisé pour produire simultanément de la chaleur (eau chaude ou vapeur) et de l’électricité (CHP ou cogénération). L’électricité produite sera soit consommée sur place, soit revendue sur le réseau national. La chaleur quant à elle sera utilisée en chauffage et/ou pour le réchauffage de l’ECS (Eau Chaude Sanitaire).

La cogénération est une technologie prometteuse qui permet de valoriser 35 % de l’énergie primaire du biogaz sous forme d’électricité, et jusqu’à 85 % du total, en tenant compte de la récupération de la chaleur produite par le module de cogénération et des pertes du système.

Tarifs de rachat d’électricité issue du biogaz et du biométhane

D’ici 2030, d’après la loi de transition énergétique de l’Europe, 10 % de notre consommation de gaz et 40 % de notre électricité doivent provenir d’énergies renouvelables.

Annoncé le 13 décembre 2016, un décret fixe les nouvelles règles du tarif de rachat de l’électricité produite à partir de la méthanisation, ce qui a permis de rassurer les investisseurs potentiels. « Ils sont plus en phase avec les réalités économiques », soulignent les acteurs de la filière.

Pour les installations d’une puissance électrique maximale inférieure ou égale à 80 kW, le tarif est à présent de 175 €/ Mwh. Pour celles d’une puissance électrique entre 80 kW et 500 kW, il est de 155 €/ Mwh. Au-delà de 500 kW, les usines doivent publier un appel d’offres. Pour accélérer la mise en route des unités, ces tarifs baisseront régulièrement de 0,5 % par trimestre à partir de 2018.

Les agriculteurs ont droit à une prime de 0,05€/kWh s’ils parviennent à transformer plus de 60% des résidus de leur activité. À partir de 220 000€, un agriculteur peut désormais faire installer sur son exploitation une station de 22 kW de puissance. Afin d’atteindre les objectifs de la loi de transition énergétique, le gouvernement a également décidé d’allonger la durée des contrats d’achat d’électricité produite par la méthanisation de 15 à 20 ans.

Comment fonctionne une centrale de cogénération de biogaz ?

La centrale de cogénération au biogaz se compose de 3 parties principales : le traitement du biogaz, le moteur et l’unité de contrôle. Cédric Colferai, spécialiste de la cogénération, nous en explique le fonctionnement pas à pas, dans une vidéo publiée par Biogas Channel.

Technologies de cogénération de biogaz

• Par moteur Stirling : Ces technologies peuvent avoir une puissance allant jusqu’à 4 MW. Ce sont donc de petites installations pouvant convenir aux résidences, par exemple. Elles ont un rendement électrique d’entre 35 et 45%.

• Par turbine à combustion : Ces technologies, quand à elle, ont une puissance pouvant aller jusqu’à 100MW. Elles peuvent atteindre un rendement électrique variant de 25 à 40%. La turbine produit une grande partie de son énergie thermique dans les gaz d’échappement, à 500°C. On peut injecter cette énergie soit dans une chaudière de récupération, soit dans un four industriel.

• Par turbine à vapeur : Ce sont surtout les industriels produisant de la vapeur en grande quantité qui choisissent les turbines à vapeur. Grâce à cette technologie, ils peuvent utiliser l’excédant de vapeur pour produire de l’électricité. Cette méthode leur permet de rendre leur consommation plus régulière à cause de la conversion énergétique. On utilise surtout les turbines à vapeur dans les centrales électriques ou les sites d’incinération des déchets.

• Par cycle combiné : Cette technologie nécessite l’utilisation d’une turbine à gaz, puis d’une turbine à vapeur. La production d’électricité s’effectue grâce à deux alternateurs. Toutefois, même si la technologie par cycle combinée a l’avantage d’un rendement électrique élevé, le rendement thermique, lui, demeure faible.

• Trigénération : La trigénération permet la production d’une troisième énergie, souvent le froid, de façon mécanique ou indirecte. Comment? Un groupe à absorption fonctionnant à la vapeur ou à l’eau surchauffée.

• Pile à combustible : C’est la technologie du future, qui est encore en plein développement. Elle permet d’augmenter le rendement de l’installation tout en réduisant la pollution. Des obstacles demeurent toutefois à surmonter: le coût élevé pour fabriquer les piles, des équipements peu fiables et une maintenance difficile, entre autres.

