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11 12-chim0622-2-usages energiesfossiles&biomasse-vectenerg 11 12-chim0622-2-usages energiesfossiles&biomasse-vectenerg Presentation Transcript

  • 2. Usages desénergies fossileset de la biomasseProf. dr. ir. Jean-Marie HAUGLUSTAINE,Chargé de coursFaculté des Sciences – Département desSciences et Gestion de l’EnvironnementCHIM0622 – Vecteurs énergétiques
  • Sommaire Chauffage Eau chaude sanitaire Biomasse CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 2
  •   gérer+  0+ CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 3
  • Besoins de chauffage  Les besoins nets en énergie dépendent des :  Pertes par transmission de l’enveloppe du bâtiment  Pertes par ventilation  Apports internes  Apports solaires  Les besoins bruts en énergie dépendent du :  Rendement global de l’installation (= produit du rendement de production, de distribution, d’émission et de régulation) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 4
  • Distribution Emission Régulation Production Rendement global (réseau de (radiateurs, (horloge, sonde (chaudière) de linstallation conduites) convecteurs) extérieure…) Emetteurs trop Commande Réseau dispersé et grands + placés Niveau de qualité :Surdimensionnée manuelle mal isolé devant des parois médiocre (marche/arrêt) non isolées p = 55 à 60 % d = 80 à 85 % e = 90 à 95 % r = 85 à 90 % ins = 34 à 44 % Emetteurs bien Réseau restreint Niveau de qualité :Bien dimensionnée disposés mais trop Horloge jour/nuit mais mal isolé standard grands p = 65 à 70 % d = 90 à 95 % e = 95 %  r = 90 % ins = 50 à 57 % Chaudière Haut Emetteurs de taille Horloge jour/nuit et Réseau restreint et Niveau de qualité : Rendement ou et demplacement robinets isolé bon Optimaz corrects thermostatiques p = 75 à 85 % d = 95 % e = 95 à 98 % r = 90 à 95 % ins = 61 à 71 % Horloge jour/nuit et Emetteurs de taille robinets Chaudière à Réseau restreint et Niveau de qualité : et demplacement thermostatiques, condensation isolé excellent corrects sonde ext., optimiseur p = 85 à 95 % d = 95 % e = 95 à 98 %  r = 95 % ins = 73 à 84 % Ordre de grandeur des rendements partiels et du rendement global d’une installation de chauffage central CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 5
  • Besoins de chauffage Schéma d’une installation de chauffage central CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 6
  • Chauffage : critères de choix de l’installation  Choix du vecteur énergétique : Privilégier les vecteurs à faibles émissions de polluants Tenir compte de :  Disponibilité + mode d’approvisionnement de l’énergie  + intégration de systèmes fonctionnant avec des énergies renouvelables  Gaz naturel  = combustible non renouvelable dont la combustion a le moins d’impact local sur l’environnement  Mazout  La combustion du mazout émet plus de polluants que celle du gaz naturel et est disponible partout CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 7
  • Chauffage : critères de choix de l’installation  Électricité  Rendement à la production = idem que centrales électriques  Avec le parc actuel :  40% càd pour 1 unité consommée dans le bâtiment, il y a 2,5 unités qui sont prélevées à la planète  Son utilisation :  Propre  Rendement proche de 100 %  Investissement en équipement : faible  Bois ou biocarburants  = combustibles renouvelables  En zone rurale : écologiquement avantageux mais utilisation contraignante et nécessite la mise en place de filières de distribution  Une étude de faisabilité doit en déterminer l’intérêt économique CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 8
  • Chauffage : critères de choix de l’installation  Chauffage électrique à effet joule  Rendement centrales électriques :  40 %   à éviter sauf pour des appoints limités dans le temps (consommation jugée marginale)  Chaudières fonctionnant aux granulés de bois (pellets)   Émission de CO2 extrêmement réduite tout en maîtrisant les autres émissions polluantes  Combustible renouvelable  Pour autant que la forêt dont le bois est issu soit gérée de manière durable  Facilité de gestion équivalente à une chaudière au fuel  Si équipée d’une alimentation automatique et accompagnée d’un espace de stockage des granulés accessible pour la livraison par un camion souffleur CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 9
  • Chauffage : pertesà la production CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 10
  • Rendement d’entretien selon température du fluide caloporteurCHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 11
  • Chauffage : pertes à la production Rendement de production Type de chaudière Rendement utile (1) Rendement saisonnier Classique surdimensionnée 88 % 55 à 60 % Classique, bien dimensionnée 88 % 65 à 70 % Haut rendement (bien isolée, 89 % 75 à 85 % température d’eau variable) Au gaz à condensation 100 à 102 % (2) 85 à 95 % (1) Correspond à un rendement que l’on mesure in situ (intégrant les pertes par chaleur sensible et les pertes par la jaquette), inférieur au rendement nominal mesurable en laboratoire. (2) Les chaudières à condensation récupèrent une partie de la chaleur latente incluse dans les produits de combustion, en condensant une partie de la vapeur d’eau. Les rendements peuvent ainsi dépasser 100 % car ils sont, par définition, calculés sur la valeur du pouvoir Rendements de production utile et saisonnier de combustion inférieur du gaz. CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 12
  • Pertes à la productionCHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 13
  • Chauffage : production (mazout ou gaz)  Chaudières fonctionnant aux combustibles fossiles   chaudière à basse t° et chaudière gaz à condensation  Chaudières gaz à condensation  consommation moyenne de 6 à 9% par rapport aux meilleurs chaudières gaz et fuel traditionnelles  Si le circuit hydraulique a été étudié afin de maximiser la condensation dans la chaudière  La technologie de la condensation des fumées permet de récupérer une grande partie de la chaleur qui s’échappe habituellement par la cheminée  rendement théorique supérieur à 100% sur le PCI  En utilisation finale :  La combustion du gaz émet moins de CO2 que la combustion du fuel  La technique de la condensation permet les meilleurs rendements  Pour qu’une chaudière à condensation présente le haut rendement attendu, il faut que la t° de l’eau de retour soit la plus faible possible  préférable de travailler avec des systèmes à basse température (chauffage par le sol, radiateurs surdimensionnés…). CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 14
