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29 novembre 2005 EDF EN - DT 1 Bioénergies EDF EN 29 11 2005 Guillaume Bourtourault 01 40 90 23 48

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1 29 novembre 2005 EDF EN - DT 1 Bioénergies EDF EN Guillaume Bourtourault

2 29 novembre 2005 EDF EN - DT 2 Enjeu biomasse Les sources dénergies renouvelables utilisées dans lUnion [Maniatis 2002]

3 29 novembre 2005 EDF EN - DT 3 Biomasse Filière bio- carburants Filière bio- électrique Filière biochaleur Éthanol Huiles combustibles Méthanol Hydrogène Électricité Thermique industriel Climatique collectif Climatique individuel 0,3 / 50,4 Mtep 9 / 70 Mtep Chauffage des bâtiments : 44 Mtep dont 10 électriques et 10 biomasse Consommation totale dénergie primaire en France : 275 Mtep 1 / 32 Mtep 2 / 450 TWh Les bioénergies dans le bilan

4 29 novembre 2005 EDF EN - DT 4 Perspectives de développement

5 29 novembre 2005 EDF EN - DT 5 1 Les filières

6 29 novembre 2005 EDF EN - DT 6 Rappel des enjeux techniques CO2 + H20 matière organique (C, H, O, N) énergétique Matière organique exposée à une agression chimique, biologique, ou physique énergie solaire CO2 + H20 bioénergie Sels minéraux Cendres Polluants Naturelle ou artificielle

7 29 novembre 2005 EDF EN - DT 7 Rappel des enjeux techniques Une contribution nulle à leffet de serre, mais pas à la pollution atmosphérique Eléments minéraux : P, K, Na, S, Cl, oligo- éléments, métaux lourds Polluants issus de la dégradation de la biomasse : - inorganiques : NOx, SOx, HCl, H2SO4, … - organiques : suies, goudrons, méthane, …

8 29 novembre 2005 EDF EN - DT 8 La bioéconomie Biomasse renouvelable accumulable et locale déchets produits et co-produits Primaire : agriculture sylviculture … Secondaire : agroalimentaire meubles panneaux restauration papier carton … bioélectricité biochaleur bioproduits biocombustibles biocarburants Séquestration du CO 2 Libération du CO 2

9 29 novembre 2005 EDF EN - DT 9 Une énergie polymorphe

10 29 novembre 2005 EDF EN - DT 10 Etat de lart de la production dénergie à partir de biomasse (hors biocarburants) Amélioration de technologies établies => combustion : rendement, émissions Technologies de démonstration => gazéification : applications, traitement du gaz => méthanisation : applications, traitement du gaz Montage de pilotes => pyrolyse : production de biopétrole Machines thermiques : => Stirling => ORC => MAV

11 29 novembre 2005 EDF EN - DT 11 Stirling gazéification rustique méthanisation à la ferme méthanisation pyrolyse gazéification combustion co-combustion ,0010,010, Investissement en /kWe Les technologies : le prix de linnovation Puissance en MWe

12 29 novembre 2005 EDF EN - DT 12 Energie disponible en ktep/an Coût du combustible en /MWh PCI La ressource : lexemple français Granulés TCR Saule Exploitation forestière Paille Bois rebut Industries du bois Déjection, litières et lisiers Farines animales Déchets biodégradables Déchets

13 29 novembre 2005 EDF EN - DT 13 minestim.max. Investissement Coût combustible O&M Cogénération Total hors cogénération Total avec cogénération Coût de production en /MWh Les coûts de production

14 29 novembre 2005 EDF EN - DT 14 2 Les filières biochimiques

15 29 novembre 2005 EDF EN - DT 15 Les filières biochimiques Méthanisation En décharge En méthaniseur : différentes ressources et différentes tailles À la ferme Industriel Paramètres : température, humidité, composition Production électrique, cogénération, injection réseau, biocarburant Fermentation alcoolique À partir de sucres Après hydrolyse chimique Voies du futur : biochimie et synthèse biologique

16 29 novembre 2005 EDF EN - DT 16 La méthanisation digesteur 20 MWth biomasse humide 50 kt/an épuration biogaz Nm3/an Moteur ou turbine à gaz 1,3 MWe électricité MWhe/an chaleur digestat à composter - Chaleur principalement utilisée dans le procédé - Faible rendement électrique - Voie de traitement des déchets compost 19 kt/an chaleur

