Présentation "Valoriser la Chaleur en Industrie"

MARDI 25 AVRIL 2017
VALORISER LA CHALEUR EN
INDUSTRIE
Animation du colloque par Philippe de Bussy - https://www.force8conseils.com/

 Comprendre la chaleur fatale
 Partages d’expériences
Pause
 Solutions et innovations
 Financements et accompagnements
Déjeuner
 Visite de SOCOMEC

Introductions officielles
ADEME GRAND EST
M. CHRISTOPHE REIF
COORDINATEUR DU PÔLE ÉCONOMIE CIRCULAIRE
christophe.reif@ademe.fr

Introductions officielles
REGION GRAND EST
MME MARIANNE HORNY
CONSEILLÈRE RÉGIONALE

Accueil par SOCOMEC
ACTIVITÉS ET DÉMARCHE
GLOBALE D’EFFICACITÉ
ÉNERGÉTIQUE DE L’ENTREPRISE
M. GILLES ROCCHIA
DIRECTEUR INNOVATION
gilles.rocchia@socomec.com

Performance Energétique:
les enjeux pour Socomec
Gilles ROCCHIA Directeur Innovation Groupe

Présentation SOCOMEC
Colloque CLIMAXION 25 Avril 2017
77
 Qui sommes nous
Métiers de Socomec
Contexte Marché
Retour expérience SmartGrid
Retour expérience SmartBuilding
Et demain
Sommaire

8
Groupe SOCOMEC
La force d’un spécialiste
Un constructeur
indépendant offrant
des solutions expertes
pour la performance
énergétique des réseaux
électriques BT
“
”

9
Groupe SOCOMEC
Chiffres clés
sites de production
9 filiales
27
ans
95
références produit
18 000
clients
30 000
collaborateurs
3 100
M€ CA
467

10
Groupe SOCOMEC
4 expertises
Power Control & Safety
Contrôler l’énergie et protéger
les personnes et les biens
Energy Efficiency
Améliorer la performance énergétique
des bâtiments et des installationsCritical Power
Assurer aux applications critiques
la disponibilité d’une énergie de haute qualité
Expert Services
Être à vos côtés pour vous garantir
une énergie disponible, sûre et efficace

11
Groupe SOCOMEC
Critical Power
Redresseurs
ASI avec transformateur intégré
Alimentation Sans Interruption (ASI)
à haut rendement
ASI industrielles pour environnements contraignants
Systèmes de transfert statique (STS)
ASI bureaux et rack 19’’
ASI modulaires et évolutives
Services et formation

12
Groupe SOCOMEC
Power Control & Safety
Interrupteurs-sectionneurs
Commutation de source
Enveloppes et systèmes
Protection
Interrupteurs-sectionneurs-fusibles

13
Groupe SOCOMEC
Energy Efficiency
Systèmes de compensation d’énergie réactive
Capteurs de mesure
Logiciels de gestion d’énergie
Compteurs d’énergie
Centrales de mesure
Services & formation

14
Groupe SOCOMEC
Expert Services
 Maintenance préventive
 Service d’astreinte 24h/24 et 7j/7
 Packs services et maintenance
 Location d’ASI
 Système de surveillance à distance
LINK-UPS
 Remplacement des pièces d’usure
 Entretien de la batterie
 Visite d’inspection et d’essai des
inverseurs de source
 Maintenance multimarque
Conseil, déploiement et formation
Prévention et intervention
 Démarche d’amélioration continue
 Gestion de la fin de vie des équipements
 Renouvellement des équipements
 Conseils techniques pour vos projets
 Mise en service & tests sur site
 Formation technique
 Audit de la qualité d’alimentation
 Imagerie thermique
 Plan de mesures électriques
 Compensation de l’énergie réactive
 Contrôle de l’isolement
 Contrôle du calibrage
Optimisation
Mesure et analyse

1515
 Qui sommes nous
Métiers de Socomec
Contexte Marché
Et demain
Sommaire

16
Contexte
Quelques éléments clés
 Lutter contre le réchauffement climatique
 Diminuer la production des gaz à effet de
serre
 Réduire l’usage des énergies fossiles
 Promouvoir les énergies renouvelables
 Préserver les ressources naturelles
 Développement Durable
 Concilier écologie, social et économique
Plan Climat Europe
3 x 20 d’ici 2020

17
Contexte
Prospective: Vision Long Terme
 Convergence entre l’énergie et les NTIC pour une
architecture intelligente distribuée.

1818
 Qui sommes nous
Métiers de Socomec
Contexte Marché
Et demain
Sommaire

19
Smart Grid
Réseaux Electriques Intelligents
 Faciliter l’intégration de la
production électrique
décentralisée .
 Anticiper les défaillances et
sécuriser
l’approvisionnement
 Fournir au consommateur un plus grand choix de services en
favorisant sa participation à l’optimisation du réseau électrique.
 Réduire l’impact environnemental du système électrique dans son
intégralité.
 Optimiser les renforcements nécessaires du réseau électrique.