  • Chaudière à condensation CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 15
  • CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 16
  • Rendement des chaudières conformément à la Directive européenne 92/42/CEE (A.R. du 18/03/97)CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 17
  • Production : mazout min. Puissance nominale P [kW] ou Critère max. Unité P  20 20 < P  60 60 < P  1.000Rendement de combustion min. % 91Gaz de combustion :- teneur en suie (Bacharach) max. échelle 1- concentration en CO2 min. % 12,5 %Rendement utile (1) :- à pleine charge (eau à 70 °C) min. % 87 87 + 1,5 log P- à charge réduite (eau à 50 °C) min. % 86 85,5 + 1,5 log PPertes à l’arrêt :- Chaudière sans ECS max. % 1 0,8 0,6- Chaudière avec boiler intégré max. W 450 1,5 P- Chaudière avec boiler séparé max. °C max. 14 °C par 24 h (2)(1) La pleine charge s’entend comme 100 % de la charge ; la charge réduite correspond à 30 % de la charge.(2) Diminution de température d’eau dans le boiler de maximum 14 °C par 24 h pour un écart de température entre l’eau et l’ambiance de 35 °C. Critères du label Optimaz (mazout) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 18
  • Production : gaz Puissance nominale P (kW)Critère P  30 30 < P  1.000Rendement utile minimal (1) :- à pleine charge (eau à 70 °C)   0,86  (0,83 + 0,02 log P)- à charge réduite (eau à 70 °C)  0,92 .   (0,88 + 0,027 log P) . - à charge réduite (eau à 50 °C)  0,97 .  -(1) La pleine charge s’entend comme 100 % de la charge ; la charge réduite correspondà 30 % de la charge. Critères du label HR-Haut Rendement (gaz) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 19
  • Production : bois, PAC  Chaudières fonctionnant au bois-bûche   chargées manuellement  pénalisées par la concurrence de systèmes moins contraignants  Ambitions de la filière = autoconsommation de rebuts de bois et de coupe d’entretien  Pompe à chaleur  Mieux qu’une chaudière à condensation si système performant…  Entre autres : performance de sa source froide dans laquelle elle puise sa chaleur CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 20
  • Production : cogénération  Cogénération  = technologie performante  Simultanément  produit localement de l’électricité  récupère de la chaleur (pour produire de l’eau chaude sanitaire ou tout type de chauffage)  dans les gaz d’échappement du générateur  dans l’eau de refroidissement  dans l’huile de lubrification  Rendement global : meilleur qu’en productions séparées  A envisager :  Si les besoins de chaleur sont importants et assez constants CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 21
  • Production : chaudière(s) en cascade ? Quel que soit le mode de production choisi :  Le système de chauffage doit avoir un rendement élevé (en régime nominal mais aussi à charge partielle)  Si surdimensionnement des équipements :   rendement moyen annuel  impact non négligeable sur la consommation finale du bâtiment Chaufferie collective = plusieurs chaudières en cascade  en mi-saison, ne fonctionnent que le nombre nécessaire d’appareils, avec un rendement plus proche de celui obtenu en régime nominal. Sur une chaudière, brûleur de type modulant  amélioration du rendement à charge partielle CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 22
  • Chauffage : distribution  Conception de la distribution du système de chauffage ( pertes de chaleur entre chaudière et corps de chauffe)  Isoler les conduites  Impératif d’isoler toutes les conduites de chauffage, y compris les coudes et les vannes :  Se trouvant dans le sol, à l’extérieur ou dans des espaces ne faisant pas partie du volume protégé du bâtiment  Passant dans des locaux du volume protégé mais desservant d’autres locaux et non le local où elles passent  Exigence valable * si diamètre de la conduite est > DN 40 * si longueur totale des conduites de ce type est > 6 m * surtout, si déperditions des conduites sont telles qu’elles entraînent une surchauffe du local traversé  Traversant des locaux où un système de climatisation est prévu CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 23
  • Chauffage : distribution Limiter la consommation des circulateurs  En limitant la longueur des réseaux de distribution  En dimensionnant « largement » les tuyauteries ( les pertes de charge)  En réduisant le débit des circulateurs  Circulateurs électroniques à vitesses variables   adaptation du débit réel dans le circuit au débit nécessaire  élimine le problème de surdimensionnement du circulateur et la surconsommation électrique associée   choix important pour les installations avec chaudières à condensation  car si bonne adéquation des débits aux besoins  optimisation de la condensation et donc du rendement CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 24
  • Chauffage : distribution  Le surcoût engendré par l’installation de tels circulateurs est rapidement remboursé par la  consommation électrique si correctement réglés à la mise en service  En intégrant le fonctionnement des circulateurs à la régulation  Leur temps de fonctionnement peut être réduit de moitié  En arrêtant les circulateurs si chaudières à l’arrêt (en été) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 25
  • Chauffage : distribution  Équilibrer la distribution  Manque de débit dans certains locaux = déséquilibre de linstallation  Équilibrer une installation = freiner leau dans les circuits favorisés  difficulté de passage est la même dans chacune des boucles de distribution  Il s’agit de placer des vannes d’équilibrages :  Au retour des circuits  Sur les émetteurs  Au minimum sur les colonnes et les branches du circuit : vannes munies de prises de pression différentielle permettant de mesurer le débit  Pour obtenir un réglage optimal, l’installation doit être équilibrée par un professionnel CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 26
  • Chauffage : distribution Isolation des vannes et des tuyauteries de chauffage dans un hôpital CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 27