17 29 novembre 2005 EDF EN - DT 17 Le traitement du biogaz

18 29 novembre 2005 EDF EN - DT 18 Le traitement du biogaz

19 29 novembre 2005 EDF EN - DT 19 Le traitement du biogaz Éléments majoritaires : CH 4 + CO 2 > 95 % Éléments traces : COV, soufrés, halogénés, siloxanes, …< 1% v. (env. 577 composés) % vol.CET, STEP, lisiers, … % CH 4 30 – 75 % CO 2 22 – 34 % N 2 0 – 26 % O 2 0 – 8 % H 2 O4 à 6 à 30-40°C H 2 S mg/m 3 5 – Soufrés : protéïnes, gypse, sols Halogénés : CFCs, PVC, résines Siloxanes : cosmétiques, lubrifiants, construction

20 29 novembre 2005 EDF EN - DT 20 3 Les filières thermochimiques

21 29 novembre 2005 EDF EN - DT 21 Procédé traditionnel = combustion sur grille Lits fixes, fluidisés, flux entraîné Mode dintroduction de la biomasse Air primaire, secondaire, tertiaire Extraction des cendres La combustion Grille vibrante, inclinée, fixe, mobile, en escalier, … Vitrifié, humide, sec …

22 29 novembre 2005 EDF EN - DT 22 La chaufferie à plaquettes

23 29 novembre 2005 EDF EN - DT 23 Introduction de la biomasse étanchéité retour de flamme montée en température répartition sur la grille dévolatilisation régularité temps de séjour mélanges

24 29 novembre 2005 EDF EN - DT 24 Adéquation entre combustible et procédé préparation : homogénéité, propriétés de combustion Automatismes : humidité, gestion des stocks Mélanges : rôle de la fosse Comportement des cendres : Fusion : teneur en Mg, K, Na Proportion : 1 à 40% Corrosion : Cl, S Performance Rc = 90 % vapeur La combustion

25 29 novembre 2005 EDF EN - DT 25 Chaudière BOIS Usage Chaleur Condenseur Turbine ou Moteur Eau Vapeur HPVapeur BP 30 à 90 bars0,1 à 4 bar Les technologies : la filière vapeur Usage Chaleur vapeur électricité

26 29 novembre 2005 EDF EN - DT 26 La cogénération papetière parc à bois évaporation combustion caustification clarification liqueur noire concentrée liqueur verte liqueur blanche Vap BP et MP Vap BP Vap HP Chaudière déchets bois turbines cuisson lavage épuration séchoir Vap BP et MP blanchiment épuration Vap BP four à chaux turbine

27 29 novembre 2005 EDF EN - DT 27 La combustion : ancienne et mature, mais limitée parce que la biomasse est hétérogène et peu énergétique température et pression de chaudière limitée grosses installations émissions polluantes parce que la vente de chaleur est nécessaire à léquilibre économique utilisation de la vapeur pour la production électrique limitée parce que la ressource est dispersée, et les coûts de transport élevés les installations sont petites, décentralisées, proches de la ressource les pertes thermodynamiques et hydrodynamiques sont élevées => gazéification

28 29 novembre 2005 EDF EN - DT 28 Gazéification de la liqueur noire

29 29 novembre 2005 EDF EN - DT 29 Gazéification de la liqueur noire

30 29 novembre 2005 EDF EN - DT 30 - on tire des étapes de lavage le soufre « volant » - on produit une liqueur de cuisson polysulfure de très bonne qualité (haute « sulfidité ») en mélangeant le soufre liquide obtenu avec la liqueur blanche - on améliore ainsi le rendement en pulpe de 1,9% liqueur noire gazéification gaz brut lavage du gaz gaz épuré synthèse méthanol / DME cendres liqueur blanche soufre liqueur de cuisson de haute qualité Gazéification de la liqueur noire

31 29 novembre 2005 EDF EN - DT 31 4 La gazéification

32 29 novembre 2005 EDF EN - DT 32 La pyrolyse - gazéification

33 29 novembre 2005 EDF EN - DT 33 Lit fixe, lit fluidisé bouillonnant Jusque 2 MWe avec combustible bois Installation commerciale en cogénération : DK, F, A, B Lit fluidisé circulant Jusque 10 MWe avec TAC et plus avec chaudière En cocombustion Flux entraîné fusion des cendres problème de préparation de la charge La gazéification

34 29 novembre 2005 EDF EN - DT 34 La gazéification : les réactions en jeu Gazéification C + 1/2 O2 CO C + O2 CO2 C + H2O CO + H2 Equilibres CO + H2O CO2 + H2 CO + 3 H2 CH4 + H2O Et synthèses CO + 2 H2 CH3OH CO + 2 H2 -- CH2-- + H2O

