La cogénération et PAC - Service du Facilitateur Bâtiment Durable Bruxelles Environnement
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Bruxelles Environnement
Service du
Facilitateur
Bâtiment Durable
« Remplacement des chaudières dans les immeubles à appartements »
La cogénération et PAC
Yves LEBBE
Spécialiste Cogénération
7 octobre 201
Plan de l’exposé:
● C’est quoi la cogénération, le principe de fonctionnement ?
● Comment fait-on de la cogénération ?
● Pourquoi installer une cogénération ?
● Les technologies les plus courantes
● Les limites de la cogénération
● Critères à prendre en considération
● Les étapes d’un projet de cogénération
● Réaliser une première étude de pertinence
● Aides et primes
● Mécanisme des CV pour la cogénération
2
● Principe de la cogénération:
la production combinée de deux formes d’énergie (électricité et chaleur
« valorisées ») à partir d’un même combustible.
micro-cogénération si Pé < 50 kW
micro-cogen domestique: +/- 1kWé
16%
24% éléc
100%
60% therm
La cogénération est surtout pertinente pour des bâtiments avec une demande
en chaleur assez constante et plus ou moins importante, par exemple des
bâtiments anciens avec peu de possibilités pour les rendre énergétiquement efficace.
Mais pensons toujours d’abord à l’URE 3
Pourquoi installer une unité de
cogénération?
⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire
kWh kWh kWh kWh
1 000 électricité 1 000 Turbine
Cogen Gaz Vapeur 1 818
4166 gaz naturel (55%)
4596
(24 % élec)
Chaudière
(60 % therm) 2500 chaleur 2500
gaz naturel 2778
(90 %)
666 pertes 1096
Une économie de 430 kWh de gaz naturel (environ 10 %) !
4
Pourquoi installer une unité de
cogénération?
⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire
kWh kWh kWh kWh
1 000 électricité 1 000 Turbine
Cogen Gaz Vapeur 1 818
3846 gaz naturel (55%)
4596
(26 % élec)
Chaudière
(65 % therm) 2500 chaleur 2500
gaz naturel 2778
(90 %)
346 pertes 1096
Une économie de 750 kWh de gaz naturel (presque 17%) !
5
Pourquoi installer une unité de
cogénération?
⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire et de CO2
Le cas d’une cogénération au gaz naturel
ECO2 = 1 818 x 0.217 =
FCO2 = 3 846 x 0.217 = Coefficient d’émission CO2 : 395 kg CO2
834 kg CO2 217 kg CO2/MWh de gaz naturel
kWh kWh kWh kWh
1 000 électricité 1 000 Turbine
Gaz Vapeur 1 818
Cogen (55%)
3 846 gaz naturel
(26 % élec)
(65 % therm) Chaudière
2 500 chaleur 2 500 2778
gaz naturel
(90 %)
346 pertes 1096 QCO2 = 2778 x 0.217 =
603 kg CO2
Une économie de 164 kg de CO2 !
6
Survol des technologies disponibles
⇒ Récupération de la chaleur sur des technologies
existantes de production d'électricité
► Groupes électrogènes (moteur à combustion interne)
► Turbines à gaz/biogaz/mazout
► (Turbines à vapeur – moteur vapeur)
► Moteur Stirling (moteur à combustion externe)
Type de combustible :
► Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, …
► Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,…
7
n Le moteur à combustion interne
343 kWh
(12%)
1514 kWh
(53%)
LA COGENERATION PAR
1000 kWh
(35%)
2857 kWh
(gaz naturel)
8
●Exemples de micro-cogénération
dans le logement collectif
Résidence Venelles 1
2 x 30 kWe/52 kWth au colza
Résidence Moina – 30 kWe/52 kWth
au gaz naturel
n Pourquoi utiliser des BIOcombustibles ?
⇒ Moins polluants (en CO2) qu’un combustible fossile (par le captage de CO2 pendant la
croissance des plantes)
Coefficient CO2 pour le :
mazout = 306 kg/MWh
gaz naturel = 217 kg/MWh
biodiesel = 80 kg/MWh
huile végétale pure = 70 kg/MWh
Moins d’émissions de CO2 , plus de CV!
1 ha = +/- 1 150 litres = +/- 11 MWh
Attention:
► Il y a d’ autres rejets de polluants atmosphériques : NOX, PM10… à Bruxelles, vu la qualité de l’air,
cela pose d’autres problèmes…
► Le prix de l’huile de colza fluctue fortement (à la hausse… rentabilité financière ???)