20
Smart Grid
Solution: Optimisation des infrastructures
Gestion intelligente de l’équilibre Production – Consommation
à l’échelle du quartier pour :
• Réduire l’intensité dans les câbles électriques
• Éviter des travaux de renforcement du réseau
• Stabiliser la tension et la fréquence du réseau
Poste
électrique Intensité

21
Cas d’études
 Optimisation de l’intégration massive de production PV sur un réseau de distribution.
 Validation de l’ilotage basse tension d’un quartier industriel.
 Gestion de 3,5 MW de flexibilité (Délestage de charges + Actifs de stockage)
 Evaluation du rôle de Consom’acteur des abonnées au sein du réseau de distribution.
Principaux
Chiffres
Sponsors Commission Européenne
Partenaires
ADEME
(Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie)
Un Quartier Solaire Intelligent !
ans de
projet
5
M€ de
budget
30
Clients
participant
300
MW de
stockage
1.3
heures
d’ilotage
5MWc de
production
PV
2.5

22
Localisation des expérimentations

23
 En mode connecté réseau gestion des pics de
consommation et de production grâce au stockage.
 En mode déconnecté, le réseau basse tension fonctionne
de façon autonome avec l’énergie des batteries et l’énergie
photovoltaïque produite localement.
Energy Storage Solution
Innovation : Micro-Grid résilient
1
1 2
2

24
+ -
I / U
I
+ -
II+ -
II / U
UPS PV inverter
On grid energy storageOn/off grid energy storage
Energy Storage Solutions
la conversion de Puissance

25
Micro réseau hybrides / Sites isolés / Réseaux défaillants Réseaux & Villes intelligentes / Support réseaux
Bâtiment intelligent / Gestion d’énergie aval compteur Gestion des production d’énergie renouvelable
Energy Storage Solutions
4 applications principales pour le stockage
Réduire les pics &
maximiser l’autoconsommation
Assurer la disponibilité d’une
énergie de qualité
Eradiquer les problématiques de
congestions des réseaux
Prévoir les productions
d’énergies renouvelables

2626
 Qui sommes nous
Métiers de Socomec
Contexte Marché
Et demain
Sommaire

27
Un bâtiment Intelligent capable d’optimiser ses flux
d’énergie en fonction du contexte
LA PRODUCTION
PHOTOVOLTAIQUE
LE STOCKAGE D’ÉNERGIE
L’EFFICACITÉ
ÉNERGÉTIQUE
LA GESTION DE L’ÉNERGIE &
LA CONNEXION AU
RÉSEAU

28
Bâtiment intelligent:
Démonstrateur SolEnBat
 Objectifs:
 Maximiser l’utilisation des énergies renouvelables dans le
bâtiment et optimiser les flux d’énergie
 Valider le concept sur bâtiment neuf et existant
 Partenaires:
Budget : 4M€
Démonstrateurs : 4
Planning : 2013- 2016

29
Bâtiment intelligent
Démonstrateur bâtiment CIL
2270m2, 180P,
CEP < 65kWh/m2/y
RT 2012
Pompe à chaleur
Éclairage Led,
Building Management system
PV: 50kWc
Stockage: 66kW/100kWh

30
Bâtiment CIL
Plan de Comptage
Local
PAC
RDC Etage1 Etage2
Tableau Géneral Basse Tension (sous-sol)
Sous-sol
Eau chaude
Sanitaire
Eclairage
Prises de
Courant
Pompes A
Chaleur sur
nappe
phréatique Par étage
Eclairage (x3) : nord, sud, utilités
PDC (x2) : informatique est et ouest
Divers
Arrivée générale
Local
CTA
Centrale de
Traitement
d’Air
Divisionnaires
RT 2012 = 5 usages pris en compte : chauffage, production d’eau chaude
sanitaire, refroidissement, éclairage, auxiliaires (ventilateurs, pompes)

31
Bâtiment CIL
Optimisation & Contrôle des consommations
 Analyse de la consommation
kWhepkWhep
Après 4 mois d’analyse
et d’optimisation,
réduction de
consommation de
40%
DIRIS Digiware
HyperView Energy monitoring software
Avant optimisation
Après optimisation

32
Bâtiment CIL
Valorisation du stockage d’énergie.
 Augmenter les revenus du stockage d’énergie avec de
nouveaux usages:
 Auto-consommation
 Réduction Abonnement
 Effacement
 Participations aux
services systèmes
Source: RTE, Prix spot bourse 19/01/2017

33
Bâtiment Smart Grid Ready
Moteur D/R Prédiction productionGestion Tarif
D/R services Manager
du Quartier
Arbitrage
multi sites
Fournisseurs
Energie
Smart City
Microgrid
Optimisation Tarif
Agrégateurs
Gestionnaires de réseau
Bâtiment Flexible
Flexibilité dans la
consommation
Production
locale
Stockage
énergétique
Bâtiment Efficace
GTB
Monitoring des
énergies Bâtiment
Consommer moins
Consommer
mieux
Prédiction consommation
Et Demain
Modèle de Bâtiment acteur de flexibilité

