La Cogénération

La Cogénération
Sommaire

1) Principe de la cogénération

2) Technologies

3) Avantages et inconvénients

4) Place de la cogénération dans l'Europe

5) Rendement

6) Conclusion
1) Principe de la cogénération

La cogénération est un principe de production
simultanée d'électricité et de chaleur, cette
chaleur étant issue de la production électrique.
En effet, la production d'électricité engendre la
production de chaleur qui est habituellement
dissipé dans l'atmosphère.
Centrale locale de cogénération
de Masnedø(Danemark),
Schéma de principe
2) Technologies

Il existe plusieurs types de cogénération:
- la cogénération par moteur
- le moteur Stirling
- la cogénération par turbine à combustion
- la cogénération par turbine à vapeur
- le cycle combiné
- trigénération
- la cogénération par pile à combustible
La cogénération par moteur

Les moteurs de
cogénération sont
disponibles dans une
gamme de puissance
allant de quelques dizaines
de kW à environ 3 MW. Ce
sont donc surtout les
petites installations et les
applications domestiques
qui sont concernées par ce
type de technologie.
Moteur Stirling
Le Moteur Stirling est un moteur à combustion externe, le fluide principal est un gaz
soumis à un cycle comprenant 4 phases : chauffage isochore (à volume constant),
détente isotherme (à température constante), refroidissement isochore puis
compression isotherme. On l'appelait au début moteur à air chaud
Modèle de moteur de type
alpha:
Coupe d'un moteur Stirling de
type bêta:
La source chaude est du
côté rouge, la source froide
est du côté bleu. Elle est
entourée d'un système
dissipant la chaleur
(dissipateur thermique).
Source chaude coté rose,
source froide coté gris, piston
de déplacement en vert, piston
moteur en bleu.
La cogénération par turbine à
combustion

De l'air atmosphérique est aspiré et
comprimé dans un compresseur.
Dans la chambre de combustion,
un combustible est injecté dans cet
air comprimé et est brûlé. Les gaz
de combustion chauds et à haute
pression sont détendus dans une
turbine qui fournit un travail
mécanique. Ce travail est
transformé en énergie électrique à
l'aide d'un alternateur. À
l'échappement, les gaz contiennent
toujours beaucoup de chaleur. Ils
sont donc dirigés vers une
chaudière de récupération, où leur
énergie thermique sera transmise à
un fluide caloporteur
(généralement de l'eau).
La cogénération par turbine à
vapeur

Le cycle thermodynamique des
turbines à vapeur est basée sur le
cycle de Rankine. A l'aide de la
chaleur dégagée par la combustion
d'un combustible, on produit de la
vapeur à haute pression dans une
chaudière. Cette vapeur est
ensuite dirigée vers une turbine, où
en se détendant, entraîne la
turbine. Sortie de la turbine, la
vapeur est condensée et ramenée
à la chaudière, où ce cycle
recommence. Dans ce cycle, la
combustion est externe.
Le cycle combiné

On peut aussi combiner turbine à
vapeur et turbine à gaz. Comme dit
précédemment, la turbine à gaz
peut produire de la vapeur à
travers une chaudière de
récupération. Cette vapeur peut
aussi entraîner une turbine à
vapeur et avec un alternateur placé
sur l'axe de la turbine à vapeur, on
peut ainsi produire un complément
d'électricité. La demande en
chaleur peut être assouvie par de
la vapeur à la sortie de la turbine.
De pareilles configurations
permettent un haut rendement
électrique, ce qui se traduit par un
rendement thermique plus faible.
La trigénération

La trigénération est une
extension de la cogénération,
avec production d'une troisième
catégorie d'énergie, en général
du froid. Ce froid peut être
produit mécaniquement, par
utilisation directe de l'énergie
mécanique du moteur ou de la
turbine, il peut également être
produit indirectement au travers
par exemple d'un groupe à
absorption.
la cogénération par pile à
combustible

La cogénération par pile à
combustible semble être une voie
prometteuse. Cette technologie, si
elle existe sur son principe depuis
1839, inventée par Sir William
Grove, n'est toujours pas arrivée à
maturité. Certaines piles à
combustible sont réversibles, et
peuvent donc produire leur propre
carburant et le stocker, par
exemple à partir d'énergie
électrique d'origine solaire ou
autre, lorsque qu'elle n'est pas
utilisée en production.
3) Avantages et inconvénients

Avantages:
- Optimise le rendement
- Moins de pertes
d'énergie
- Durée de vie des
combustibles fossiles
accrue
- limite l'émission de gaz à
effet de serre

Inconvénients:
- La contrainte majeure de
la cogénération est
d'avoir un ou plusieurs
consommateurs pour la
chaleur ou la vapeur
produite proche de la
centrale, car le transport
est impossible.
4) Place de la cogénération dans
l'Europe

De fortes inégalités demeurent en
Europe. La production française
d'électricité par cogénération n'était
que de 3% en 2000. Tous les états
étaient en retard et seuls 8 sur 22
avaient envoyé leurs rapports complets
à la commission européenne. En 2006
seuls 366 TWh d'électricité (10,9% de
la production totale d'électricité) a été
produit en cogénération. En France, la
cogénération a représenté 11% de la
production totale d'électricité de l'UE
en 1998. Si cette part augmentait
jusqu'à 18%, des économies d'énergie
pourraient représenter de l'ordre de 3 à
4% de la consommation brute totale de
l'UE
5) Rendement
Un moteur possède un rendement électrique d'environ 40 à 45%, une
turbine, un rendement électrique d'environ 35 à 40%, et celui d'une pile à
combustible se situe aux alentours de 20 à 30%. La quasi-totalité du
solde de l'énergie consommée est transformée en chaleur. La
cogénération consiste à récupérer au mieux cette énergie, afin de la
valoriser pour atteindre un rendement total pouvant aller jusqu'à 80-90%.
Cogénération par moteur: rendements électriques situés généralement
entre 30 et 40 %.
Moteur Stirling: plus de 90% d'après le constructeur (Powergen E.ON)
Cogénération par turbine: rendement électrique variant entre 25 et 40%
en fonction de la puissance.
6) Conclusion
Pourquoi utiliser la cogénération?
La cogénération est une forme de production d'énergie compatible avec
le développement durable et la gestion optimale des ressources
naturelles.
Sur un plan économique, cette efficacité énergétique se traduit par une
réduction significative de la facture énergétique.
Une installation de cogénération ne remplace pas totalement une
chaudière, elle la complète utilement. Cet investissement supplémentaire
est synonyme de création de nouveaux emplois, tant pour l'étude
technique détaillée, que pour l'installation et l'entretien de l'installation de
cogénération.
La cogénération est donc une énergie à promouvoir qui permettra une
meilleure rentabilité des énergies fossiles.
Fin
Crée par POP Frédérick et PIERRE David
Source:
Wikipedia
EDF
ADEME
...