10Les limites de la cogénération
•En général
● Simultanéité des besoins d'électricité et chaleur… mais possibilité de
revendre l'électricité et/ou de stocker la chaleur dans un ballon avec une
très bonne isolation (condition prime)
● Ne remplace pas totalement une chaudière classique … mais la
complète utilement
● Nécessite un investissement supplémentaire (p/r chaudière)… mais
souvent rentable grâce aux « Certificats verts » et les « Primes
Energie »
● Nécessite un suivi plus régulier et plus coûteux (p/r chaudière)… mais
possibilité de sous-traiter (garanties, télé-monitoring, …)
11Critères pour déterminer la puissance à
installer
• Dimensionnée en fonction des besoins thermiques (afin de valoriser
toute la chaleur produite et ainsi être une « cogénération de qualité »).
⇒ C’est le besoin en chaleur qui pilote la cogénération
• Assurer la base des besoins thermiques (pour éviter démarrages –
arrêts intempestifs)
⇒ La cogénération ne produira jamais la totalité des besoins en chaleur et
en électricité du bâtiment.
⇒ Le solde des besoins en chaleur sera fourni par une ou plusieurs chaudières
⇒ Le solde des besoins en électricité sera fourni par le réseau électrique
• Eviter de revendre trop d’électricité produite au réseau
(pour valoriser l’électricité produite au meilleur tarif)
⇒ La situation la plus rentable est quand toute l’électricité produite est
autoconsommée (au même instant); Exception: logement collectif
⇒ Pour unités de cogénération < 5kWé: compensation (« compteur tourne à
l’envers ») 12Réaliser une première étude de pertinence
A l’aide de COGENcalc.xls
v Données:
Ø Besoins en chaleur et le profil
Ø Besoins en électricité
Ø Prix des énergies
v Les rentrées:
Ø Les productions d’électricité et de chaleur
Ø Les certificats verts
v Les coûts:
Ø Le prix du combustible
Ø La maintenance
v Gains
v Investissement => TRS de 3 à 6-7 ans
13n Points d’attention « hydraulique »
► La cogénération fonctionne en priorité sur la chaudière
► Veiller à une intégration hydraulique judicieuse ⇒ il faut que la
chaleur puisse circuler et se dissiper dans le circuit. Veiller à ce
que la température de retour ne soit pas trop élevée.
► Veiller à une bonne régulation entre la chaudière et la
cogénération
► Cogénération à condensation: vérifier s’il y a moyen de
condenser les gaz d’échappement: double bénéfice: récupération
d’énergie thermique, mais surtout plus de certificats verts.
n Points d’attention « électrique »
► Le prix de vente au réseau n’est pas le même que le prix d’achat (+/-
40 €/MWh.)
► Pour les petites puissances (< 5 Kwé): principe de compensation A+/
A-
► Pour le raccordement électrique au réseau: voir prescriptions
« Synergrid » et « Sibelga » (en fonction de la puissance « 10 kWé)
14Le Permis d’environnement
À partir de quand faut-il un permis pour installer une cogen ?
●Une cogénération n’est pas classée en temps que telle, mais bien via certaines de ses
éléments:
► Le générateur d’électricité qui est classé à partir de 100 kVA « rubrique 55 »
► Le moteur à combustion interne qui est classé à partir de 20 kW « rubrique
104 »
► Ou d’une installation de combustion qui est classée à partir de 100 kW
« rubrique 40 »
Quelles sont les normes d’émission?
Moteur
gaz
naturel
Moteur
huile
de
colza
CO:
300
mg/Nm³
CO:
300
mg/Nm³
Nox:
250
mg/Nm³
Nox:
250
mg/Nm³
15Aides et primes
● NIVEAU REGIONAL
► Primes Energie 2014 de Bruxelles Environnement pour la cogénération (E2)
► Etudes de faisabilité pour une cogénération: 50% du montant
► Prime à l’investissement: (plafond à 30%)
► Par exemple: 3500 €* Pélec (kW )
► Une cogen de 50 kWé: 24.750 €
► Primes spécifique pour la rénovation complète de la chaufferie (C1b)
Toute rénovation de chaufferie qui implique l’installation d’une nouvelle
chaudière, d’une nouvelle régulation, de l’installation d’une cogénération
et d’un variateur de fréquence: Cumul du montant de la prime C1, C3 (ou
E6), E2 et E5 +20% du montant total de la prime .
