Analyse de projets de cogénération Cours d’analyse de projets d’énergies propres Centrale de cogénération Photo : Warren Gretz, DOE/NREL PIX © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2005

Objectifs Réviser les principes de base des systèmes de cogénération Décrire les enjeux importants dans l’analyse des projets de cogénération Présenter le modèle RETScreen® pour les projets de cogénération

Que produisent les systèmes de cogénération ? Électricité Chaleur Bâtiments Communautés Procédés industriels …mais aussi… Un meilleur rendement Une diminution des déchets et des émissions Une diminution des pertes de transport et de distribution L’opportunité de mettre en place des réseaux énergétiques urbains La climatisation (froid) Centrale électrique à la biomasse, USA Photo : Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX

Intérêt des systèmes de cogénération Les systèmes centralisés de production d’électricité sont généralement inefficaces 50 à 65 % de l’énergie est gaspillée en chaleur Cette chaleur peut-être utilisée dans les procédés industriels, le chauffage des locaux et de l’eau, la climatisation, etc. Habituellement, l’électricité a plus de valeur que la chaleur Schéma modifié en fonction des données de base de la World Alliance for Decentralized Energy

Concept de la cogénération Produire simultanément un minimum de deux formes d’énergie à partir d’une seule source primaire d’énergie Habituellement, utilisation de la chaleur perdue en provenance des centrales de production d’électricité

Description de la cogénération : équipements et technologies Équipement de production de froid Compresseur Refroidisseur à absorption Pompe à chaleur, etc. Équipement de chauffage Chaudière / Fournaise / Brûleur Récupérateur de chaleur Équipement de production d’électricité Turbine à gaz Turbine à gaz – cycle combiné Turbine à vapeur Moteur à piston Pile à combustible, etc. Turbine à gaz Photo : Rolls-Royce plc Équipement de production de froid Photo : Urban Ziegler, NRCan

Description de la cogénération : combustibles Combustibles fossiles Gaz naturel Diesel (mazout #2) Charbon, etc. Combustibles renouvelables Résidus de bois Gaz d’enfouissement Biogaz Résidus agricoles Bagasse Cultures à vocation énergétique, etc. Géothermie Hydrogène, etc. Cogénération à partir de la biomasse Photo : Warren Gretz, DOE/NREL Geyser (Géothermie) Photo : Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Description de la cogénération : applications Cogénération au Kitchener City Hall Bâtiments individuels Commercial et industriel Groupes de bâtiments Réseaux énergétiques urbains (p. ex. communautés) Procédés industriels Photo : Urban Ziegler, NRCan Réseau de chauffage collectif de cogénération au gaz d’enfouissement, Suède Micro turbine à gaz pour serre Photo : Urban Ziegler, NRCan Photo : Urban Ziegler, NRCan

Description de la cogénération : systèmes énergétiques collectifs La chaleur d’une centrale de cogénération peut-être distribuée aux bâtiments localisés à proximité pour le chauffage et la climatisation Des tuyaux d’acier isolés sont enterrés entre 0,6 et 0,8 m sous terre Avantages par comparaison aux bâtiments ayant leur propre centrale : Meilleur rendement Contrôle centralisé des émissions Sécurité Confort Commodité de l’exploitation Habituellement, le coût d’investissement est plus élevé Tuyaux d’un réseau d’eau chaude Centrale d’un réseau énergétique urbain Photo : SweHeat Photo : SweHeat

Coûts des systèmes de cogénération Coûts très variables Coûts d’investissement Équipement de production d’électricité Équipement de chauffage Équipement de climatisation Ligne électrique Chemins d’accès Tuyauterie du réseaux d’énergie Coûts récurrents Combustible Exploitation et entretien Remplacement & réparation des équipements

Paramètres clés des projets de cogénération L’approvisionnement en combustible doit être fiable à long terme Les coûts d’investissement doivent rester prévisibles Un « client » pour la chaleur et l’électricité est indispensable La vente d’électricité au réseau doit-être négociée, si tout n’est pas consommé sur place La capacité est habituellement déterminée par la charge en chauffage de base (c.-à-d. la charge de chauffage minimale en conditions normales d’opération) Généralement, la production de chaleur représente de 100 à 200 % de la production d’électricité La chaleur peut-être utilisée pour la production de froid en utilisant des refroidisseurs à absorption Le risque associé à l’incertitude sur l’écart de prix futurs entre l’électricité et le gaz naturel doit-être géré adéquatement