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  • Chauffage : émission  Choix du mode d’émission A privilégier les systèmes fonctionnant à basse t° :  t° moyenne de l’eau du système    rendement de combustion   pertes vers l’ambiance  Proportionnelles à  t° entre chaudière et chaufferie   pertes de chaleur du réseau de distribution   sensation de confort grâce à une plus grande homogénéité des t° dans l’espace  Peu de stratification des t° et pas de fort rayonnement sur une des faces du corps CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 30
  • Chauffage : émission  Radiateurs  Larges (surdimensionnés)   confort nécessaire avec de l’eau de distribution à basse t°   rendement des chaudières à condensation  Pas devant des allèges vitrées  Devant des parois présentant une bonne isolation thermique ou le long des murs intérieurs  supprime entièrement les pertes  Chauffage par le sol  Pour locaux de grande hauteur, sauf  Si locaux occupés de façon intermittente ou profitant d’apports de chaleur variables importants (inconfort, surconsommation)  Isolation, sous le réseau d’eau chaude, renforcée proportionnellement au type d’ambiance trouvée sous le plancher chauffant  Paroi extérieure, vers local non à l’abri du gel, vers local non chauffé à l’abri du gel, vers local chauffé  Pertes vers le bas importante si l’isolation sous le plancher est insuffisante CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 31
  • Chauffage : émission (radiateurs) +70°C CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 32
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) Distribution uniforme (équidistance des spires du serpentin) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 33
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) Répartition des spires selon les zones déperditives du local CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 34
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 35
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol)  Exemple : sol de rez-de-chaussée sur cave  Partie supérieure de la dalle de sol chauffante  Résistance d’échange Ri 0,167 m2K/W  Carrelage terre cuite d=1 cm =0,81 W/mK 0,012 m2K/W  Chape d=5 cm =0,84 W/mK 0,060 m2K/W  Dalle chauffante (béton non armé) d=10 cm au-dessus du serpentin =1,7 W/mK 0,059 m2K/W  TOTAL PARTIE SUPÉRIEURE 0,298 m2K/W CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 36
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol)  Exemple : sol de rez-de-chaussée sur cave  Partie inférieure de la dalle de sol chauffante  Dalle chauffante (béton non armé) d=2 cm en-dessous du serpentin =1,7 W/mK 0,012 m2K/W  Isolation thermique : polystyrène extrudé d=8 cm =0,035 W/mK 2,286 m2K/W  Hourdis de béton armé d=12 cm 0,140 m2K/W  Résistance d’échange Re 0,167 m2K/W  TOTAL PARTIE INFÉRIEURE 2,604 m2K/W CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 37
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol)  Exemple : sol de rez-de-chaussée sur cave  Partie supérieure = 0,298 m2K/W  Partie inférieure = 2,604 m2K/W  Rtotale = 2,902 m2K/W  U = 1/Rtotale = 0,345 W/m2K  Qvers le haut = (40 - 20) / 0,298 = 67,2 W  81,4 %  Qvers le bas = (40 - 0) / 2,605 = 15,4 W  18,6 % CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 38
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol)  Besoins de chaleur pour le dimensionnement du chauffage par le sol  Besoins de chaleur corrigés du local Qc [W] =  QN [W] Besoins de chaleur du local selon NBN B62-003  - Qtrs [W] Pertes par transmission par le plancher sur sol  Besoins de chaleur spécifiques du local Q“c [W] =  Qc / Alocal [W/m2]  où Alocal = superficie du local [m2] CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 39
  • CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 40
  • CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 41
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 42
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 43
  • Chauffage : émission (chauffage par le sol) Calcul du rendement global d’un système de chauffage :  global = production . distribution . émission . régulation Système de chauffage par radiateurs :  global = 0,9 . 0,85 . 0,95 . 0.9 = 0,654 (avec intermittence) Système de chauffage par le sol :  global = 0,9 . 0,9 . 0,9 . 0.85 = 0,620 (avec intermittence)  global = 0,9 . 0,95 . 0,9 . 0.9 = 0,693 (avec occupation continue) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 44
  • Chauffage : émission (convecteurs)  Convecteurs  Suppose une t° de fonctionnement > que radiateurs   pertes de distribution et de production légèrement plus importantes  Ex. : une chaudière à condensation est moins efficace avec des convecteurs  Impossibilité de raccorder des radiateurs et des convecteurs sur un même circuit de distribution  Transmission de chaleur via de lair entraîne inévitablement une certaine stratification des températures   obligation  la t° moyenne de la pièce pour un même confort au niveau des occupants  En conclusion :  Un convecteur est moins cher et moins inerte qu’un radiateur  Il répond rapidement à une variation de charge fréquente (local ensoleillé, local de réunion) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 45
  • Chauffage : régulation  Choix du mode de régulation  Une régulation de qualité de l’installation de chauffage doit permettre :  De tenir compte du confort ressenti dans les différents espaces du bâtiment  Le respect des températures de consigne intérieure, indépendamment des apports de chaleur gratuits  L’intermittence de la fourniture de chaleur en période d’inoccupation  La limitation des pertes de distribution et de production  De tenir compte des modifications rapides des conditions météorologiques CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 46
  • Chauffage : régulation  Régulation de la chaudière  Auparavant Chaudière maintenue sur son aquastat, thermostat d’ambiance agissant sur le circulateur CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 47
  • Chauffage : régulation  Aujourd’hui Température de la chaudière commandée par un régulateur climatique et sonde extérieure CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 48