Ecomax

L’installation Ecomax pour la cogénération du biogaz se compose d’un ou de plusieurs digesteurs pour la digestion et la production du biogaz. Elle comprend également l’installation de cogénération permettant de transformer le biogaz en énergie. Ainsi, à cette dernière étape, l’installation peut produire à la fois de l’électricité et de la chaleur.

L’entreprise a conçu le ECOMAX Biogas et le Landfill pour valoriser le biogaz en énergie.

Regardez la vidéo de Ecomax

MWM – Usines de cogénération

MWM est fournit des installations de production combinée de chaleur et d’électricité (CHP) hautement efficaces et respectueuses de l’environnement et possède plus de 140 ans d’expérience dans le développement et l’optimisation de moteurs à gaz et de groupes électrogènes pour le gaz naturel, le biogaz et autres gaz. L’avantage de la chaleur et de l’énergie combinées MWM sur la production séparée d’énergie électrique et de chaleur réside dans l’utilisation significativement plus élevée de l’énergie primaire.

En savoir plus sur les produits de MWM

Viessmann – Unités de cogénération jusqu’à 530 kWel et 660 kWth

L’utilisation d’une unité de cogénération dans un environnement commercial est extrêmement écologique. Avec plus de 25 ans d’expérience dans ce domaine, Viessmann propose des systèmes efficaces fonctionnant au gaz pour la production combinée de chaleur et d’électricité. Les types de chaudières combinées de chaleur et d’électricité que nous offrons : les chaudières CHP à moteur Stirling (moteur à combustion externe) et les chaudières CHP à moteur interne (conçues pour être utilisées dans des applications à plus grande échelle).

En savoir plus sur les produits de Viessmann

Veolia CHP (Europe)

Veolia a plus de 30 ans d’expérience dans le domaine de la production combinée de chaleur et d’électricité et est solidement établie en tant que gestionnaire de premier plan des unités de cogénération actuelles. Veolia fournit la solution complète de cogénération qui sert les entreprises commerciales, le secteur public et les communautés – travaillant ensemble pour augmenter la sécurité énergétique, tout en réduisant l’impact environnemental et les coûts énergétiques. La compagnie exploite actuellement plus de 600 centrales de cogénération pour les clients et elle a la confiance de grandes organisations depuis plus de 20 ans, pour fournir des réductions fiables des coûts énergétiques.

Regardez le vidéo de Veolia et lire plus sur leurs produits

MTM Energia – Usines de cogénération

MTM ENERGIA personnalise, fabrique et installe des centrales de cogénération «clé en main» avec tous les composants nécessaires et prêts à être testés. Les systèmes ne sont pas constitués de modules standard; tout est dimensionné et conçu pour répondre aux besoins spécifiques de chaque client.

Les installations de microgénération fournies et installées par MTM Energia sont petites, légères et fiables. Spécialement conçu pour améliorer l’impact énergétique de petites réalités civiles, industrielles ou commerciales ayant une consommation d’énergie importante telles que: hôtels, piscines, maisons de retraite, centres sportifs, petites industries, etc.

L’usine complète est livrée et est placée dans une zone spéciale mise à disposition par le client. À ce stade, l’installation est prête à être raccordée au réseau électrique, au conduit d’alimentation en carburant et aux raccordements d’eau chaude.

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RESET – SyngaSmart

RESET s.r.l. est une start-up italienne de technologies propres qui a développé, breveté et commercialisé une solution révolutionnaire pour la cogénération à partir de biomasses renouvelables ligneuses. Basé sur la technologie de gazéification, leurs unités de cogénération syngaSmart utilisent des copeaux de bois et d’autres biomasses pour générer un gaz de synthèse pour la production d’électricité avec des systèmes de récupération de chaleur. En utilisant la biomasse disponible localement, syngaSmart génère de l’énergie, soit hors réseau (autonome / autoconsommation), soit en mode parallèle au réseau (tarif d’achat pour la production d’énergie à partir de sources d’énergie renouvelables).

Selon les besoins, leurs usines développent 30 kW, 49 kW, 50 kW, 60 kW, 100 kW, 120 kW.