34
Gilles ROCCHIA Directeur Innovation Groupe
gilles.rocchia@socomec.com

Chaleur fatale, de quoi parle-t-
on?
ENJEUX ET POTENTIELS DE
RÉCUPÉRATION DE CHALEUR
DANS L'INDUSTRIE
MME MARIE-CHRISTINE
DORST
INGÉNIEUR ÉNERGIE INDUSTRIE
marie-christine.dorst@ademe.fr

Il s’agit de chaleur résiduelle issue d’un procédé et non utilisée par celui-ci
La chaleur fatale industrielle
Définition

Evaluation Nationale: Etude ADEME / CEREN 2015
 Cible industrielle:
• ensemble des industries de plus de 10 salariés pour tous les
secteurs (chimie, agroalimentaire, métaux, sidérurgie, verre,
cimenteries…) répertoriées par la base CEREN,
• soit plus de 7000 établissements
• pour 130 secteurs d’activité
 3 filtres de sélection, pour une évaluation de gisements optimale:
1. S’attaquer aux procédés les plus énergivores: fours, séchoirs,
chaudières
2. Viser les rejets les plus accessibles: fumées et buées
3. Se concentrer sur les niveaux de T° les plus efficaces: > à 100°C

Caractéristiques du gisement national
¾ du gisement sur 4 grands secteurs d’activité:

Caractéristiques du gisement national
 50% du gisement se situe entre 100 et 200°C:

Un gisement hétérogène selon les régions
5 régions industrielles
concentrent plus de 50%
du potentiel national:
- Nord - Pas de Calais
- PACA
- Haute Normandie
- Rhône-Alpes
- Lorraine
Un rapport 10 entre la région
contribuant le plus au potentiel
de chaleur perdue dans
l’industrie (Nord - Pas de
Calais) et celle y contribuant
le moins (Languedoc –
Roussillon)

Zoom Grand Est
Répartition par secteur
industriel et ancienne région
du Grand Est

Zoom Grand Est
Gisement chaleur fatale
Grand Est
8,6 TWh
soit 17% gisement français
Gisement prépondérant
en agroalimentaire
et dans la chimie*
(valeur mini car chimie dans
« autres » en Champagne
Ardenne, secret statistique)

Une offre pour les réseaux de chaleur
Potentiel maxi de
10,2 TWh France
dont 1,6 TWh Grand Est
à proximité des réseaux de
chaleur existants
 Soit environ 20 % du
gisement de chaleur fatale
industrielle
 Correspondant à 40% de
l’énergie délivrée par les
réseaux de chaleur en
France en 2012 (25 TWh/an)
Gisement total y compris la
valorisation interne

Brochure « la chaleur fatale industrielle »
En savoir +
En savoir + http://www.ademe.fr/mediatheque
N° 8845 (mars 2015)
Nouvelle étude en cours
Avec
• élargissement des secteurs
autres que industriels
• élargissement gisement < 100°C
• Zoom sur 3 secteurs
chimie, verre, tuiles/ briques
Finalisation courant 2017

Pour en savoir plus:
www.ademe.fr/fondschaleur
Système de Management de l’Energie / études de faisabilité:
www.ademe.fr/energie-dans-votre-atelier
Technologies de récupération d'énergie: site ADEME-CETIAT dédié
www.recuperation-chaleur.fr/

Intervention officielle
CCI ALSACE
EUROMETROPOLE
M. JEAN-CLAUDE RIEDEL
ELU COMMISSION INDUSTRIE ET DD

Comment valoriser mes rejets
de chaleur ?
ETAT DE L'ART DES DIFFÉRENTES
TECHNOLOGIES DE
VALORISATION DE CHALEUR
M. OLIVIER BARRAULT
VICE-PRÉSIDENT
o.barrault@utilities-performance.com
M. REMY RENAUD
RESPONSABLE COMMERCIAL
r.renaux@utilities-performance.com

UNE EXPERTISE A L’OEUVRE DEPUIS PLUS DE 40 ANS
UN RAYON D’ACTION INTERNATIONAL
Chiffre d´affaires :
Collaborateurs:
10 M€
Rayon d’action dans plus de 35 pays
DEPUIS 40 ANS LA MAITRISE DES COÛTS PAR LA MAITRISE
COMPLETE DU CYCLE DE L’EAU ET DE L’ENERGIE
100 personnes

E’NERGYS: UN ECOSYSTEME UNIQUE EN SON GENRE
AGILITE ET INNOVATION
230 collaborateurs et 30 M€ de Chiffre d’Affaires

ENERGIE FATALE:
Les facteurs clés de succès de la récupération
Approche globale: toutes énergies, eau,
Utilités et Process
Mesurer: quantifier le gisement et le besoin
Analyse dans le temps: schéma directeur
Attention au « Yakafaukon », ce sont de
vrais projets d’ingénierie à gérer en
contrat de performance
D’abord réduire le gisement et le besoin
Bien évaluer les options, leur potentiel
exploitable et leurs contraintes

ENERGIE FATALE:
Du besoin aux solutions
3. Symbiose
énergétique
1. Chasser la chaleur
fatale parasite
2. Bâtir autour de besoins
et gisements optimisés

ENERGIE FATALE:
Comment arbitrer sur les différentes sources et options ?
UTILITES PROCESS
Des gisements et des puits de valorisation nombreux:
Comment arbitrer?

