La cogénération - Conf. Constr. - Bou · Groupes électrogènes (moteur àcombustion interne)...
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Séminaire Bruxelles EnvironnementLeefmilieu Brussel Seminarie
08/10/2009
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La cogénération:Principe
Technologies disponible
Certificats verts
Aides
Yves LEBBE
Facilitateur en Cogénération pour la Région de Bruxelles Capitale
Confédération Construction - Bruxelles le 4 novembre 2010
2
Objectif de la présentation
Répondre à 6 questions:
1. Qu’est-ce que la cogénération ?
2. Pourquoi est-ce que la cogénération peut être si intéressante ?
3. Comment fait-on de la cogénération?
4. Quelles sont les technologies les plus courantes ?
5. Quelles sont les différentes étapes d’un projet de cogénération?
6. Quelles sont les aides?
1. Les certificats verts
2. Les subsides
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La cogénération est la production combinée d’électricité et de chaleur valorisée à partir d’une même énergie primaire
1. Définition de la cogénération
⇒ La µ-cogen ?
⇒ Si la puissance électrique < 50 kWé
⇒ La µ-cogen domestique: puissance électrique de l’ordre de 1 kWé
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⇒ Production électrique classique:
� Principe de la cogénération
35%100%
60%
5%
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⇒ Production de chaleur classique: rendement saisonnier de 90%
� Principe de la cogénération
100% 90%
10%
6
� Principe de la cogénération: Production de chaleur et d’électricitédans une même installation
100%
35% éléc
53% therm
12%
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⇒⇒⇒⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire
2. Pourquoi installer une unité de cogénération?
1 682
1 818
2 857 Cogen
gaz naturel
(35 % élec)
(53 % therm)
1 000
1 514
électricité
chaleur
pertes343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
Gaz Vapeur
(55%)
986
3 500
kWh kWh kWh kWh
1 000
1 514
Une économie de 643 kWh de gaz naturel (18 %) !
8
Une économie de 643 kWh de gaz naturel (18 %) !
⇒⇒⇒⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire, et financière
Pourquoi installer une unité de cogénération?
1 682
1 818
2 857 Cogen
gaz naturel
(35 % élec)
(53 % therm)
1 000
1 514
électricité
chaleur
pertes343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
Gaz Vapeur
(55%)
986
3 500
kWh kWh kWh kWh
1 000
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1 175 kWh de gaz ⇒⇒⇒⇒ 1 000 kWh d’électricité
4 c€ / kWhgaz << 8 à 15 c€ / kWhé
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1 818
2 857 Cogen
gaz naturel
(35 % élec)
(53 % therm)
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électricité
chaleur
pertes343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
Gaz Vapeur
(55%)
986
kWh kWh kWh kWh
1 000
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FCO2 = 2 857 x 0.217 =
620 kg CO2
Coefficient d’émission CO2 :
217 kg CO2/MWh de gaz naturel
ECO2 = 1 818 x 0.217 =
395 kg CO2
Le cas d’une cogénération au gaz naturel
QCO2 = 1 682 x 0.217 =
365 kg CO2
Pourquoi installer une unité de cogénération?
⇒⇒⇒⇒ Pour réaliser des économies d’énergie primaire, financière et de CO2
395+365-620 = Une économie de 140 kg de CO2 !
10
Pourquoi installer une cogénération ?
� Pour ses nombreux avantages !
Economie
Environnement
Social
Réduction facture électricité
Meilleure compétitivité
Rentabilité de
l’investissement
Production décentralisée
Participation à équilibrage
du réseau électrique
Diversification production
électricité (libéralisation)
Accroissement de l’emploi
local (étude, entretien,…)
Exportation expertise
Pérennité activité entreprise
Sensibilisation – image de
marque « respectueuse »
Réduction des émissions
polluantes
Réduction des émissions en
CO2
Préservation des réserves
d’énergie
Réduction pertes en ligne
Valorisation de déchet(s)
Les 3 piliers du développement durable
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3. Comment fait-on de la cogénération?