  • Chauffage : régulation  Régulation de la distribution  Un grand principe : « à chaque zone thermiquement homogène son circuit propre »  Idéalement, le découpage hydraulique coïncidera avec la répartition des locaux ayant des besoins similaires :  Au niveau des plages horaires d’occupation essentiellement  Dans les sollicitations extérieures (soleil, vent…)  découpage par façades  Dans une moindre mesure, au niveau du type d’équipement de chauffage et au niveau de l’inertie du bâtiment  Chaque découpage : régulé comme une entité à part entière CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 49
  • Chauffage : régulation  Choix d’un régulateur ajusté en fonction des sondes de compensation :  Sonde d’ensoleillement (pour un circuit alimentant une façade sud)  Sonde de vent (pour les immeubles de grande hauteur)  Sonde d’ambiance (nécessaire aussi pour gérer l’intermittence avec un optimiseur   Pallie les difficultés de réglage manuel de la courbe de chauffe  Sondes de compensation  Pas utilisées si le circuit de chauffage dessert des locaux d’orientation différente ou avec des apports internes de chaleur différents CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 50
  • Chauffage : régulation  Régulation zonale  La seule régulation par zone en fonction de la température extérieure… ne tient pas compte d’une série d’éléments perturbateurs :  Renouvellement d’air variable du bâtiment en fonction du vent  Apports internes variables en fonction des locaux (occupants, bureautique…)  Apports externes variables (soleil, ombre d’un bâtiment voisin…)  L’impact d’une augmentation des pertes par ventilation sur la température intérieure est immédiat  L’impact d’une diminution de la t° extérieure sur la t° intérieure est lent, du fait de l’inertie du bâtiment  Déséquilibre thermique entre les corps de chauffe CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 51
  • Chauffage : régulation  Régulation de l’ambiance local par local en complément d’une régulation centrale en fonction des conditions extérieures. Cela peut se faire par le placement :  de vannes thermostatiques locales  d’un thermostat d’ambiance Attention : On ne peut pas mélanger dans un même local un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques Vannes thermostatiques CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 52
  • Chauffage : régulation  Les vannes thermostatiques : Rôle : mesurer la t° la plus représentative possible de la t° ambiante  La tête de la vanne, comprenant l’élément thermostatique, ne doit pas être échauffée par le corps de chauffe.  Influences parasites :  Les coins des murs  L’air chaud s’élevant des tuyauteries ou du radiateur (vannes placée verticalement)  Les tablettes ou caches décoratifs (située à moins de 10 cm du radiateur)  Les tentures… CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 53
  • Chauffage : régulation  L’emplacement des capteurs  Le rôle d’un capteur = témoin fidèle... de ce qu’il est censé mesurer ! Ce n’est pas toujours le cas :  Une sonde de température intérieure ne peut être :  Soumise à l’ensoleillement  Influencée par une source de chaleur interne (éclairage, radiateur…)  Placée sur un mur extérieur, ni contre une cheminée  Placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant (dans une niche, derrière une tenture…) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 54
  • Chauffage : régulation  Une sonde de température extérieure :  Placée sur une façade N-O ou N-E s’il n’y a qu’une sonde pour le bâtiment  Placée à une hauteur de 2 m à 2 m 50 au-dessus du niveau du sol ou accessible à partir d’une fenêtre  Ne peut être soumise à l’ensoleillement direct  Ne peut être placée contre une cheminée, ni au-dessus d’une fenêtre, ni au-dessus d’une sortie de ventilation CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 55
  • Chauffage : régulation  L’intermittence et la dérogation  Pratiquer lintermittence de chauffage en fonction de loccupation ne peut conduire quà une économie dénergie  Le fonctionnement correct de l’optimiseur est lié :  A la bonne conception des circuits hydrauliques  A l’emplacement correct des sondes d’ambiance  A la prise en compte de la puissance réellement disponible pour la relance  A la gestion de la vitesse des circulateurs électroniques  Si conditions non remplies :  L’optimiseur ne pourra calculer le moment de la relance  Risque d’anticiper tellement la relance que le ralenti disparaîtra CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 56
  • Chauffage : régulation  La gestion des dérogations  Possible au niveau des régulateurs mais confiée à un minimum de personnes responsables  Rôle : étendre la durée de fonctionnement de l’installation en dehors des heures d’occupation normales  Il est important que le système se remette de lui-même en fonctionnement automatique après un temps déterminé (par exemple 2 heures)  Une dérogation dont la fin serait gérée manuellement par les occupants risque rapidement de conduire à des oublis CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 57
  • Chauffage : régulation  Gestion technique et centralisée (GTC)  La GTC contribue à améliorer :  Gestion des équipes de maintenance  Gestion énergétique des installations (consulter les historiques)  Cependant, la GTC  Loin dêtre bon marché  Ne fait pas encore partie des systèmes dit "ouverts" où la communication entre divers équipements issus de fabricants différents n’est pas aisée voire impossible CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 58
  • Sommaire Chauffage Eau chaude sanitaire Biomasse CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 59
  • Eau chaude sanitaire : réduction des besoins  Concilier des objectifs « inconciliables », à savoir :  Réduire les déperditions thermiques au niveau de la production et du stockage  Limiter la t° de production  Choisir des systèmes avec de bons rendements et des ballons garantissant des constantes de refroidissement faibles (bonne isolation)  Exploiter les énergies renouvelables : notamment par l’utilisation du solaire thermique à compléter par une autre source d’énergie  Réduire les consommations électriques des pompes de distribution CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 60
  • Eau chaude sanitaire : réduction des besoins  Réduire les déperditions thermiques au niveau de la distribution  Le rapprochement entre la production et les points de puisage permet de :  Limiter les déperditions   quantité d’eau stagnante dans les tuyauteries et inutilement chauffée   consommations d’eau et d’énergie  Donner une réponse plus rapide aux besoins  Par ailleurs : nécessaire de renforcer l’isolation des canalisations  Réduire les volumes deau inutilement soutirés  Robinets à fermeture automatique temporisée ou à détection dans les bâtiments tertiaires  Mitigeurs thermostatiques… CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 61
