La cogénération : comment ça marche ?
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La est la production et l’utilisation, de manière simultanée, d’une énergie thermique – c’est-à-dire de la - et d’une , généralement transformée en . L’intérêt de cette technique est d’optimiser le rendement d’une installation en valorisant la chaleur au lieu de la disperser dans l’environnement.
© JEAN-FRANCOIS MONIER / AFP - Les deux chaudières à gaz du réseau de chaleur urbain du Mans (ouest de la France) complètent l'apport calorifique de l'usine d’incinération de déchets, pour la production d'électricité et de chaleur
Micro-cogénération et cogénération
A l’origine, dans les années 1950, ce sont les industries produisant et consommant beaucoup de chaleur - comme les sucreries et les papeteries - qui commencèrent à générer de l’électricité grâce à leurs flux de vapeur.
Aujourd’hui, les unités de cogénération sont souvent installées pour produire d’abord de l’électricité, en utilisant un fossile (généralement le gaz), de la ou de la . La chaleur générée à cette occasion est récupérée pour alimenter des réseaux urbains ou des processus industriels.
Les applications peuvent être très variées. Certains équipements sont de petite taille. Il s’agit de modules compacts alimentés au gaz qui assurent le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire pour les bureaux et logements collectifs, tout en assurant une production locale d’électricité. On parle de micro-cogénération pour des modules d’une inférieure à 36 kWe et de mini-cogénération pour des modules entre 36 et 250 kWe.
Différents types d’usage industriel
D’autres applications sont à échelle industrielle. En voici quelques exemples.
Le cas d’une papeterie : la centrale de cogénération biomasse de Biganos.
Voir la visite virtuelle Dalkia.
L’usine du papetier « Cellulose du Pin » à Biganos, en Gironde (France), gère des quantités considérables de bois et dispose donc de résidus et de branches. Cette biomasse, non utilisée pour le papier, est brûlée dans une grande chaudière (40 mètres de haut) où elle produit de la vapeur très chaude (plus de 500 °C) et à haute pression (120 bars).
Cette vapeur fait tourner des turboalternateurs qui produisent de l’électricité. Celle-ci est utilisée sur place ou revendue au réseau public. La vapeur plus froide et détendue qui sort de la turbine est récupérée pour sécher le papier.
Le cas d’une usine de plasturgie : Ineos Polymers de Sarralbe en Moselle
L’usine, qui produit des plastiques, est elle-même très consommatrice de chaleur et d’électricité. Elle a jugé rentable de se doter d’un moteur de cogénération au gaz. Ce moteur produit de l’électricité utilisée dans l’usine et dont le surplus est revendu. Un circuit d’eau à 75 °C provenant de l’usine transite par l’unité de cogénération, refroidit le moteur, puis capte la chaleur des gaz d’échappement émis, et repart à 105 °C vers l’usine.
Le cas d’un réseau de chaleur urbain : Le Mans
La métropole du Mans a doublé fin 2018 son réseau de chaleur urbain alimenté par une usine d’ de déchets. Pour cela, elle a réduit la part consacrée à l’électricité et récupéré la chaleur excédentaire jusqu’alors dispersé dans l’air. Elle a également construit une nouvelle unité de deux chaudières à gaz qui vient en soutien de l’usine d’incinération en lui permettant de réguler les moments où son activité baisse. Les chaudières fournissent en moyenne 16 % de la chaleur.
L’exemple des « centrales cycle combiné gaz »
Voir animation EDF
Les centrales thermiques à gaz qui produisent de l’électricité ont peu à peu remplacé en France les centrales à fuel et à charbon. Les nouveaux modèles ont eux-mêmes évolué vers les « centrales à cycle combiné au gaz » (CCG).
Le principe est simple (voir schéma ci-dessous) :
- Les CCG associent une turbine à combustion (TAC) à gaz et une turbine à vapeur reliées toutes deux à un turbo-alternateur.
- La turbine à gaz – qui fonctionne comme un réacteur d’avion – fait tourner le turboalternateur qui produit de l’électricité.
- Les gaz de combustion très chauds sont captés et vont chauffer l’eau d’une chaudière.
- Celle-ci génère de la vapeur qui va faire tourner la turbine à vapeur.
- Cette turbine contribue à son tour à la rotation du turboalternateur.
Bénéficiant d’une double génération, cette centrale à un rendement très supérieur à celui d’une centrale à gaz classique (jusqu’à 70 % contre 35 %). D’autre part, les émissions de CO2 sont divisées par deux par rapport à une centrale au charbon.
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