Par la récupération de la chaleur sur des technologies existantes de production d’électricité
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� ⇒⇒⇒⇒ Récupération de la chaleur sur
des technologies existantes de production d'électricité
� Groupes électrogènes (moteur à combustion interne)
� Turbines à gaz/biogaz/mazout
� (Turbines à vapeur – moteur vapeur)
� Moteur Stirling (moteur à combustion externe)
� Pile à combustible
Type de combustible :
� Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, …
� Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,…
3. Comment fait-on de la cogénération?
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LA COGENERATION PARLA COGENERATION PAR
2857 kWh
(gaz naturel)
1000 kWh
(35%)
1514 kWh
(53%)
343kWh
(12%)
� Le moteur à combustion interne
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En réalité: Cogénération gaz à l’hôpital militaire de NOH – 300 kWé
Cogen gaz – CES - Cofely
302 kWé – 297 kWth.
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autre exemple: Cogénération gaz de 120 kWé à la clinique Sainte-Anne et Saint-Rémy à Anderlecht.
Cogen gaz - Sokratherm
120 kWé – 215 kWth.
16
Et des petites puissances:
Cogen gaz - AISIN
6 kWé – 11,5 kWth.
µ-Cogen gaz Remeha
1 kWé – 11,5 kWth.
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� ⇒⇒⇒⇒ Récupération de la chaleur sur
� des technologies existantes de production d'électricité
� Groupes électrogènes (moteur à combustion interne)
� Turbines à gaz/biogaz/mazout
� Turbines à vapeur – moteur vapeur
� Moteur Stirling (moteur à combustion externe)
� Pile à combustible
Type de combustible :
� Combustibles fossiles : gaz, mazout, propane, charbon, …
� Combustibles renouvelables : bois, biogaz, biodiesel, huiles,…
� Survol des technologies disponibles et à venir
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Moteur Stirling (moteur à combustion externe)
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Avec moteur Stirling:
� Puissance électrique: 1 kW
� Puissance thermique: 14 à 36 kW
� Rendement global d’environ 98% (en fonction des conditions)
� Budget 15.000 à 20.000 €
� TRS: 5 à 8 ans
� Exemple Stirling:La MICRO-cogénération domestique …
Whispergen
Remeha
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� La cogénération « renouvelable » :
� Moteur au biogaz
⇒ Gazéification du bois, biométhanisation, gaz de décharge
� Moteur à l’huile végétale ou au biodiesel
⇒ Huile de colza, ester méthylique d’huile de colza, autres huiles
� Turbine vapeur
⇒ Tout type de combustibles renouvelables (biomasse, huiles, …)
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⇒ Moins polluants qu’un combustible fossile (par le captage de CO2 pendant la croissance des
plantes)
Coefficient CO2 pour le :
mazout = 306 kg/MWh
gaz naturel = 217 kg/MWh
biodiesel = 80 kg/MWh
huile végétale pure = 70 kg/MWh
1 ha = +/- 1 150 litres = +/- 11 MWh
� Moteur à l’huile végétale (p.ex.colza)
Moins d’émissions de CO2 ⇒⇒⇒⇒ plus de certificats verts
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� Simultanéité des besoins d'électricité et chaleur
� … mais possibilité de revendre l'électricité et/ou de stocker la chaleur
� Ne remplace pas totalement une chaudière classique
� … mais la complète utilement
� Nécessite un investissement supplémentaire (p/r chaudière)
� … mais qui peut être récupéré plus ou moins rapidement
� Nécessite un suivi plus régulier et plus coûteux (p/r chaudière)
� … mais possibilité de sous-traiter (garanties, télé-monitoring, …)
Les limites de la cogénération
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� 2 critères importants:
� 1. des besoins en chaleur « importants et constants » (bon profil journalier, hebdomadaire et mensuel)
� 2. des besoins en électricité « assez constants » (bon profil journalier, hebdomadaire et mensuel,)
4. Critères du bon candidat pour une cogénération
COGENcalc.xls
Mais avant de commencer: pensez URE !