  • Eau chaude sanitaire : réduction des besoins  Limiter les risques d’entartrage et de corrosion  Prévenir le risque de prolifération de bactéries indésirables (Pseudomonas, Legionella)  Eau chaude produite à 60°C  Maintenue  55 °C en tout point du réseau principal  Dans un système de distribution avec recirculation  t° de retour : jamais < 55 °C  Réduire au maximum les « bras morts » (zones de stagnation de leau)… CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 62
  • Eau chaude sanitaire : réduction des besoins  Réducteurs de débits  Consommation dénergie = d’abord quantité deau utilisée, avant la t°   Régler débit deau nécessaire puis adapter la t° souhaitée   Privilégier une robinetterie capable :  D’optimiser rapidement la t° désirée (mitigeur thermostatique par exemple)  et de contrôler le puisage en fonction de la présence de l’utilisateur  Il existe également des robinets à blocage limitant le débit par paliers pour n’utiliser que le débit nécessaire à l’usage du moment CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 63
  • ECS : distributionCHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 64
  • Eau chaude sanitaire : rendement systèmes  Rendement des systèmes disponibles sur le marché :  Valeurs du rendement global annuel proposées par le VITO, dans le cadre d’un programme de recherche (SAVE BELAS) évaluant les systèmes résidentiels  Hypothèses :  Demande journalière d’ECS = 43 litres/personne à 40°C pour une famille de 4 personnes  Volume de stockage (quand il existe) = 150 litres  Rendement moyen de la production d’électricité en Belgique = 0.38  Facteur de conversion de l’énergie finale à l’énergie primaire, tel que repris dans les réglementations belges PEB :  = 1 pour le gaz ou le mazout  = 2.5 pour l’électricité (ici 1/0.38 = 2.63)  = 0.8 pour la biomasse CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 65
  • Eau chaude sanitaire :rendement systèmes Global efficiency of DHW systems including production, distribution and storage, in final energy Efficiency (in final energy) Thickness of 2.5 cm 5 cm 10 cm insulation (if tank) Old boiler at constant t° 0.46 0.52 0.56 Tank in boiler (one New boiler at constant t° 0.61 0.69 0.74 shared envelope) New boiler at floating t° 0.69 0.78 0.83 Old boiler at constant t° 0.41 0.48 0.54 Tank combined to a boiler (two separate New boiler at constant t° 0.54 0.64 0.72 envelopes) New boiler at floating t° 0.61 0.72 0.81 Instantaneous gas heater 0.9 (combined or not with heating) Gas heater with storage tank 0.69 0.78 0.83 Electrical heater with storage tank 0.76 0.87 0.93 CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 66
  • Eau chaude sanitaire :rendement systèmes production,Global efficiencystorage, in primary energy distribution and of DHW systems including Efficiency (in primary energy) Thickness of 2.5 cm 5 cm 10 cm insulation (if tank) Old boiler at constant t° 0.46 0.52 0.56 Tank in boiler (one New boiler at constant t° 0.61 0.69 0.74 shared envelope) New boiler at floating t° 0.69 0.78 0.83 Old boiler at constant t° 0.41 0.48 0.54 Tank combined to a boiler (two separate New boiler at constant t° 0.54 0.64 0.72 envelopes) New boiler at floating t° 0.61 0.72 0.81 Instantaneous gas heater 0.9 (combined or not with heating) Gas heater with storage tank 0.69 0.78 0.83 Electrical heater with storage tank 0.29 0.33 0.35 CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 67
  • Eau chaude sanitaire : préchauffage solaire CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 68
  • Eau chaude sanitaire : préchauffage solaire CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 69
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Principes  L’énergie solaire est convertie directement en chaleur  récupérée grâce à un fluide caloporteur qui s’échauffe en circulant dans un absorbeur  Pour chauffage, pour eau chaude sanitaire ou les deux  Pour réchauffage des eaux de piscines  Pour la production de froid, notamment par couplage du système solaire avec un groupe frigorifique à absorption  Sous nos latitudes, l’énergie solaire est collectée  75 % entre avril et septembre  25 % entre octobre et mars CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 70
  • Annual radiation Slope (%)Example [Source : Schüco] CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 71
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Orientation des capteurs  Entre le S-E et le S-O et inclinés de 25° à 60° par rapport à l’horizontale  Plein E ou plein O entraîne une perte de rendement des capteurs d’environ 20 %  Au-delà (N, N-E, N-O), les rendements chutent rapidement  Par an : 1 m² de surface horizontale reçoit 1.000 kWh, soit l’équivalent de 100 litres de fuel CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 72
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique Les capteurs solaires plans ou tubulaires ?  2 grandes catégories de capteurs :  Les capteurs plans  surface plane absorbant la chaleur, au dessus de laquelle est éventuellement placée une vitre  Les capteurs tubulaires  tubes en verre dans lesquels on a fait un vide dair  La différence principale entre ces types de capteurs = qualité disolation thermique obtenue :  Une forte isolation thermique limite les pertes du capteur vers lair environnant  Lintroduction dune vitre améliore lisolation, mais renvoie une partie des rayons solaires en les réfléchissant CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 73
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Les capteurs les plus "haut de gamme"  catégorie tubulaire  La forme tubulaire permet de réaliser un vide dair, au contraire de la forme plane  Dont la vitre ne résisterait pas à la pression atmosphérique (on peut néanmoins penser à mettre un autre gaz, comme dans un double vitrage à haut rendement)  Le vide dair sert à lisolation thermique entre labsorbeur (le matériau qui capte la chaleur) et lair ambiant  Les capteurs tubulaires  = meilleur rendement dans les moins bonnes conditions, càd :  Énergie solaire relativement faible et/ou t° extérieure basse  En été, moins performants que certains capteurs plans mais rendement annuel global plus élevé que les capteurs plans CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 74
  • CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 75
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Les capteurs plans  Généralement moins chers  Rendement > capteurs tubulaires dans les conditions faciles :  Fort ensoleillement et  de t° absorbeur - air ambiant modeste  rapport coût/performance  le plus utilisé actuellement CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 76
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 77
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Chauffe-eau solaire  Principe de fonctionnement  Un capteur solaire thermique (1) transforme le rayonnement solaire en chaleur grâce à un absorbeur (un corps noir caractérisé par des propriétés d’absorption très élevées et d’émissivité très basses). L’absorbeur transfère la chaleur à un fluide caloporteur circulant au travers de chacun des capteurs. CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 78
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Cette chaleur est acheminée par le fluide caloporteur vers le(s) ballon(s) de stockage (2). Un circulateur (3) fait circuler le fluide caloporteur entre les capteurs et le ballon de stockage. Ce circulateur s’enclenche automatiquement par la régulation (4) lorsque la température du fluide à la sortie des capteurs est supérieure à la température de l’eau sanitaire dans le bas du réservoir de stockage. CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 79
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  En cas d’ensoleillement insuffisant, une source d’énergie d’appoint (5) porte l’eau préchauffée à la température souhaitée. Cet appoint peut être réalisé par une chaudière, un chauffe-eau instantané ou une résistance électrique. CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 80
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Exemple d’installation domestique  Consommation d’eau chaude considérée :  45 litres à 45 °C par personne et par jour  Fraction solaire utile : 55 % Soit la fraction de l’énergie utile qui n’est pas fournie par l’appoint  Rendement annuel d’exploitation du chauffage d’appoint de l’eau sanitaire : 75 % (à ne pas confondre avec le rendement de combustion de la chaudière qui peut être supérieur à 90 %!)  Ballon de stockage “bi-énergie” (solaire + appoint) NB : chauffage solaire pour les piscines de particuliers  succès grandissant CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 81
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Potentiel à exploiter dans le secteur tertiaire  Plus la consommation d’eau chaude est élevée, plus l’installation solaire est grande, et meilleure est sa rentabilité  Le coût au m² d’une installation est inversement proportionnel à la surface installée  En Belgique  hôpitaux, piscines et établissements d’accueil social (maison de repos, centre d’accueil pour personnes handicapées...)  Les établissements offrant un potentiel certain pour les applications solaires thermiques se concentrent dans ces trois groupes  Potentiel intéressant  grands hôtels, centres de vacances, immeubles de plus de 15 logements, restaurants d’entreprise… CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 82
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Systèmes solaires combinés  Production d’eau chaude sanitaire et de chauffage des locaux  essentiellement dans le secteur résidentiel  Cette technique convient surtout aux nouvelles constructions lorsqu’elles sont particulièrement économes en énergie  En Belgique, l’ensoleillement ne suffit pas à couvrir totalement le besoin énergétique nécessaire au chauffage en toute saison   complément par un système de chauffage classique (appoint fourni par la chaudière)  Le chauffage à basse t° par rayonnement des parois (ou des radiateurs surdimensionnés) :  Bien adapté à l’utilisation de l’énergie solaire  L’installation d’un système solaire combiné : pas une démarche standardisée  Chaque projet doit faire l’objet d’une étude adaptée CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 83
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Avantages du solaire thermique  Technologies aisément maîtrisables et adaptables aux situations de toutes les régions  Techniques et matériaux utilisés : similaires à ceux employés dans le secteur traditionnel  du chauffage, du sanitaire et des verrières  Main dœuvre : formation complémentaire aisément maîtrisable  Forme modulable de production dénergie que lon peut adapter en fonction de ses besoins  Frais de maintenance réduits CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 84
  • Eau chaude sanitaire : solaire thermique  Inconvénients du solaire thermique  Variable dans le temps  Sous les climats tempérés, variation importante en fonction des saisons  stocker cette énergie  disposer d’une source d’énergie d’appoint  Énergie diffuse  La puissance disponible par unité de surface est relativement limitée CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 85
  • Coût annuelSourc e : O . L ESAGE, P . N IES, Production d’eau chaude, un choix qui compte, in T es tA c hats n°5 41, A vril 2 010, pp. 44 à 48 CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 86
  • Sommaire Chauffage Eau chaude sanitaire Biomasse CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 87
  • La biomasse  = ensemble de toutes les matières premières renouvelables d’origine végétale ou animale destinées à des utilisations non alimentaires  En Europe : une centaine d’espèces végétales peuvent être utilisées pour la fabrication de produits non alimentaires et pour la création d’énergie  Valorisation énergétique de la biomasse   3 formes dénergie utile, en fonction du type de biomasse et des techniques mises en œuvre :  La chaleur  Lélectricité (ou les deux combinées en cas de cogénération)  La force motrice de déplacement (les biocarburants) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 88