16Certificats verts pour la cogénération
► « Récompense » pour les émissions de CO2 évitées pour la
production d’électricité verte (énergie renouvelable et cogénération
de qualité)
► 1CV pour 217kg de CO2 évités
► Pendant 10 ans
► 1 CV = environ 80 €
► Environ 0,5 CV par 1 MWh d’électricité produite (en fonction des
rendements électrique et thermique.
► L’installation doit être certifié (BRUGEL)
17Certificats verts pour la cogénération
● Afin de stimuler la cogénération dans le secteur du logement
collectif l’Arrêté de 26 mai 2011 prévoit d’octroyer plus de Certificats Verts
aux cogénérations de qualité afin que celles- ci soient (plus) rentables
Facteur multiplicateur du nombre de CV
● Pour une puissance électrique de cogénération installée sur un site :
► Inférieure ou égale à 50 kW: facteur 2
► Supérieure à 50 kW: facteur 1,5
► Conditions:
● Logement collectif
● Cogénération de qualité au gaz naturel
● Correctement dimensionnée (*) sur la demande en chaleur totale
● Fourniture de la chaleur utile pour plus de 75% à des clients résidentiels
● Mise en service après le 1er janvier 2011
18
18Outils, sites internet, etc… intéressants :
● Les « outils » :
► « Réaliser une étude … dans les Règles de l’Art »
► Les outils Cogencalc, Cogenextrapolation, CogenOptitherm et
Cogensim
► Liste des acteurs de la cogénération
● Le service « Facilitateur bâtiment durable » avec un
« spécialiste cogénération » à votre disposition :
► Aide aux bureaux d’études et aux porteurs de projets
► Guidance et accompagnement tout au long du projet
● Sites utiles :
► www.bruxellesenvironnement.be
► www.brugel.be
► www.Sibelga.be
19Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● La cogénération est une application qui est peut-être très
intéressante
► Si les profils des besoins en chaleur et en électricité sont plus ou
moins en concordance
► Permet de faire d’importantes économies de CO2
► Permet de réduire la facture d’énergie par un investissement
intéressant (TRS < 5 ans)
● Mais qui doit être bien dimensionnée, bien intégrée et bien
suivie
► Etude de faisabilité, engineering, installation professionnelle
► Contrat de maintenance et d’exploitation
20La Pompes à chaleur (PAC)
21Introduction à la Pompes à chaleur (PAC)
Principe
Une pompe à chaleur (PAC) est une machine dont le but est de valoriser la
chaleur gratuite présente dans l’environnement : dans l’air extérieur, les
rivières, le sol.
Le principe de fonctionnement est le même que celui d’un frigo
22Introduction à la Pompes à chaleur
Source froide
Production eau
chaude pour le
chauffage et pour la
préparation d’ECS 23Pompes à chaleur
Les principaux types de PAC
Ø Eau/eau
Ø Air/eau
Ø Air/air
Ø Sol/eau (eau glycolée)
Ø PAC avec compresseur (En fonction de la force motrice du compresseur)
Ø PAC moteur électrique
Ø PAC moteur gaz
Ø PAC gaz absorption
Ø PAC gaz adsorption
24Vous avez dit « COP »?
COP: Coefficient de performance
Rapport entre l'énergie thermique utile délivrée au condenseur par rapport à
l'énergie électrique consommé par compresseur et les auxiliaires
1 kWh
Source froide
Source chaude 1,8 kWh
2,8 kWh
= 2,8
Le COP dépends fortement des températures de la source froide (à l’évaporateur) et
de la source chaude (au condenseur)
Par exemple:
ØTempérature source froide : 10 °C
ØTempérature source chaude : 60 °C
Si l'écart entre les 2 seuils de température diminue, le compresseur
devra fournir moins de puissance et l'efficacité ( le COP) augmentera 25La PAC ne sera que performante si le
bâtiment est bien isolé
Par l’isolation performante d’un bâtiment il est possible de réduire la
température de la source chaude.
ØSi avant l’isolation il fallait travailler avec une puissance de chauffe donnée et
un régime de température de par exemple 60-80°C
ØAprès isolation on pourra travailler avec une puissance plus faible et un
régime de température plus bas, par exemple 40-50°C
Ø Source chaude à plus basse température donc COP plus performant
Sans une isolation performante du bâtiment la pompe à
chaleur n’a pas de bonne raison d’être installé.
26Contact
Yves Lebbe
Spécialiste Cogénération - Service Facilitateur Bâtiment Durable de
la Région de Bruxelles Capitale
( : 0800/85.775
E-mail : facilitateur@environnement.irisnet.be
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