« La meilleure énergie est celle que l’ on ne consomme pas »
24
Les 6 étapes à suivre pour réussir son projet :
1. l’étude de pertinence
2. L’étude de faisabilité
3. Choisir la formule de financement la plus adaptée et les primes à
l’investissement
4. Rédaction du cahier des charges, plans, permis, …
5. Comparaison judicieuse des offres
6. Le suivi
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L’étude de pertinence
� L’étude de pertinence (cogencalc)
� profils de chaleur standard en fonction de l’utilisation du bâtiment.
� ⇒ déterminent la puissance max. en fonction des besoins thermiques
� Consommation de chaleur annuelle
� Ne tient pas compte du profil de consommation d’électricité
� Ne tient pas compte des difficulté d’intégration
� Pas de possibilités d’optimaliser (p.ex. charge partielle, régulation)
� Résultat « à la grosse louche »
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� ⇒⇒⇒⇒ Quel est le dimensionnement OPTIMUM économique?
� la puissance optimum de l’unité de cogénération
� Qui économise un maximum d’émission de CO2 ET
� Qui est économiquement la plus rentable
L’étude de pertinence
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Règles pour le dimensionnement d’une cogénération
Il n’existe pas de règle ou formule toute faite
pour dimensionner une cogénération !
L’étude de pertinence
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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
Constat :
⇒⇒⇒⇒ Pour un même bâtiment, il est possible d’installer
différentes tailles d’unités de cogénération
L’étude de pertinence
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Quelques lignes directrices…
⇒⇒⇒⇒ Dimensionnée en fonction des besoins thermiques
(afin de valoriser toute la chaleur produite et ainsi être une
« cogénération de qualité »)
⇒⇒⇒⇒ Assurer la base des besoins thermiques
(pour éviter démarrages – arrêts intempestifs)
⇒⇒⇒⇒ Eviter de revendre trop d’électricité produite au réseau
(pour valoriser l’électricité produite au meilleur tarif)
L’étude de pertinence
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� L’étude de faisabilité apporte une réponse claire, sur base de:
� Profil réel des besoins en chaleur (mesuré)
� Profil réel des consommations d’électricité (mesuré ou Sibelga)
� Détermine la part d’électricité autoconsommée et revendue
� Simule le fonctionnement de plusieurs puissances de cogen et détermine celle qui a la meilleure rentabilité
� Possibilité d’optimaliser le fonctionnement de l’unité de cogénération
� Charge partielle, heures de fonctionnement, ballon de stockage, etc.
� Tient compte de l’intégration dans le système actuel
� Fait une analyse énergétique, écologique et économique
� Résultat fiable
L’étude de faisabilité
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L’étude de faisabilité
Mesurer:
1. Mesure des besoins en chaleur pendant 15 jours:� Placer des compteurs: impulsions des brûleurs ou mesure du débit
et le delta t° aller-retour
2. Mesure des besoins en électricité� Demander à Sibelga ou placement de compteurs
3. Extrapoler sur 1 an (COGENexptraplolation.xls)
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Calcul du dimensionnement: simulations avec CogenSim
L’étude de faisabilité
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Optimisation des cogénérateurs par puissance
65 673
3.3
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
300 000
350 000
20 32 44 56 68 80 92 104 116 128 140kWé
EUR
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0 Années
CertificatsVerts *
V.A.N.