35 29 novembre 2005 EDF EN - DT 35 Composition du gaz sec de Güssing H235 % CO25 % CO225 % CH410 % N2 5 % La gazéification Performances gaz combustible à % MJ / Nm3 (GN = 36 MJ) Rendement de conversion énergétique jusque 80% Rendement électrique jusque 32 % Composition du gaz sec de PRME H2 5 % CO16 % CO214 % CH4 5 % N258 %

36 29 novembre 2005 EDF EN - DT 36 Lit fluidisé bouillonnant biomasse Cendres Thermogaz et fumées Comburant et agent gazéifiant Cendres Cendres volantes et particules organiques Comburant et agent gazéifiant Comburant et agent gazéifiant Lit fixe contre- courant Lit fixe co-courant Les gazéifieurs [1]

37 29 novembre 2005 EDF EN - DT 37 Lit fluidisé circulant Lit fluidisé circulant allotherme à 2 chambres cendresbiomasse Lit, cendres volantes, et particules organiques Thermogaz et fumées Agent gazéifiantComburant Lit, charbon, cendres fumées thermogaz Cendres volantes Comburant et agent gazéifiant Cendres de lit Les gazéifieurs [2]

38 29 novembre 2005 EDF EN - DT 38 Combustion partielle des vapeurs biomasse Comburant Cendres vitrifiées Charbon Gaz et vapeurs Gaz de synthèse Combustion partielle du charbon biomasse Cendres thermogaz syngaz Comburant Lit froid et char Lit haute température Lit chaud Gaz de combustion Les gazéifieurs [3]

39 29 novembre 2005 EDF EN - DT 39 Installation de Louvain (B), société Xylowatt

40 29 novembre 2005 EDF EN - DT 40 Xylowatt : une solution « emballée »

41 29 novembre 2005 EDF EN - DT 41 Güssing

42 29 novembre 2005 EDF EN - DT 42 Güssing

43 29 novembre 2005 EDF EN - DT 43 Güssing Gazéifieur FICFB à vapeur Filtre à manches Colonne de lavage au biodiesel Moteur à gaz Jenbacher Chaudière à gaz Puissance combustible = 10 MWth Capacités = 2 MWe + 5 MWth r élec = 20% et r global = 70%

44 29 novembre 2005 EDF EN - DT 44 La gazéification : les difficultés Les clés de la technologie Introduction de la biomasse Apport de la chaleur nécessaire à la gazéification Lavage du gaz Qualité des cendres Problème des rejets Rejets solides : cendres chargées en charbon, suie, goudrons et lit Rejets liquides : organiques : gazéifiés aqueux : recyclés, incinérés ou traités

45 29 novembre 2005 EDF EN - DT 45 La gazéification : les enjeux Avantages dun combustible gaz Gaz épuré avant combustion : NH3, Cl, S Flamme mieux maîtrisée, niveaux de température contrôlés (cocombustion, reburning, vitrification des cendres) TAC ou MAG, avec possibilité de cycle combiné, y compris dans de petits systèmes Gaz de synthèse réducteur utilisable par lindustrie (biocarburant 2G) Tolérance combustible Temps de séjour peut être long : Güssing, PRME Agent de gazéification adapté Eau intervient directement dans les équilibres

46 29 novembre 2005 EDF EN - DT 46 5 Les bioénergies et le Groupe EDF

47 29 novembre 2005 EDF EN - DT 47 Activités et compétences du Groupe

48 29 novembre 2005 EDF EN - DT 48 EnBW : ingénierie expérimentée, investissement, exploitation, SEM, préparation du combustible et traitement de déchets, ISKA Dalkia : chaufferies et biogaz en France, logistique via ONYX, compétence cogénération, cocombustion en République Tchèque, R&D EDF : assistance technique et commerciale, R&D EDF Energy : cocombustion ESTAG : petits moyens de production innovants EDF Polska : cocombustion TIRU et U-Plus : valorisation des déchets Activités et compétences du Groupe

49 29 novembre 2005 EDF EN - DT 49 Activités et compétences du Groupe fait le 25/02/2005TOTAL Heat capacity (MWth) 226 y compris Heat efficiency (%) combustibles fossiles Power capacity (MWe) 590 Bioheat capacity (MWth) 210 seulement biomasse Biomass share for power generation (%) Biopower capacity (MWe) 119 Produced bioheat (MWh thermal per year) énergie produite Biopower production time (hours) Produced biopower (MWh electrical per year) EDF Group bioheat capacity (MWth) 174 consolidé Groupe EDF EDF Group biopower capacity (MWe) 89 EDF bioheat capacity (MWth) 69 consolidé EDF EDF biopower capacity (MWe) 45 maison mère