ENERGIE FATALE:
L’audit un précurseur clé: assainir puis bâtir
Symbiose énergétique des Utilités au Process: AUDIT
nécessité d’un mapping complet et d’une vision de type schéma Directeur

ENERGIE FATALE:
L’audit un précurseur clé: assainir puis bâtir
54
1 340 k€/anNécessité d’une analyse multicritères et de cerner les priorités: AUDIT
d’abord réduire le besoin à la source

ENERGIE FATALE:
Chasser la chaleur fatale parasite
Pompes existantes avec VEV mais sans OCPflow
Puis avec OCPflow
COP de pompage :
+ 44%
----------------------------
--
Gain supplémentaire
de la production de
froid:
5.3 Wh/kwhf
----------------------------
--
Gain total COP:
+ 55%
Le potentiel de récupération peut être faussé par des sources de chaleur fatale parasites

ENERGIE FATALE:
Améliorer la performance = réduire la source de chaleur fatale
Investissement: 209 000 €
Gains énergie directs: 96 800 € / an
TBR: 2.2 ans
COP +37%  impacts massif sur la chaleur fatale disponible

ENERGIE FATALE:
Chasser la chaleur fatale parasite
Constat:
Centrale d’eau glycolée
maîtrisée avec un excellent COP
(rendement) => est-ce suffisant
pour valider le potentiel de
récupération ?
Consignes dégradées: -5/-6°C au lieu de -7°C/-8°C
Ralentissement des cadences des tunnels
+ de ventilation et pompage: chaleur fatale parasite
Ratio kWh/palette dégradé
Potentiel de récupération de chaleur GF: faux
Enjeux et projet mal dimensionné

ENERGIE FATALE:
Améliorer la performance = maîtriser le juste besoin
Valoriser la chaleur fatale dans le bâtiment, oui mais après
optimisation des usages
Objectif AIRBUS 2020:
-30% Energie
-50% impact carbone
20% ENR

ENERGIE FATALE:
Vision schéma directeur
59
Activités : production de granulés pour chiens et chats
Contexte : mission de schéma directeur énergie fatale global
Problématique : optimiser les consommations énergétiques du site en valorisant les
calories disponibles:
- Rejet d’air chaud Process
- Gisements de calories Utilités
Solutions/options :
1ère boucle de récupération : air-air sur l’air des sécheurs
2ème boucle de récupération : chauffer de l’eau avec la récupération sur l’air
comprimé et les fumées de la chaufferie
Boucle Eco Invest CEE TBR
(CEE)
1ère 80K€/an 423 K€ - 5,3
2ème 36,7 K€/an 93,8 K€ 25,8 K€ 1,9

ENERGIE FATALE:
Vision schéma directeur

ENERGIE FATALE:
Intégrer cette réflexion dès l’origine de tout projet significatif
2010: Investissement stratégique dans une 5ème ligne:
- Nouvel équipementier avec engagement de performance
- investissement réduit et performance accrue: 15%
- Suivi et validation des performances: BARexpert

ENERGIE FATALE:
Intégrer cette réflexion dès l’origine de tout projet significatif

ENERGIE FATALE:
Effluent => source d’énergie fatale
Energie fatale indirecte
Recyclage à la source
Récupération sur effluent

ENERGIE FATALE:
Effluent => recycler pour réduire à la source
64
Productivité
Produits
lessiviels
Eau Energie
Le Lavage
Cercle de Zinner
Impacts financiers
directs
CIP
Production time
Facteur
TEMPS
Facteur
CHIMIQUE
Facteur
MECANIQUE
Facteur
THERMIQUE
CIP

ENERGIE FATALE:
Effluent => cas du procédé Green CIP
Les enjeux Opex: exemple site laitier
% réduction% total site
190 t soude/an
12 t acide/an
-90%
40 % gaz - 50%
40% eau - 50%
8% 50%
- 1500 t CO2/an
- 150 h lavage/mois
GREEN CIP: rupture technologique
Régénération des lessives => « re-use » à l’infini
Coagulation-Floculation
Traitement en milieu chaud et
à pH extrême
pH 12-140-2

ENERGIE FATALE:
Symbiose territoriale des ressources: cas Breton
(Réalisée par Utilities Performance)
18% de l’énergie finale
consommée en Bretagne

ENERGIE FATALE:
Symbiose territoriale des ressources: VITRE (35)
Centre de Valorisation
Énergétique des Déchets
(CVED) – VITRE -

ENERGIE FATALE:
Symbiose territoriale des ressources: LAMBALLE (22)
Projet industriel en cours de
réalisation:
Construction d’un réseau de
chaleur alimenté en chaleur fatale*
entre une dizaine d’usines et
bâtiments de la ZI de LAMBALLE
(22).
Ce réseau de chaleur est composé
de 5 branches d'un total de 3.5 km
linéaires et de 23 sous-stations.
--------------
Quid de la viabilité si les
« clients » réduisent leurs
besoins et/ou valorisent leurs
propres énergies fatales?