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Westech – Générateur de biogaz Cleanergy Gasbox

Le Cleanergy GasBox ™ génère de l’électricité et de la chaleur à partir du biogaz. Le cœur de la technologie est le moteur Stirling. Le GasBox ™ nécessite un nettoyage des gaz minimal ou nul, ce qui permet aux petites et moyennes installations de traitement des eaux usées de bénéficier des avantages de l’utilisation du biogaz. Le GasBox ™ peut également fonctionner au biogaz avec une concentration de méthane aussi faible que 18%, ce qui évite aux grandes usines de brûler ce biogaz avec un supplément de gaz naturel. Les calculs du retour sur investissement sont disponibles pour chaque application unique, ce qui montre que non seulement les coûts d’équipement initiaux sont récupérés, mais aussi que les économies continues sur les coûts d’exploitation de l’usine sont substantielles.

PlanET : module de cogénération électricité – chaleur

Pour leurs modules de cogénération, PlanET travaille avec des fabricants de moteurs à gaz et à injection pilote renommés, à la technologie novatrice, et dont les moteurs éprouvés présentent les rendements les plus élevés sur le marché. En tant que fabricant d’installations de biogaz, PlanET installe et intègre le module de cogénération dans votre installation existante. PlanET propose un service complet allant de l’extension du réseau de gaz jusqu’au raccordement à un système de chauffage existant ou à l’intégration à votre système de commande existant.

En fonction des besoins individuels, le module de cogénération peut être livré dans un conteneur ou être intégré sur place dans votre local technique. La puissance électrique totale des installations PlanET en fonctionnement : 141.145 kW_el. Réduction de CO₂ des installations PlanET en fonctionnement : 590.144.182 kg CO₂/a.

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Tecogen – TecoPower

Les modules de cogénération Tecopower 60 à faibles émissions, Tecopower 60 à très faibles émissions, Tecopower 75 à faibles émissions et Tecopower 75 à très faibles émissions offrent les meilleures performances globales de tous les systèmes de cogénération et ont la fiabilité et la facilité d’entretien les plus élevées de leur catégorie.

Depuis leur introduction en 1983, les systèmes de Tecogen ont bénéficié d’améliorations techniques continues de la part de nos ingénieurs. Aujourd’hui, ils présentent les dernières avancées en matière de moteur, de commandes, de récupération de chaleur et notre technologie à faibles émissions d’Ultera.

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ETW Energie : Technologie de cogénération tout en un

ETW Energie offre une technologie de cogénération biogaz tout en un pouvant s’occuper du processus complet, dont:

• Le refroidissement de gaz ou le séchage du gaz
• La purification du gaz
• Le compresseur de gaz
• Des torchères pour le mode d’urgence et le fonctionnement normal

L’entreprise ETW Energie possède de nombreuses années d’expérience dans l’utilisation des gaz d’incinération et de grisou. Elle a également une expertise avancée dans l’entretien réalisé par des techniciens de service expérimentés. Elle s’est servie de ces bases solides pour la conception, la construction et la production de ses centrales de cogénération au biogaz.

La clé de son succès? Pour assurer le fonctionnement optimal de ses centrales, l’entreprise intègre un moteur au gaz naturel ou le moteur/générateur comme composante principale de l’installation. Elle a également ajouté à ses centrales la fonction de commande intelligente.

En plus de fournir tout l’équipement pour la centrale de cogénération, ETW s’occupe de gérer les interfaces et de livrer les pièces nécessaires pour la station transformatrice (chauffage/électrique).

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EVO

Les systèmes de cogénération biogaz 2G sont 40% plus efficaces que les microturbines ultra-efficaces. Cette usine de cogénération révolutionnaire propose des moteurs à biogaz spécialement calibrés, des composants et des matériaux conçus pour être extrêmement fiables, puissants et efficaces. Leurs configurations entièrement personnalisables vont de 50 kWe à 3 000 kWe et des tailles plus grandes sont disponibles sur demande.

En savoir plus sur les produits de EVO

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Sources

• • ENSEEIHT : Production d’électricité et de chaleur par cogénération

• • ADEME : Cogénération biogaz

• Batiactu : La cogénération : une technologie performante peu développée en France