Exemple : Canada Bâtiments individuels Bâtiments requérant chauffage, climatisation et une source fiable de production d’électricité Hôpitaux, écoles, bâtiments commerciaux, bâtiments agricoles, etc. Hôpital, Ontario, Canada Photo : GE Jenbacher Récupérateur de chaleur sur gaz d’échappement de bouilloire Moteur à piston Photo : GE Jenbacher Photo : GE Jenbacher

Exemples : Suède et USA Groupe de bâtiments Groupes de bâtiments desservis par une centrale électrique produisant aussi de la chaleur et/ou du froid Universités, complexes commerciaux, communautés, hôpitaux, complexes industriels, etc. Réseaux énergétiques urbains Centrale de système énergétique collectif Turbine à gaz au MIT, Cambridge, Mass. USA Photo : SweHeat

Exemples : Brésil Procédés industriels Les industries à consommation constante et importante de chaleur et/ou de froid constituent des industries cibles en cogénération Bagasse pour le procédé industriel d’un moulin au Brésil Photo : Ralph Overend/ NREL Pix Ceci est aussi applicable aux industries qui produisent des résidus utilisables pour produire de la chaleur et de l’électricité

Exemples : Canada et Suède Gaz d'enfouissement Les sites d’enfouissement produisent du méthane par décomposition des déchets Ce combustible peut-être utilisé pour la production d’électricité, de chaleur et/ou de froid Système de collection Filtre Compresseur Torche Vapeur Procédés Électricité Système de collection/ valorisation de gaz d’enfouissement Séchage et refroidissement Schéma : Gaz Métro Réseau de chauffage urbain de cogénération au gaz d’enfouissement, Suède Photo : Urban Ziegler, NRCan

Modèle RETScreen® pour les projets de cogénération Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des émissions de gaz à effet de serre Climatisation, chauffage, électricité, et toutes leurs combinaisons Turbines à gaz et à vapeur, moteurs à piston, piles à combustible, bouilloires, compresseurs, etc. Gamme étendue de combustibles, allant des combustibles fossiles à la biomasse et la géothermie Intégration de diverses stratégies d’opération Outil de prévision des gaz d’enfouissement Réseaux énergétiques urbains Inclut aussi : Plusieurs langues, le choix des unités et d’outils optionnels

RETScreen® cogénération Capacité d’évaluer divers types de projets Chauffage seulement Électricité seulement Climatisation seulement Cogénération chaleur et électricité Cogénération froid et électricité Cogénération chaleur et froid Trigénération froid, chaleur et électricité

RETScreen® cogénération : systèmes de chauffage

RETScreen® cogénération : systèmes de climatisation

RETScreen® cogénération : systèmes de production d’électricité

Calculs RETScreen® cogénération Organigramme simplifié du modèle énergétique de cogénération Voir e-Manuel Analyse de projets d’énergies propres : Manuel d’ingénierie et d’études de cas RETScreen® Chapitre Analyse de projets de cogénération

Comparaison des calculs de performance de turbines à vapeur Exemple : validation du modèle RETScreen® pour les projets de cogénération Validation générale par une firme de consultants indépendants (FVB Energy Inc.) et par de nombreux bêta-testeurs en provenance de l’industrie, d’entreprises d’électricité, de gouvernements et du milieu académique Comparaison excellente avec plusieurs autres modèles ou données mesurées (p. ex. les calculs de performance de turbines à vapeur ont été comparés avec les résultats du logiciel de simulation de procédé énergétique GateCycle de GE Energy) Comparaison des calculs de performance de turbines à vapeur Kpph = 1000 lbs/hr

Conclusions Les systèmes de cogénération permettent une utilisation efficace de la chaleur qui est généralement gaspillée RETScreen calcule les courbes classées de la demande et de la charge, l’énergie fournie et la consommation en combustible pour diverses combinaisons de chauffage, de climatisation et/ou de production d’électricité en utilisant un minimum de données RETScreen permet d’obtenir des économies de coûts significatives pour la réalisation d’études préliminaire de faisabilité

Questions ? www.retscreen.net Module Analyse de projets de cogénération Cours d’analyse de projets d’énergies propres RETScreen® International Pour plus d’information visitez le site Web de RETScreen à : www.retscreen.net