Temps deretour
* Certificats verts en € sur toute la durée de vie du cogénérateur
L’étude de faisabilité
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Caractéristiques techniques Cogénération au gaz naturel
A charge nominale
Puissance thermique 133 kWth
Rendement thermique 54.5 %
Puissance électrique 80 kWé
Rendement électrique 32.8 %
Puissance primaire 211 kWprim
Sur l'année entière
Rendement thermique moyen 54.6 %
Rendement électrique moyen 32.1%
Rendement global 86.6 %
Durée de fonctionnement 8 314 heures
Production thermique nette 1 082 741 kWhth/an
Production électrique nette 636 060 kWhé/an
Consommation en combustible 1 984 338 kWhprim/an
Encombrement approximatif (L x l x h) 4 m x 1.2 m x 1.9 m
Poids 3 tonnes
L’étude de faisabilité
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Bilan énergétique
Situation "avant" cogénération (factures 2005)
Consommation de gaz naturel 1 835 616 kWhprimaire PCI / an (avec 30% URE)
Besoins net en chaleur 1 560 274 kWhth / an (rendement de 85%)
Consommation d'électricité 655 554 kWhé / an (pointe 130 kWé)
Situation "après" cogénération (simulations)
Consommation de gaz naturel des chaudières 1 273 812 kWhprimaire PCI / an
Consommation de gaz naturel de la cogénération 1 984 338 kWhprimaire PCI / an
Surconsommation de gaz naturel de la cogénération
710 526 kWhprimaire PCI / an
Production de chaleur par cogénération 1 082 741 kWhth / an
Production d'électricité par cogénération 636 060 kWhé / an
Auto-consommation de l'électricité produite 552 246 kWhé / an (84 % des besoins)
Revente d’électricité au réseau 83 814 kWhé / an (13.2 % de la production)
Subsides
L’étude de faisabilité
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Bilan environnemental
Emissions de CO2 évitées 81 413 kg CO2 / an
Economie relative en CO2 15.9 %
Nombre de certificat vert (1 CV = 217 kg CO2) 375 CV / an
Economie en énergie primaire 375 180 kWh / an de gaz naturel
Taux d'économie en énergie primaire 15.9 %
L’étude de faisabilité
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L’investissement:
Postes Montant [€ HTVA]
Module de cogénération complet (livré en container) 110 000
Démontage de la chaudière existante 5 000
Installation, raccordement et mise en service (10%) 11 000
Frais de génie civil (ouverture – dalle béton – supports : 10%) 11 100
Frais de l'étude finale (forfait de 7 %) 7 700
Frais de connexion électrique (GRD : 7%) 7 700
TOTAL 152 400
Facteur de sur-investissement (imprévus) 10%
TOTAL "tout compris" 167 640
Montant des aides financières (20%) 33 530
TOTAL net "tout compris" 134 110
L’étude de faisabilité
38
Postes Montant [€ HTVA/an]
Gain électricité 40 885 €
Gain vente d’électricité 2 514 €
Gain chaleur 42 456 €
Gain certificats verts 33 766 €
Dépense en combustible -66 137 €
Dépense en entretien -13 178 €
Gain annuel net 40 306 €
L’étude de faisabilité
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Postes Valeurs
Gain annuel 40 306 €/an
Investissement net 134 110 €
Temps de retour simple (TRS) 3.3 années
Valeur actualisée nette des gains (VAN) 65 672 €/6 ans
L’étude de faisabilité
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En parallèle :
� Etude de l’intégration technique dans le système
L’étude de faisabilité
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Intégration technique :
� Acheminement et passages ?
� Place dans la chaufferie ? (conteneur extérieur, sur le toit, autre local)
� Cas de plusieurs chaufferies
� Raccordement hydraulique et électrique
L’étude de faisabilité
42
Intégration technique :
� Connexion hydraulique
� En série ou en parallèle
� Priorité à la cogénération
� Régime de températures
� Dissipation de la chaleur
� Ballon de stockage (avec une bonne isolation)
2. L’étude de faisabilité
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� Connexion en série sur la chaudière
chaudière
● ● ●
● ● ●
utilisateur
cogen
L’étude de faisabilité
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� Connexion en parallèle sur la chaudière
chaudière
● ● ●
● ● ●
utilisateur
cogenstockage
L’étude de faisabilité
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� Connexion électrique
� ⇒ en général au TGBT (400 V.)
� Mise en parallèle sur le réseau (voir prescription Synergrid et Sibelga)
L’étude de faisabilité
46
Points d’attention:
� Portée du sol (pour la cogen et éventuellement le ballon des stockage)
� Prendre les précautions nécessaires pour réduire le bruit et les
vibrations
� La pression et le débit de gaz sont-ils suffisants
� Attention à la qualité de l’eau (encrassement des échangeurs)
� Evacuation des gaz d’échappement (tubage de la cheminée)
� Régulation entre la (les) chaudière(s) et la cogénération (cogen
prioritaire)
L’étude de faisabilité
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Conclusion: une cogénération est (ou n’est pas)
� techniquement faisable
� économiquement intéressante
� favorable pour l’environnement
Résultats fiables et précis permettent la prise de décision
L’étude de faisabilité
48
Choix de la formule de financement
Tout est négociable !