50 29 novembre 2005 EDF EN - DT 50 Acteurs et marchés Les grands acteurs producteurs industriels - Electrabel, RWE, Eon, EPR - sinon encore très éclaté - les jeux sont en train de se faire : exemple de VelcanEnergy Les équipementiers - technologies passent de main en main, sauf certaines bien affirmées comme la paille danoise - fabrication délocalisée - rôle particulier de lInde Les producteurs de biomasse - effets dannonce (Brésil, ONF) - jeu de la poule et de loeuf - géostratégie à lest de lEurope

51 29 novembre 2005 EDF EN - DT 51 6 FAQ

52 29 novembre 2005 EDF EN - DT 52 FAQ Définition du PCI Énergie nette libérée au cours de l'oxydation d'une unité de masse de combustible, à l'exclusion de la chaleur requise pour la vaporisation de l'eau du combustible et de l'eau produite par la combustion de son hydrogène combustible. PCI = PCS - 21,998(H) - 2,444(W) Définition du PCS Énergie potentielle maximale libérée par l'oxydation complète d'une unité de masse de combustible, y compris l'énergie thermique récupérée par la condensation et le refroidissement de tous les produits de combustion. Étant donné que le PCS varie avec la teneur en humidité, il faut indiquer cette dernière avec les valeurs de PCS. Définition « empirique » : PCI = énergie masse sèche – 0,006 x h PCI = PCI MS x (100-h) / 100 – 0,006 x h

53 29 novembre 2005 EDF EN - DT 53 FAQ Définition de lefficacité énergétique Efficacité globale = (kW élec + kW chaleur) / kW PCI biomasse Rendement électrique = (kW électrique) / kW PCI biomasse Énergie vapeur = f (T°C, pression) 1 MWth = 1,40 t vapeur (12 bar) = 1,44 t vapeur (4 bar) = 1,46 t vapeur (2,5 bar) Variantes appel doffre : - sortie chaudière - cohérence puissance installée / énergie produite

54 29 novembre 2005 EDF EN - DT 54 7 Autres éléments

55 29 novembre 2005 EDF EN - DT 55 Installation de gazéification de Harboore (DK), société Voelund

56 29 novembre 2005 EDF EN - DT 56 Université technique du Danemark (DK), société COWI, système BIG-LOW-TAR [1]

57 29 novembre 2005 EDF EN - DT 57 2ème étage gazéification 1er étage Séchage et pyrolyse oxydation partielle surchauffeEvaporation Moteur Refroidissement et épuration préchauffe eau air biomasse Charbon Vapeurs Gaz flux matière et énergie Université technique du Danemark (DK), société COWI, système BIG-LOW-TAR [2]

58 29 novembre 2005 EDF EN - DT 58 Société EDL (Australie), commune de Wollongong, système complet de traitement des déchets… à larrêt.

59 29 novembre 2005 EDF EN - DT 59 Un combustible, des combustibles… 1 m3m3

60 29 novembre 2005 EDF EN - DT 60 Nouveaux systèmes de combustion : ORC, MAV, Stirling

61 29 novembre 2005 EDF EN - DT 61 Le moteur Stirling

62 29 novembre 2005 EDF EN - DT 62 Le moteur Stirling

63 29 novembre 2005 EDF EN - DT 63 La pyrolyse production de gaz, de biopétrole, et de charbon biopétrole pour stockage, transport, raffinage, synthèse ou combustion - en une étape. Charbon : particuliers / actif Préalable à la gazéification toutes les applications à différents stades de R&D –pyrolyse rapide au stade pilote, mauvaise visibilité –qualité produits : norme, préparation –à moyen terme Performance Rc = 60 à 90 % biopétrole 17 MJ / kg (0,5 x diesel)

64 29 novembre 2005 EDF EN - DT 64 La pyrolyse Projets européens de recherche en Italie, Espagne, Pays-Bas –Pyrolyse de bois pour la production de biopétrole –En lit fluidisé –Autonomie énergétique du procédé –Essais de moteurs diesel Pyrolyse lente : 2 installations industrielles en Europe –En France : Usines Lambiotte – t/an de bois – t/an de charbon de bois –Autonomie énergétique de la pyrolyse : gaz non condensable –Acide acétique, méthanol, solvants, arôme de fraise des bois ! –En Allemagne : Chenviron –Autres synthèses chimiques « de niches » (fumé)


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