Retours d’expériences
SUR LES SYSTÈMES
D’ASPIRATIONS D’AIR M. ARTHUR LAHEURTE
MEMBRE ÉQUIPE ÉNERGIE
arthur.laheurte@alsapan.com

Présentation de l’entreprise
FABRICATION DE MEUBLES, PLANS DE TRAVAIL ET
REVÊTEMENTS DE SOL
5 SITES EN FRANCE
800 COLLABORATEURS

PROBLÉMATIQUE
Besoin de puissance de chauffage supplémentaire :
 Chaudière bois actuelle : 2,5MW
 Alimentation de l’usine et d’une ligne en chaleur
 Besoin du site : 3,5 MW

CHOIX DE LA SOLUTION TECHNIQUE
AJOUT CHAUDIÈRE
Coût : 71k€ hors conso de
gaz
RECYCLAGE DE L’AIR
Coût : 55k€
REMPLACEMENT
CHAUDIÈRE
Coût :1,4M€

SOLUTION RETENUE
RECYCLAGE D’AIR
Récupération de l’air aspiré sur les machines
Réinjection via des gaines
Gain en puissance calorifique 1MW

BILAN
 550 Millions de m³/an
 Gain annuel de 2,75 GWh
 Baisse des rejets de la chaudière biomasse de 20%
 Baisse de la consommation de sciure
 ROI de 5,3 ans calculé sur l’économie de sciures

SUR UN SÉCHEUR À LIT FLUIDISÉ
DÉSTRATIFICATION ET
CHAUFFAGE DU BÂTIMENT
LOGISTIQUE
M. JEAN-MARC WAGNER
M. STÉPHANE FRANCHIMONT
RESP. MAINTENANCE & ENERGIES
jean-marc.wagner@tfl.com
stephane.franchimont@tfl.com

Projets de récupération d’énergie chez
TFL France SAS en partenariat avec la
société SETHI .
Projet N° 1: Sur un sécheur à lit fluidisé.
Projet N° 2: Déstratification & Chauffage dans le bâtiment
logistique.

Projet N°1: Récupération de la
chaleur perdue en sortie de sécheur
afin de préchauffer l’air en entrée.
Objectifs des projets:

Projet N°1:
Résultats obtenus :
- Réduction de la température en
sortie du sécheur de 72°C à 50 °C
- Puissance récupérée: 30 à 50 kW,
soit environ 10 % de la puissance du
sécheur.

Projet N°2: Récupération de la
chaleur sous toiture par un système
de déstratification.
Contraintes:
- Réduire le gradient de température
dans les halls de stockage.
- Garantir une température de stockage
uniforme de 16°C (cristallisation des
produits).
- Réduire la consommation énergétique.
Objectifs des projets:

Investissements :
- Réfection & remplacement de l’isolation de la toiture.
- Rideaux d’air chaud sur les portes – puissance installée :
320 kW
- Déstratification par buses de soufflage
Résultats obtenus:
- Réduction du gradient de température de 10° à 2 °
- Gain énergétique : 1000 t de vapeur par an ce qui a divisé la
facture par 2.
- Confort amélioré pour le personnel et les produits
Projet N°2:

SUR UNE INSTALLATION FROID
M. DIDIER KACZMARCZYK
GÉRANT IKAR INGÉNIERIE
ka@ikar-ing.com

RECUPERATION TOTALE DE
CHALEUR
SUR LA PRODUCTION DE
FROID DE 1500 Kw A
L’AMMONIAQUE.
Récupération sur l’huile des
compresseurs (65°C) pour le
chauffage des bureaux avec des
ventilo-convecteurs basses
températures (42°C / 37 °C) .
Suppression chez Iller de 120 kw
de convecteurs « grilles pains »
et plusieurs aérothermes HG
dans les combles .
Récupération sur les drycooler
pour le préchauffage de l’ECS ,
42 °C en été, 25°C en hiver.
Baisse de la consommation gaz
de 60 à 80 %.

RECUPERATION TOTALE DE CHALEUR SUR LA PRODUCTION DE FROID A L’AMNONIAQUE

LA QUALITÉ DE LA RÉCUPÉRATION DE CHALEUR EST FONCTION DE LA PRODUCTION.
Les caractéristiques du fluide naturel ammoniaque: ( propane, butane, , ..)
Excellentes propriétés thermodynamiques, COP élevé. ECONOMIES
Aucunes incidences sur les effets de serre, car GWP (prg) = 0. PERENNITE
Température des gaz de refoulement élevé, > 65°C. VALORISATIONS

QUELQUES CHIFFRES
TEMPS DE RETOUR SUR INVESTISSEMENT:
Montant des travaux: 1 300 k€ ( froid, clim, led, supervision, )
Gain annuel sur la consommation électrique ( 8,2 mwh/an) : 110 k€
Gain annuel sur la consommation gaz de ville ( 2,6 mwh/an) : 60 k€
Gain annuel du à la suppression de la tour ( 12 000 m3/an): 25 k€
Optimisation des aides (CEE, FONDS, AIDES, etc).
aides région : 150 k€
CEE : 320 k€ ( avec iso 50 001)
TRI< 4 ans

