Bruxelles Environnement

Formation Bâtiment Durable :

Systèmes d’énergie renouvelable (SER): conception et régulation

Biomasse, bio-cogénération et énergie éolienne

Jonathan FRONHOFFS

Cenergie scrl

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Objectif(s) de la présentation

● Introduction aux techniques utilisant la biomasse,

la cogénération et le vent

● Avantages et points d’attention des différentes

options

● Applicabilité dans le contexte de Bruxelles

● Questions réglementaires en matière d’Ecodesign

et de PEB

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Au préalable : installations de chauffage et Ecodesign

1. Biomasse

2. Bio-cogénération

3. Énergie éolienne

4. Réglementaire : PEB et Ecodesign

Schéma général de la présentation

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1. BIOMASSE

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1. Biomasse

● Biomasse = matière organique provenant

d’animaux et de plantes

► Matières ligneuses : pellets/granulés (provenant

probablement de flux de déchets)

► Huiles bio : colza / palme / betterave

► Flux résiduels : boues d’épuration, composte, déchets

organiques (gazon, souches)

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1. Biomasse – Techniques de conversion

Source : ecp-biomass.eu

Biomasse

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1. Biomasse – Combustion

● Réaction chimique :

Biomasse + O2 CO2 + H2O + chaleur

● Souvent combustion incomplète par manque de O2 :

► Formation de CO

► Formation de particules fines

C’est pourquoi : importance de bonnes conditions de

combustion (bonne alimentation en air et bon tirage

de cheminée) !

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1. Biomasse – Émissions

Comparaison des émissions de carburants pour applications

résidentielles en ville

Source : Agence européenne pour l’environnement, EMEP/CORINAIR Guide de

l’inventaire des émissions

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1. Biomasse – Émissions

Comparaison des émissions de carburants pour applications

résidentielles en ville

Source : Agence européenne pour l’environnement, EMEP/CORINAIR Guide de

l’inventaire des émissions

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1. Biomasse – Émissions

Source : présentation S. Bram (VUB)

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1. Biomasse – Émissions

● Donc pour l’application avec chaudières à pellets

ou poêles à bois (combustion du bois) :

► Réduction des émissions de CO2 et augmentation de

l’énergie renouvelable

► Mais :

› Augmentation des émissions de particules fines PM10

› Augmentation des émissions de COV et de dioxine

› Augmentation du taux de suie

= impact sur la santé !

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1. Biomasse – Coûts des carburants

Prix unitaires des différents carburants en RBC

Source : Guide du bâtiment durable

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1. Biomasse – Techniques

● Chaudière à pellets de bois

1. Réservoir

2. Vis d’Archimède

3. Tube d’alimentation

4. Foyer

5. Arrivée d’air

6. Sortie d’air

7. Ventilateur

8. Panneau de commande

9. Arrivée d’air froid

10. Évacuation des fumées

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1. Biomasse – Techniques

● Investissement moyen (installation comprise) :

► 350 €/kW

● Consommation moyenne de pellets :

► +/- 300 kg/an par kW perte de chaleur

● Rendement chaudière à pellets :

► 85-92%

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1. Biomasse – Techniques

● Poêle à bois :

► Chauffe immédiatement la pièce dans laquelle

l’installation est placée (système individuel)

● Rendement : 70 – 90%

● Capacité difficilement réglable

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1. Biomasse – Points d’attention des installations de chauffage au bois

● Choisissez la bonne essence de bois et la bonne

qualité (contenu énergétique, teneur en eau, longueur,

etc.)

● Optez pour une arrivée d’air extérieur (système type C)

● Bon dimensionnement (qualité de la combustion !)

● Utilisation de l’espace ; espace de stockage de la

biomasse

► Et : accès au carburant (alimentation biomasse)

● Formation de cendres (+/- 0,3 à 0,5% de l’intrant)

● Entretien est crucial (qualité de la combustion !)

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1. Biomasse – Techniques

● Mélanger/remplacer le mazout par du mazout bio

► Chaudières à condensation au mazout bio

› Concentration mazout bio environ 20% ; encore en phase de

développement

► Chaudières à huile de colza

Source : Viessmann

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1. Biomasse – Techniques

● Bio-fermentateur :

► Dans un contexte urbain ?

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1. Biomasse – Applicabilité

Avantages :

● Matière organique

● Quasi neutre en CO2 (par photosynthèse)

● Utilisation de flux résiduels

Source : Valblom

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1. Biomasse – Applicabilité

Points d’attention :

● Logistique à Bruxelles : production/distribution des

matières premières

► Biomasse a besoin d’espace pour grandir

► Problématique d’approvisionnement

► Entreposage des stocks

● Investissement et entretien des installations

● Qualité de la biomasse très déterminante pour

l’énergie produite !

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1. Biomasse – Avenir en RBC

Applications à plus grande échelle :

● Immeubles à appartements plus grands avec

chauffage central

● Au niveau de quartier : compostage / fermentation

Source : Matriciel

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2. Bio-cogénération

100%

36% élec

53% therm

11%

● Principe de CG : la production combinée de deux formes d’énergie

(électricité et « chaleur utile ») à partir d’une même source d’énergie.