  • La biomasse  La biomasse peut provenir :  Des forêts  De l’agriculture  De la filière déchets  Les forêts et les industries de première transformation du bois  = principales sources d’approvisionnement en combustibles biomasses solides  Grande variété de biocombustibles aux caractéristiques propres  Bûches, écorces, bois déchiqueté et plus récemment granulés  Les granulés  grand potentiel de développement au niveau mondial grâce à la densité et à la normalisation de ce combustible, qui peut être produit par diverses biomasses CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 89
  • La biomasse  L’agriculture  = source de produits connexes, telles les déjections animales et la paille  Cultures énergétiques menées :  soit en cultivant les mêmes variétés (colza, blé, maïs, etc.) mais détournées de leur usage habituel  soit en cultivant de nouvelles espèces (peuplier, saule, miscanthus, etc.)  Les déchets biodégradables  Plusieurs aspects :  Fraction organique de déchets ménagers  Déchets de bois  Combustibles tirés des déchets  Boues d’épuration  ... CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 90
  • La biomasse  Chaque ressource biomasse se caractérise par :  Sa granulométrie  Son taux d’humidité  Son pouvoir calorifique  Son taux de cendres  Technologies de conversion en énergie appropriées à chacune d’entre elles (réactions chimiques, thermiques et/ou biologiques) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 91
  • La biomasse  On peut donc classer les bioénergies selon leurs finalités :  Production de chaleur :  La combustion de la biomasse pour la production de chaleur = mode de transformation le plus répandu à l’échelle de la planète   avec une recherche constante :  de la meilleure efficacité  de la réduction des rejets atmosphériques  Plusieurs systèmes existent et se différencient de par leur taille  Il est également possible de produire de la chaleur à  grande échelle grâce à la cogénération   fournit de la chaleur sous forme de vapeur pour certains procédés industriels et peut servir à alimenter des réseaux de chaleur CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 92
  • La biomasse  Production d’électricité :  = combustion suivie d’un cycle de transformation en vapeur d’eau  La « co-combustion » de biomasse et de charbon est un mode de production d’électricité également répandu en Belgique  Apparition de nouvelles techniques, telles que :  Les centrales ORC (Organic Rankine Cogeneration) mettant à profit le cycle organique de Rankine  Le biogaz issu de la fermentation anaérobique est principalement utilisé sur site pour des applications de cogénération  Les résidus liquides et solides issus de ce procédé sont le plus souvent utilisés comme engrais pour fertiliser les terres agricoles CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 93
  • La biomasse  Biocarburants :  Les methyl-esters obtenus à partir des huiles végétales (biodiesel) sont utilisés :  soit en mélange avec le diesel d’origine (concentration < 5 %)  pas de modification des moteurs  soit purs  adaptations : de + en + de fabricants de voitures prennent en compte le biodiesel  Les huiles végétales  Utilisées en mélange ou pures à condition de modifier un peu les moteurs  L’éthanol = fermentation de plantes sucrières, suivie d’une distillation  Utilisé dans des moteurs à essence en mélange < 10%, en mélanges plus concentrés dans des véhicules FFV (Flexible Fuel Vehicle) ou pour des moteurs adaptés  Possibilité de produire des biocarburants à partir de biogaz amélioré (méthane)  Les possibilités de production à partir de bois sont à l’étude CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 94
  • La biomasse  La biomasse se différencie nettement des autres formes d’énergie renouvelable par 2 caractéristiques :  Elle est stockable  Susceptible de produire de lénergie quand on en a besoin  Elle permet de produire toutes les formes dénergie utile  Chaleur, électricité, biocarburants  Les autres énergies renouvelables sont mono-produit :  PV, éolien et hydraulique : électricité  Solaire thermique : chaleur CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 95
  • Biomasse : Bois - énergie Les différentes formes du combustible bois  La bûche  Forme de bois la plus utilisée par les particuliers  Combustion efficace si bois suffisamment sec   stockage de deux ans est requis afin de réduire la proportion d’eau à moins de 20 %  L’utilisation d’un bois trop humide provoque une combustion incomplète, peu rentable et polluante  La bûche est commercialisée par stère (un stère est un empilement de 1 m x 1 m x 1 m de bûches) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 96
  • Biomasse : Bois - énergie Les plaquettes de bois ou chips  = copeaux de taille de  3 cm obtenus par déchiquetage de branches, de sous-produits de l’industrie du bois…  Qualité et stockage dépendent de l’humidité du bois ( 30 %)  Double avantage par rapport aux bûches  Autorise l’alimentation automatique des chaudières  Prix sensiblement moins élevé  Inconvénient  Foisonnement  volume plaquettes ou chips = 1,5 volume bûches CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 97
  • Biomasse : Bois - énergie  Les granulés ou pellets de bois  = petits morceaux cylindriques faits de sciure bois comprimée et non traitée, ayant un diamètre de 5 à 15 mm (la plupart entre 6 et 8 mm) et une longueur de 10 à 20 mm  Le procédé n’inclut aucun additif chimique, l’agent liant étant la lignine naturelle du bois CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 98
  • Biomasse : Bois - énergie  Leur petite dimension et leur surface lisse leur procure une grande fluidité permettant l’entière automatisation des installations de production d’énergie  Les pellets ont un taux de cendre (< 1%) et une humidité (< 10 %) très faibles  Prix pellets > prix plaquettes  Mais valorisent d’autres sous-produits de l’industrie du bois  Occupent moins de place que les plaquettes CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 99
  • Biomasse : Bois - énergie  2 kg de granulés = 1 litre de mazout = 10 kWh  1 palette de 1.000 kg de granulés = 4,5 stères de boisConsommation Mazout Chêne Peuplier, pin Pellets sacs de 15 kWh litres m³ m³ m³ kg kg 50.000 5.000 23 41 17 737 11.055 33.000 3.300 15 27 11 477 7.155 21.000 2.100 10 17 7 303 4.545 10 1 2,2 4.620 462 2,2 3,7 1,5 66,7 1.000 Sourc e : D ossiers du C STC n°3/2010 CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 100