Table ronde: l’innovation au
service de la récupération de
chaleur
STOCKAGE THERMOCHIMIQUE
DE LA CHALEUR
MME SIMONA BENNICI
CHARGÉE DE RECHERCHE
simona.bennici@uha.fr
M. PATRICK DUTOURNIE
PROFESSEUR
patrick.dutournie@uha.fr

DEFIS: équilibrer l'incongruité temporelle entre l'offre et la demande énergétique
Sources énergétiques intermittentes
Développement
de systèmes de
stockage

STOCKAGE
CHARGE
DECHARGE
Absence de pertes
Principe

Exemple d’application
Hydratation/déshydratation d’un matériau solide

Exemple d’application
La taille des sphères de
cette figure correspond
au volume en m3 de
composite nécessaire
pour fournir 617 kWh.
Cette valeur correspond
à l’énergie nécessaire au
chauffage d’une maison
de 100 m2 à Chambéry
pendant les 22 jours les
plus froids de l’année.

chaleur
PRODUIRE DE L’ÉLECTRICITÉ À
PARTIR DE CHALEUR FATALE
(ORC)
M. PIERRE SCHWARTZ
DIRECTEUR TREDI

VALENO
SITUATION : GISEMENT DE 6,5 MW DE CHALEUR FATALE DISPONIBLE
ORC
EchAéro
AéroEch
Four
Traitement
fumées
Evapo
WJ Ref
Chaleur fatale
Chaleur utile
Energie chimique
Energie électrique
PC

VALENO
Coût du projet: 2,3 M€
Aide de l’ADEME : 715k€
Taux de valorisation> 40%
Effacement de la
consommation ≈ 70%

chaleur
LES ÉCHANGEURS DU FUTUR
M. MAROUN NEMER
DIRECTEUR DU C.E.S
maroun.nemer@mines-
paristech.fr

Introduction
La chaleur est une énergie à 5 dimensions (T, t, x, y, z)
L’ énergie « fatale » désigne toute quantité d’exergie détruite (généralement par rejet dans
l’environnement) afin de permettre le fonctionnement d’un processus
Les technologies de valorisation de la chaleur permettent d’une façon générique :
D’échanger de la chaleur (problématique d’intégration dans les procédés)
De transformer la chaleur en une forme utile d’énergie (convertir)
Pompage de chaleur
Conversion en froid
Conversion en électricité
De stocker et transporter
L’intégration énergétique (sous critères économiques) est un outil d’aide à la décision pour le
choix de technologies adaptées

Réalités physiques
• A basses températures le rendement de Carnot est très sensible à la variation de la température
Les machines réelles ont des rendements exergétiques de l’ordre de 40 %
102

Réalités physiques
• Les surfaces d’échange varient d’une façon exponentielle en fonction de la différence de température
La consommation des auxiliaires est un point clé dans le calcul des performances des
systèmes de valorisation de la chaleur
103

Intégration des solutions
• L’optimisation technico-économique permet de définir le niveau d’intégration qui présente une rentabilité économique
104

Les solutions technologiques
La chaîne de la valorisation de la chaleur, source ADEME.
105

Les échangeurs de chaleur
• Les échangeurs sur gaz et liquide
• Les échangeurs à contact direct et les échangeurs à contact indirect
• Problématique de corrosion à prendre en compte
• La compacité et le coût sont des critères déterminants
• Un grand nombre de solutions existe en fonction du fluide et du niveau
de température
• Les échangeurs sur solide
• Produit solide actuellement refroidi sans valorisation thermique
(Brames d’acier, tuiles, clinker, boîtes de conserve)
• Les solutions sont spécifiques à chaque situation
106

Les échangeurs sur gaz chauds
• Compacité, coûts, résistance mécanique,
vieillissement, cyclage thermique.
Echangeur de préchauffage d’air sur fumées de fours à gaz 107

Les échangeurs sur liquides et gaz
• Récupération sur fumées de brûleur, techniques de
fabrication additive
La fabrication additive ouvre
de nouvelles perspectives pour
le développement
d’échangeurs de chaleur
Echangeur en carbure de Silicium haute température
Cette technique permet à la
fois le prototypage rapide mais
également la réalisation de
pièces pour des applications
spécifiques
108

Les transformateurs
• Les pompes à chaleur
• Compression mécanique de vapeur
• Les cycles à absorption
• Les cycles à compression vapeur
• Les cycles à éjection
• La production de froid
• Les cycles à absorption
• Les cycles à éjection
• Les cycles à turbocompresseur
• La production d’électricité
• Les cycles de Rankine
• Les cycles de Kalina
• Autres technologies (thermoélectricité, Stirling, etc.)
109

• Points à prendre en compte
 Placer la récupération d’énergie au plus près de la source
 Récupérer la chaleur résiduelle
 Revaloriser grâce à une pompe à chaleur bien intégrée au niveau de température
d’utilisation
• Actions génériques
 Analyses énergétiques et exergétiques des opérations
 Quantification et comparaison sur énergie primaire et émissions de CO2
Optimisation de l’emplacement d’une pompe à chaleur
Les transformateurs : Pompage de chaleur à compression de vapeur.
110