µ-CG si Pe < 50 kW

µ-CG domestique : +/- 1kWé

2. Cogénération – Principe

Source : Présentation du facilitateur CG, Séminaire « Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la CG », IBGE

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2. Cogénération – Techniques

Différents carburants :

● Cogénération au gaz naturel pas renouvelable

● Cogénération à biomasse renouvelable

► Avec carburants tels que décrits ci-avant dans la section

biomasse :

› Mazout bio

› Pellets/granulés de bois

› Mais aussi : boues d’épuration, compost et déchets

organiques

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2. Bio-cogénération – Exemple en RBC

● Cogénération à huile de colza à ‘La Sauvenière’

(logement collectif)

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2. Bio-cogénération – Comparaison

● Comparaison de la bio-cogénération et de la

cogénération classique :

► Les bio-cogénérations appliquées en RBC sont des

cogénérations à huile de colza

› Avantages :

– Plus grande réduction de CO2 grâce à l’utilisation de

biomasse

– Par conséquent aussi plus de Certificats d’énergie verte

(CEV)

› Inconvénients :

– Forte fluctuation du prix du carburant

– Investissement plus important

– Nécessite plus d’entretien

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2. Cogénération : où commencer ?

● Audit énergétique général du bâtiment !

● Priorités !

● Si le remplacement de la chaudière est prévu, il est généralement plus intéressant d’installer directement la cogénération

● La rentabilité globale du projet est améliorée

● Possibilité d’installation CG vs. mesures REG

● Tenir compte de la consommation pour le dimensionnement

● Demande de chaleur réduite par REG: surdimensionnement

● Surdimensionnement chaudières : remplacer 1 par cogénération

● Souvent une bonne solution pour faire de la place

● Bon dimensionnement crucial pour bon fonctionnement !

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 731 1461 2191 2921 3651 4381 5111 5841 6571 7301 8031

kWth Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) - 2002

Constatation :

Pour un même bâtiment, il est possible de placer

différentes capacités de cogénération

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Source : Présentation du facilitateur CG, Séminaire « Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la CG », IBGE

heures

2. Notion de cogénération « correctement dimensionnée »

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2. Notion de cogénération « correctement dimensionnée »

● Dimensionnée en fonction de la demande de chaleur

totale du site

► Tenant compte de l’éventuelle diminution de celle-ci

en raison de mesures REG (futures)

● Dont la capacité permet au moins 90% de la

production thermique maximale par cogénération

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2. Micro-cogénération?

● Rentabilité pas encore démontrée… pour Bruxelles.

● 3-24 kW thermique – 1 kW électrique

● +- 10.000 à 12.000 € (sans installation)

Source : Vaillant & Remeha

1. Étude préliminaire (COGENcalc)

2. Étude de faisabilité (COGENsim)

3. Choisir la meilleure formule de financement (fonds propres, prêt bancaire, tiers investisseur…) et chercher les primes à l’investissement possibles

4. Ingénierie, rédiger les cahiers des charges, plans, permis…

5. Comparaison des offres

6. Installation et suivi des performances de l’installation

● Contrat d’entretien avec garanties de résultat

2. Les 6 étapes pour le bon déroulement d’un projet de cogénération :

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Faites-vous accompagner par un bureau d’études compétent !

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2. Bio-cogénération – Avenir en RBC

● Bio-cogénération au bois ?

► Investissement important en raison de l’installation d’un

silo pour entreposer la biomasse

► Résultats en attente

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3. ÉNERGIE ÉOLIENNE

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3. Énergie éolienne

● Énergie éolienne à Bruxelles ?

► C’est possible ! ... mais…

Source : Wintegrate (installation pilote temporaire dans le cadre d’un projet de recherche de

deux ans à la VUB – Innoviris)

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3. Énergie éolienne – Applicabilité

Défis pour la RBC :

● Toits appropriés

► À partir de 40m de hauteur

► À Bruxelles +/- 50 toits appropriés

● Vitesses de vent par rapport au bâti environnant

► Hauteur du rotor 10-15 m au-dessus du bâtiment

● Coûts d’installation

► Location d’une grue augmente les coûts de +/- 33%

● Manque de bonne technologie

► Marché pour ‘petites’ éoliennes encore immature

Source : Wintegrate (résultats)

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3. Énergie éolienne – Technique

● Éoliennes à axe vertical et horizontal

● Éoliennes à vitesse constante et variable

► Constant : rotor tourne à une seule vitesse

► Variable :

› Pitch-control : changement de l’angle pour tourner au niveau

de la puissance nominale

› Stall-control : angle fixe, mais vitesse et production sont

maintenus constantes à des vitesses de vent élevées

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3. Énergie éolienne – Technique

● Vent : déplacements d’air des zones de haute

pression vers des zones de basse pression causée

par l’ensoleillement

● Contenu énergétique :

Pvent = ½ Cp ρ V³ A

Cp = 0,593 (partie maximale du rendement pouvant être

prélevée au vent (limite de Betz)