� Les 4 formules les plus courantes :
� Contrat de maintenance et d’exploitation
� Partenariat avec un producteur ou un fournisseur d’électricité
� Fournisseur de chaleur et d’électricité (ESCO -Energy Services Company)
� Tiers-investisseur
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… et pour finir
� Demande d’offre – Cahier de charge
� Comparaison des offres
� Choisir la meilleure technologie et …
� … le meilleur partenaire !
Quels critères de comparaison ?
PAS uniquement le montant de l’investissement …
Mais : par exemple:
� 20% pour la qualité technique (métré, fiches, plans…)
� 40% pour la rentabilité (GAN, TRS, TRI, VAN)
� 10% pour le délai d’exécution (entre commande et réception)
� 30% pour les garanties (délai intervention, disponibilité, qualité du contrat d’exploitation, pénalités…)
50
Le suivit de la cogénération
� Une cogen demande un suivi régulier
� Le suivi journalier:
� fuites d’huile ou autre, bruits ou vibration anormale
� La maintenance régulière:
� selon le programme d’entretien du fabricant: Vidange d’huile,
contrôle de l’allumage, etc
� entretien curatif et préventif
� Le suivi d’optimalisation
� Suivi des rendements électrique et thermique
� Du nombre d’heures de fonctionnement
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Conclusions
� La cogénération est une technologie intéressante :
⇒ 3 pôles : économique, social, environnement
� Qui peut, dans certains cas, rapporter gros :
⇒ cash flow annuel, TRS, VAN, TRI, …
� Mais qui doit être bien conçue et bien réfléchie :
⇒ étude de faisabilité, engineering, …
⇒ 4 formules de financement
� Et surtout, bien suivie :
⇒ contrat de maintenance et d’exploitation
52
Vente CV
Fournisseurs
d’électricitéPropriétaire d’une cogénération
Quota
* (2,5
0%)
Pénalit
é (100 €
)
électricité
chaleur
Remise
CV
Principe des certificats verts (CV)
Octroie
CV
+/- 90 EUR/ CV
2009 2010 2011 2012
2,5% 2,75% 3% 3,25%
*Evolution des quotas
Conditions:
� Installation certifiée par Brugel
� Réaliser une économie relative de
C02>=5% (par rapport à des
installations de références)
� Installation < 10 ans
Octroi:
� Pendant 10 ans
� CV valable 5 ans
� Tous les trimestres
� 1CV pour 217kg de CO2 évités
www.brugel.be
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Certificats verts
Le calcul du nombre des CV
Cogen au gaz naturel
N.B.: Comparaison des émissions CO2 avec les unités de référence:
� Électricité: rendement de référence = 55%
� Chaleur: rendement de référence= 90%
1 682
1 818
2 857 Cogen
gaz naturel
(35 % élec)
(53 % therm)
1 000
1 514
électricité
chaleur
pertes343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
Gaz Vapeur
(55%)
986
kWh kWh kWh kWh
1 000
1 514
FCO2 = 2 857 x 0.217 =
620 kg CO2Coefficient d’émission CO2 :
217 kg CO2/MWh de gaz naturel
ECO2 = 1 818 x 0.217 =
395 kg CO2
QCO2 = 1 682 x 0.217 =
365 kg CO2
54
Certificats verts
� L’économie en CO2:
G = ECO2 + QCO2 - FCO2 = 395 + 365 – 620 = 140 kg de CO2
� L’économie relative de CO2
� Le nombre de CV
%18760
140
365395
620365395
22
==
+
−+=
+
=
COCO QE
G
donc 0.645 x 90 € = 58 € pour la productionde 1000 kWhé
Le calcul du nombre de CV
Cogénération au gaz naturel
> = 5%
) € 90CV (1 CV 645.0217
140
217≈===
G
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Certificats verts
Le Coefficient d’émission de CO2
Gaz naturel Mazout Charbon Huile de colza Bois Huile de palme
217 306 385 de 65 à … de 20 à … En fonction de l’origine
� A chaque combustible est attribué un coéfficient d’émission (exprimé ci-dessous en kg de CO2 per MWh)
� Ces coéfficients de CO2 tiennent compte de la préparation (extraction, traitement, récolte, culture et transport) et de la combustion.