Transformateurs : Production de froid – exemple de cycle à éjecteur
Schéma du cycle de base
Diagramme T-S
8 paramètres à optimiser/calculer
• P mélange, P col
• w , DP
• Puissance condenseur
• Rendement de mélange (hm = f (d col, d ch cste))
• Pincement condenseur
• Puissance bu bouilleur
Résultats
• d col buse, D sec cste, D ent, D sort
• Q evap, COP
111

112

Conclusions et perspectives
• Réalisation de l’inventaires précis des disponibilités et des besoins thermiques
• Développement des technologies à faible coût, standardisation des équipements
• Développement de modes d’investissement innovants,
• Garantir les performances et minimiser les risques liés aux arrêts des usines
• Incitation/ réglementation et contraintes sur les émissions de polluants
113

Les échangeurs sur solides
• Exemple récupération sur des produits solides de la
coulée continue
• La Coulée continue
– Distribution vers plusieurs brins
– Vitesse du brin d’acier 1.5-1.7 m/min
– Rouleaux refroidis à l’eau
– La poudre est versée pour éviter l’accrochage de l’acier
Développement de bouilleur à brame pour la récupération d’énergie contenue dans les brames d’acier
115

Les échangeurs sur solides
• Exemple récupération sur des produits solides de la
coulée continue
116

Récupération d’énergie sur liquides et gaz
• Echangeurs compacts multi-fluides
117

Récupération d’énergie sur liquides et gaz
• Echangeurs compacts multi-fluides
Les échangeurs de type tube
calandre restent une technologie
de référence
Echangeur multi fluides SUPERMAX
118

Récupération d’énergie sur fumées humides
• Echangeur à contact direct et à contact indirect, rosée acide
Revêtement des échangeurs pour une meilleure résistance à la corrosion
Les unités de condensation offrent la possibilité de coupler les fonctions de récupération de
chaleur et de dépollution des fumées
119

• Echangeur polymère, résistance à la corrosion
Récupération d’énergie sur fumées humides
Technologie utilisée initialement pour la concentration des effluents liquides
120

Les transformateurs : Pompage de chaleur à compression de vapeur
• Technologies disponibles pour des températures allant jusqu’à 90 °C
• Développement de nouvelles technologies pour des températures plus élevées
• Le COP atteignable est de l’ordre de 5 (DT source / puits de 40 K génère des COP jusqu’à 5)
121

Les transformateurs : Absorption heat transformer.
• Un transformateur de chaleur à absorption permet de remonter une partie de
la chaleur fatale à des niveaux de température élevés en utilisant des rejets
thermiques basses températures
122

Les transformateurs : Absorption heat transformer
• D’autres transformateurs à absorption sont développés, ces transformateurs
permettent de produire du froid et le pompage de chaleur.
• Des cycles à adsorption sont également développés.
HEAT TRANSFORMER - COP = 0,4
123

4 parties
i : Buse (tuyère) pour le fluide primaire.
j : Chambre de mélange à pression constante.
k : Chambre de mélange à section constante.
l : Diffuseur
• w = m2/m1 = 1 / MER
• DP = P2 – PL
124

• Concentration de produits humides
Les transformateurs : Compression mécanique de vapeur
10 t/h
5 % MS
1 t/h
50 % MS
9 t/h 106 °C
(après détente)
9 t/h 100°C
Évaporation classique
Simple Effet
tee : tonne
d’eau évaporée
125

10 t/h
5 % MS
1 t/h
50 % MS
3 t/h 106°C
(après détente)
3 t/h
100°C 3 t/h
94°C
3 t/h 88°C
7 t/h
7.14 % MS
4 t/h
12.5 % MS
Évaporation Multiple Effet
126

10 t/h
5 % MS
1 t/h
50 % MS
9 t/h
9 t/h 100°C
106°C
180 kW
MOTEUR
Compression
Mécanique de
Vapeur
(CMV)
127

• La recompression mécanique de vapeur a un
rôle clé à jouer pour la concentration des
effluents liquides et peut bénéficier de
certains progrès faits dans la désalinisation
de l’eau de mer
By courtesy of: Ecologix
128

Transformateurs : Production d’électricité – exemple cycle de Rankine organique
ORC
ORC sur fumées basses températures ( 120 °C)
129

Financer mon projet de
valorisation
LES AIDES A L’ÉTUDE ET A
L’INVESTISSEMENT EN
EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE
MME VIRGINIE WOLFF
CHARGÉE DE MISSION
ÉCONOMIE CIRCULAIRE
virginie.wolff@grandest.fr

J’ai trouvé des conseils
techniques pour
déterminer mes
priorités
J’ai besoin
d’approfondir la
faisabilité
technique de ces
choix
J’ai besoin de
financer mon
investissement

AIDES A L’ETUDE
J’ai besoin
d’approfondir la
faisabilité
technique de ces
choix

Aides à l’étude en efficacité énergétique
Aide à la décision avant travaux :
Optimiser les consommations d’énergies
Mettre en place un management de
l’énergie

- Des actions volontaires
- Acc. au système de
management de
l’énergie
- Récupération de
chaleur fatale
- pour un site
de –250 ETP :
* diagnostic froid,
vapeur, éclairage
* diagnostic global
- Audit énergétique
réglementaire
- Privilégier un type
d’énergie ou une
solution technique en
particulier

