La CogénérationLa Cogénération

SommaireSommaire

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 cogénération1) 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 principeSchéma de principe

2) Technologies2) 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 moteurLa 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 StirlingMoteur StirlingLe 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:

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).

Coupe d'un moteur Stirling de type bêta:

Source chaude coté rose, source froide coté gris, piston de déplacement en vert, piston moteur en bleu.

La cogénération par turbine à La cogénération par turbine à combustioncombustion

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 La cogénération par turbine à vapeurvapeur

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 combinéLe 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 trigénérationLa 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 la cogénération par pile à combustiblecombustible

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 inconvénients3) 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 4) Place de la cogénération dans l'Europel'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) Rendement5) 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) Conclusion6) 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.

FinFinCrée par POP Frédérick et PIERRE David

Source:Source:Wikipedia

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