56
Certificats verts
2 857
kWh
1 682
1 818
Cogen
Huile végétale
(35 % élec)
(53 % therm)
1 000
1 514
électricité
chaleur
pertes343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
Gaz Vapeur
(55%)
986
kWh kWh kWh
1 000
1 514
FCO2 = 2 857 x 0.065 =
186 kg CO2
Coefficient d’émission CO2 :
217 kg CO2/MWh de gaz naturel
65 kg CO2/MWh de huile de colza
ECO2 = 1 818 x 0.217 =
395 kg CO2
QCO2 = 1 682 x 0.217 =
365 kg CO2
Le calcul du nombre des CV
Cogen à l’huile végétale
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Certificats verts
� L’économie en CO2:
G = ECO2 + QCO2 - FCO2 = 395 + 365 – 186 = 574 kg de CO2
� L’économie relative de CO2
� Le nombre de CV
%75760
575
365395
186365395
QE
G
22 COCO
==
+
−+=
+
=
Le calcul du nombre de CV
Cogénération à l’huile végétale
>= 5%
2007)en €90CV (1 CV 65.2217
575
217
G≈===
donc 2.65 x 90 € = 238 € pour la productionde 1 MWhé
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Aides et primes à la cogénération
� Niveau fédéral
� Niveau régional
� Réduction d’impôt pour investissement économiseur d’énergie
� Les primes énergies
� tertiaire, industrie et logement collectif et les communes
� communes
� Les aides financières régionales aux entreprises
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Au niveau régional: les primes énergie 2010
� Prime A2 ‘Etude de faisabilité’ � 50%
� Prime E2a ‘Installation de cogénération’ est d’application à hauteur de:
� 25% de la facture si la puissance nominale électrique de l'installation est inférieure ou égale à 50kWé
� 20% de la facture si la puissance nominale électrique de l'installation est supérieure à 50 kWé
� Pour plus d’info sur les primes énergie: www.bruxellesenvironnement.be
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Au niveau régional: aides aux entreprises
Aide en matière d’investissements économiseurs d’énergie pour les sociétés
� Aide à l’investissement varie en fonction de la taille de l’entreprise:
� pour les micro et petites entreprises, 45 % du montant de l'investissement admissible
� pour les moyennes entreprises, 35 % du montant de l'investissement admissible
� pour les grandes entreprises, 25 % du montant de l'investissement admissible
� Aide augmentée de 5% pour les entreprises disposant du label entreprise Eco-dynamique ou la certification ISO 14000
� Plafond de 80 000 EUR par entreprise et par année civile
� Aide non cumulable avec les primes régionales
� Plus d’informations concernant les aides régionales pour les entreprises: www.primespme.be
� Contacts:Direction des Aides aux Entreprises du Ministère de la Région de Bruxelles Capitale (MBRC)
Patrice Maris
Boulevard du Jardin Botanique, 20
B-1035 Bruxelles
Tél. 02/800.34.23 – Fax: 02/800.38.04
E-mail: [email protected]
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Pour vous aider…
� Les « outils » d’aide à la décision :
� Document « Réaliser une étude … dans les Règles de l’Art »
� Feuille de calcul COGENcalc.xls
� Logiciel de simulation COGENsim.xls
� Liste des acteurs de la cogénération
� www.bruxellesenvironnement.be
� Un Facilitateur à votre disposition :
� Guidances et aide aux porteur de projets
� Aide aux bureaux d’études – supervision d’études de faisabilité
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Merci pour votre attention.
Questions?
Yves Lebbe
0800/85 775