Petite
Entreprise
-50 ETP
Moyenne
Entreprise
-250 ETP
Grande
Entreprise
>250 ETP
Aide à la décision :
diagnostic, étude de
faisabilité, étude de projet
70 % 60 % 50 %
Contact en Alsace : Florence HUC, florence.huc@ademe.fr

AIDES A L’INVESTISSEMENT
J’ai besoin de
financer mon
investissement

Aide à la réalisation de vos investissements :
Réduire les consommations des procédés existants
Moderniser les utilités grâce à des techniques plus
efficaces

Aides à l’investissement en efficacité énergétique
- Optimisation froid
/ air comprimé /
vapeur / éclairage…
- Acquisition
variateurs vitesse
- Suivi et gestion des
installations
- Récupération de
chaleur
- …
- Site ou activité
créé
- Travaux sur
bâtiment (isolation,
ouvrants, éclairage
extérieur…)
- Modernisation
d’une chaudière
alimentant des
bureaux

Aides à l’investissement en efficacité énergétique
Petite
Entreprise
-50 ETP
Moyenne
Entreprise
-250 ETP
Grande
Entreprise
>250 ETP
Aide à la réalisation
de vos
investissements :
taux appliqués aux
surcoûts
40 % 30 % 20 %
Contacts en Alsace :
- Virginie Wolff, virginie.wolff@grandest.fr
- Nathalie Gartner, nathalie.gartner@grandest.fr (FEDER)

valorisation
LES AIDES « FONDS CHALEUR »
DE L’ADEME MME FLORENCE HUC
INGÉNIEUR ÉCONOMIE
CIRCULAIRE
florence.huc@ademe.fr

Résumé du dispositif Fonds Chaleur

Conditions des aides
ENCADRÉES PAR 2 CRITÈRES :
• taux d’aide maximum, défini selon la nature des équipements
• le temps de retour brut sur investissement, calculé après aide > à 18 mois
SEUILS D’ELIGIBILITES
• seuil prioritaire d’instruction de 1 GWh/an de chaleur valorisée.
• projets compris entre 0,5 et 1GWh/an traités selon leur performance et dans la limite des
budgets disponibles
CAS DES PROJETS INNOVANTS ET DE PRODUCTION DE FROID
• instruction dans le cadre de l’appel à projets NTE 2017 (clôture le 5 mai 2017)
Tous les détails sur http://www.ademe.fr/expertises/energies-renouvelables-
reseaux-stockage/passer-a-laction/produire-chaleur/fonds-chaleur-bref

Exemple Projet 2016 : industrie agroalimentaire
EQUIPEMENTS
SYSTÈME DE CAPTAGE : échangeurs (stérilisation/air comprimé), raccordement, alimentation électrique…
EQUIPEMENTS PERMETTANT LA REMONTÉE DU NIVEAU DE TEMPÉRATURE
VALORISATION : groupe à absorption / production d'eau de chauffage : échangeur, raccordement
EQUIPEMENTS DE STOCKAGE
SYSTÈME DE COMPTAGE : automates, processeurs, programmation, supervision
TRANSPORT DE CHALEUR : tuyauteries, canalisations
INGENIERIE
TOTAL ELIGIBLES
DEPENSES 2 315 k€HT 2 098 k€HT
AIDE 30% 629 k€
CHIFFRES CLES :
Economie d’énergie
5 900 MWh
Emissions de gaz à effet
de serre évitées
2 000 t CO2

valorisation
LES CERTIFICATS D’ÉCONOMIE
D’ÉNERGIE M. ALEXANDRE GOETZ
CONSEILLER ÉNERGIE
a.goetz@alsace.cci.fr

Reprise du marché des CEE ?
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
€ / MWh cumac
2,54
1,41

Les opérations standardisées de valorisation de chaleur
Bâtiment
tertiaire
Récupérateur de chaleur à condensation sur chaudière existante
Récupération de chaleur sur groupe de production de froid
Industrie
Système de récupération de chaleur sur une tour aéro-réfrigérante
Récupérateur de chaleur sur un compresseur d’air comprimé
Economiseur sur les effluents gazeux de chaudière de production de vapeur
Système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid
Bruleur avec dispositif de récupération de chaleur sur four industriel
Condenseur sur les effluents gazeux d'une chaudière de production de vapeur
Valorisation de chaleur de récupération en réseau

Exemple de valorisation
Le projet
Achat chaudière vapeur
4667 kW
Ajout d’un économiseur sur
fumées pour préchauffage
eau d’alimentation
Surcoût économiseur =
15 700 €
La valorisation en CEE
Haut-Rhin / 2x8h
3 360 240 kWh cumac
Montant CEE = 7 060 €
% surcoût= 45 %

Simulez gratuitement vos CEE sur le site de la CCI…
http://www.alsace.cci.fr/certificats-deconomies-denergie
…AVANT de réaliser vos travaux!!

MERCI POUR VOTRE
PARTICIPATION !
Retrouvez les présentations
sur www.climaxion.fr

Présentation "Valoriser la Chaleur en Industrie"

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