  • Biomasse : Bois - énergie  Le chauffage central au bois  = chauffage d’une habitation par un système centralisé  Selon le même principe que chauffage central au gaz ou au mazout  Les gaz de combustion chauffent un fluide caloporteur (le plus souvent de l’eau), circulant dans un réseau de canalisations  La chaleur ainsi véhiculée est ensuite restituée dans les différentes pièces de l’habitat par système d’émission de chaleur (radiateurs, chauffage par le sol…) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 101
  • Biomasse : Céréales - paille - énergie  Chauffage aux céréales (aussi bien grain que paille)  Depuis 25 ans  répandu dans les pays d’Europe du Nord  Au Danemark notamment :  10.000 chaudières  De plus grosses unités (de 0,5 à 10 MW) : pour chauffer plusieurs habitations voire même des quartiers entiers par l’intermédiaire de réseaux de chaleur  Expérience positive des pays du nord de l’Europe :   de telles filières peuvent être développées  la technologie est mature  Il existe  marques de chaudières disponibles sur le marché répondant aux normes européennes en vigueur  Chez nous : quelques personnes se chauffent déjà aux céréales, mais leur nombre est encore très faible CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 102
  • Biomasse : Biométhanisation  Principe  = dégradation de matière organique  En absence doxygène (milieu anaérobie)  A labri de la lumière par laction combinée de micro- organismes  Matières utilisées  Effluents d’élevage (lisier, fumier, purin…)  Matières organiques (tontes de pelouse, ordures ménagères…)  Technique produisant un mélange gazeux appelé biogaz  Le biogaz obtenu va alimenter un moteur  Le moteur entraîne une génératrice qui va produire de l’électricité et de la chaleur (cf. « 4.11 La cogénération ») ou uniquement de l’eau chaude avec une chaudière adaptée CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 103
  • Biomasse : Biométhanisation  Lélectricité (dite verte) est  Soit consommée par lexploitation  Soit envoyée sur le réseau  La chaleur produite par le moteur  Sert à chauffer le digesteur  Utilisée pour chauffer  Un bâtiment agricole (étable, porcherie …)  Voire des habitations et autres collectivités (bâtiments communaux, piscine, etc.) grâce à un réseau de chaleur  Le produit résiduel de la biométhanisation = biodigestat  Valorisé, selon les réglementations régionales, comme amendement organique sur les terres agricoles  L’épandage est autorisé en Wallonie  Pas en Flandre  le biodigestat doit être traité  Zone protégée pour les nappes phréatiques CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 104
  • Principe de labiométhanisation CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 105
  • Biomasse : Biométhanisation  Avantages de la biométhanisation  Production d’énergie thermique et électrique :  L’énergie thermique peut-être utilisée pour couvrir les besoins énergétiques en chauffage pour habitation, immeubles collectifs…  L’électricité produite, dite électricité verte, peut être autoconsommée ou revendue  Diminution des émissions de gaz à effet de serre :  Lors de la biométhanisation, le méthane, qui est 21x plus nocif que le CO2, n’est plus libéré de façon incontrôlée dans l’atmosphère  Une double économie est réalisée  en récupérant le méthane  en évitant les émissions de CO2 résultant de la combustion d’énergie fossile CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 106
  • Biomasse : Biométhanisation  Amélioration de la valeur agronomique :  Le traitement par digestion anaérobie d’un effluent d’élevage  sensiblement sa charge polluante   risques de pollution lors de son rejet en milieu naturel  De plus, la biométhanisation « stabilise » l’effluent en éliminant les « nuisances » :  sanitaires (germes pathogènes)  olfactives (ce qui constitue un avantage indéniable, surtout lors de l’épandage sur culture ou prairie) CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 107
  • Biomasse : Biométhanisation  Inconvénients de la biométhanisation  Principal inconvénient : lourdeur des investissements à consentir : restent dissuasifs malgré les frais de fonctionnement très faibles ( 2 % de l’investissement)  Le biogaz est hautement inflammable et nécessite, de ce fait, un certain nombre de mesures de sécurité  La biométhanisation ne constitue pas une solution définitive aux problèmes de la charge polluante des élevages  En effet, les excédents en azote et phosphate provenant des élevages ne sont pas éliminés et le volume des effluents n’est diminué que 10 à 20 % CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 108
  • Biomasse : cogénération  La production d’électricité (nucléaire ou thermique) et son transport  = rendements très bas, de l’ordre de 30 %  L’intérêt de la cogénération  Récupérer les énormes pertes de chaleur lors de la production, à des fins thermiques  Produire simultanément de l’électricité et de la chaleur  Avantage  Meilleur rendement total pour une même puissance délivrée en chaleur et en électricité que si productions séparées  moins de combustible pour produire la même quantité dénergie CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 109
  • Biomasse : cogénération  Pour produire 350 kWhé délectricité et 530 kWhq de chaleur :  1 unité de cogénération au gaz  Rendement électrique de 35 % Rendement thermique de 53 %  va consommer 1.000 kWhp dénergie primaire  Filières séparées  Meilleure centrale électrique (Turbine Gaz Vapeur)  Rendement de 55 % : va consommer 636 kWhp dénergie primaire  Meilleure chaudière  Rendement annuel de 90 % : va consommer 589 kWhp dénergie primaire  total filières séparées = 1.225 kWhp dénergie primaire  Le gain en énergie primaire engendré par la cogénération au gaz est de 225 kWh pour 1.225 kWh, soit une réduction de plus de 18 % par rapport à la consommation totale d’énergie primaire CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 110
  • Biomasse : cogénération CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 111
  • Biomasse : cogénération  Systématiquement penser à l’installation de cogénération pour des opérations  D’une certaine taille  Chaque fois qu’il y a des besoins élevés et simultanés en électricité et en chauffage (besoins permanents)  Hôpitaux, maisons de retraite, hôtels…  Habitations  Aux besoins intermittents (écoles ou bureaux), des regroupements peuvent permettre de réunir des conditions favorables CHIM0622 – 2. Usages des énergies fossiles et de la biomasse – 26/09/12 112