ρ = densité de l’air (kg/m³)

V = vitesse du vent (m/s)

A = surface de captation (m²)

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3. Énergie éolienne – Technique

● Vitesse du vent (= en fonction du site !) :

► Placement (à la côte / en ville)

► Hauteur

► Temps (vent plus fort la nuit que la journée)

► Saison (vent plus fort en hiver qu’en été)

Problème : les vitesses de vent les plus productives sont

moins fréquentes

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3. Énergie éolienne – Technique

● Surface de captation :

► Au plus elle est grande, au ‘mieux’ (d’un point de vue

énergétique)

› Constructif / stabilité

› Utilisation de l’espace

› …

● Rendement : éolienne à axe horizontal de 5 kW

produit à Bruxelles +/- 13.000 kWh/j

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3. Énergie éolienne – Avenir en RBC

● Situation de la turbine est cruciale pour le rendement !

► Nécessité d’études de faisabilité indépendantes et détaillées

● Développement de la législation :

► Rendre l’étude de faisabilité

obligatoire

► Exigences quant à l’effet

stroboscopique

(‘shadow-flicker effect’)

● Nouveau focus sur périphérie avec industrie (turbines

éoliennes de taille moyenne)

Source : Wintegrate

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3. Énergie éolienne – Avenir en RBC

● Technique : architecture différente des turbines

éoliennes ‘urbaines’ ?

Source : IbisPower

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4. ECODESIGN & PEB

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4. Techniques de chauffage et Ecodesign

● Labels énergétiques obligatoires à partir de :

► 26/09/2015 pour installations de micro-cogénération

► 01/04/2017 pour chaudières à pellets

● Règlement Ecodesign avec exigences minimales

relatives aux produits :

► 26/09/2015 pour installations de micro-cogénération

› Rendement minimum jusqu’à 70 kW : 86%

► 01/01/2020 pour chaudières à pellets

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4. Effets dans le cadre du PEB

● Facteur de conversion énergie primaire : biomasse

= 0,32 (en comparaison : facteur gaz = 1), mais à

partir du 01/01/2016 deviendra aussi un facteur 1 !

● Rendements chauffage :

► Rendements cogénération :

› 47% pour biogaz

› 49% pour huile végétale

› Production d’électricité est un plus ; par conséquent

coefficient CPE inférieur

► Chaudières (à bois uniquement) :

› Différence dans le rapport entre valeurs de combustion

inférieures et supérieures (0,93 pour le bois par rapport à 0,9

pour le gaz)

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4. Effets dans le cadre du PEB

● Facteur de conversion énergie primaire :

► Biomasse = 0,32 (en comparaison : facteur gaz = 1), mais à partir

du 01/01/2016 deviendra aussi un facteur 1 !

● Effet sur calcul PEB :

► Chaudières à biomasse (à bois uniquement) :

› Différence dans le rapport entre valeurs de combustion inférieures et

supérieures (0,93 pour le bois par rapport à 0,9 pour le gaz)

► Bio-cogénération :

› Rendements bio-cogénération légèrement inférieurs à CG classique

› Production d’électricité est un plus ; donc coefficient CPE inférieur

► Éolienne :

› Pas encore intégrée dans PEB, mais peut être introduite sous forme

de ‘concept innovant’

– Au moins 8% d’économie avec application par rapport à la non-

application

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Outils, sites web utiles, etc. :

● Outils cogénération IBGE :

http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/les-bonnes-

pratiques-pour-construire-et-renover/energie/utiliser-les-sources-3?view_pro=1

● Fiches d’informations :

http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Energie_ER20_part_N

L.PDF?langtype=2067

http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Energie_ER12_part_N

L.PDF?langtype=2067

http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Prof_Energie__Winden

ergie_Potentieel_BHG_NL.PDF?langtype=2067

● Logiciel CogenCALC

● Références aux calculs PEB :

http://www.leefmilieu.brussels/uploadedfiles/Contenu_du_site/Professionnels/T

hemes/%C3%89nergie/01_PEB_et_climat_int%C3%A9rieur/01Travaux_PEB/0

7L%C3%A9gislation/ARRETE_210213_AnnexeIX_NL.pdf

http://www.leefmilieu.brussels/uploadedfiles/Contenu_du_site/Professionnels/T

hemes/%C3%89nergie/01_PEB_et_climat_int%C3%A9rieur/01Travaux_PEB/0

7L%C3%A9gislation/ARRETE_210213_AnnexeX_NL.pdf

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À retenir de la présentation

● Bruxelles offre un contexte difficile aux techniques

susmentionnées

● Cependant : dans de bonnes situations, les

chaudières à biomasse, la bio-cogénération et les

petites éoliennes peuvent convenir

► Importance des études de faisabilité !

● Les techniques peuvent être appliquées de

manière complémentaire

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Contact

Jonathan FRONHOFFS

Chef de projet Économies d’énergie

Coordonnées :

: 02/513.96.13

Courriel : jonathan.fronhoffs@cenergie.be