DOSSIER COGÉNÉRATION
Assens : cogénération avec turbine à vapeur Julie Brassoud, ITEBE
La centrale de cogénération de Assens au Danemark est aujourd’hui le producteur principal de chaleur sur le réseau urbain. Nous allons ici regarder de plus près cette installation de grande puissance fonctionnant avec la technologie de turbine à vapeur.
Danemark
DÉTAILS DU PROJET ET DE LA SOCIÉTÉ D’EXPLOITATION Le site de Assens Fjernvarme est géré par une coopérative, c’est-à-dire une société créée et gérée par les clients du réseau de chaleur, l’installation ne fait donc pas de bénéfices. 2 500 habitations sont reliées au réseau de chaleur. Alors qu’en 1961 le réseau de chaleur fonctionnait avec une chaudière au fioul, 2 chaudières à charbon sont ajoutées en 1984. En 1989 ces dernières ont été converties en chaudières à plaquettes sèches n’acceptant que du bois à 20% d’humidité, tandis que la chaudière au fioul
Schéma de la centrale à cogénération de Assens
a été remplacée par une chaudière à granulés. Enfin, c’est en 1999 qu’est construite la chaudière biomasse en cogénération avec turbine à vapeur. Elle fonctionne en continu, 24h/24 et 7j/7. Le système est entièrement automatisé et fonctionne en télésurveillance les week-ends et nuits, 8 000 heures/an. Sur place, c’est une équipe de neuf employés qui gère le site, dont quatre personnes sont directement liées aux opérations sur la centrale cogénération, mais aussi sur l’organisation, de 8h à 16h. Ceci représente en fait 2,5 personnes à plein temps. L’installation est réalisée de sorte qu’il n’y a pas de présence le soir et la nuit. On compte maintenant 3 000 heures de fonctionnement en cogénération avec leurs deux turbines à vapeur. La production annuelle est de 15 000 MWh de chaleur par an et d’environ 7 500 MWh d’électricité.
COMBUSTIBLE Le combustible utilisé est un mélange de plaquettes forestières, sciures, déchets courts et de copeaux, dont l’humidité moyenne est de 40-50%. Il ne contient pas d’écorces parce qu’elles produisent trop de cendres. La consommation annuelle est 45 000 tonnes/an. Site : A droite : bâtiment de livraison de combustible. Quatre zones de livraison (A,B,C,D) à l'intérieur du bâtiment deux ponts grappins. Un convoyeur E pour alimenter le bâtiment qui contient la chaudière biomasse et turbine à vapeur (bâtiment au milieu F). Le bâtiment G à gauche abrite les trois chaudières charbon qui ont été converties au bois. Le bâtiment bleu clair au fond en arrière plan sert au stockage du combustible pour les anciennes chaudières charbon. Au premier plan, on voit les deux accumulateurs de chaleur de 2 500 m3 chacun.
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SYSTÈME D’ÉCHANTILLONNAGE, ANALYSE D’HUMIDITÉ ET FACTURATION INFORMATISÉE Les camions d’approvisionnement livrent à la centrale jusqu’à 80 MAP à la fois, provenant de la forêt et de l’in-
dustrie. Tous les camions livrant du combustible sont pesés sur un pont bascule. Le conducteur glisse sa carte magnétique, qui contient l’information sur la société fournissant le combustible. Ce système est indispensable car il existe plusieurs fournisseurs qui livrent différents types de combustibles. Après avoir glissé la carte, deux sacs en plastique avec des étiquettes à code barre sortent de la machine. Le livreur vide alors son camion, puis il prélève deux échantillons de la fosse de déchargement qu’il place dans les deux sacs. Des caméras de vidéo surveillance sont en permanence sous les bennes de déchargement. Le livreur pèse de nouveau son camion avant de partir et il dépose les deux sacs fermés avec une fermeture étanche dans un conteneur à la sortie du site. Les échantillons sont ensuite analysés dans une étuve pour déterminer l’humidité et les étiquettes à code barre sont scannées. Le tonnage du combustible livré ainsi que l’humidité moyenne mesuréesont utilisés pour établir la facture et payer le fournisseur.
STOCKAGE ET SYSTÈME D’ALIMENTATION Le silo de stockage est très grand et comprend 4 silos individuels avec 4 fosses de déchargement pour 7 jours d’autonomie. L’alimentation se fait avec deux ponts grappins fonctionnant en même temps. Chaque pont grappin, en cas de panne, est capable de livrer jusqu’à 2/3 de la demande de l’installation. Les grappins déchargent dans une trémie avec un système de disques pour enlever les gros morceaux. Le combustible passe ensuite dans un mélangeur avec quatre vis au fond d’une trémie avant d’être acheminé vers la chaudière. Les combustibles sont mélangés avec un ratio prédéfini avant l’entrée dans la chambre de combustion. Puisque la chaudière à vapeur alimente une turbine, où un fonctionnement permanent et la production
DOSSIER COGÉNÉRATION d’électricité sont des paramètres essentiels, les opérations sur la chaudière doivent faire en sorte q ue les paramètres de la v ap e ur ( d é b i t massique, température, pression) soient aussi pré cis et constants que possible. Le bâtiment est ouvert sur les cotés pour permettre une ventilation naturelle afin de minimiser la formation de champignons. Le bâtiment lui-même a été construit séparément du bâtiment de la chaudière pour éviter l’exposition des techniciens aux poussières de bois et éventuellement des spores de champignons. Les contrats de livraison de plaquettes incluent des closes de qualité sur le combustible et doivent répondre aux exigences telles que définies dans la classification de l’association danoise des propriétaires forestiers. De plus, le contrat définit les limites suivantes (% pondéral) : - Soufre < 0,05% - Chlore < 0,02% - Cendres < 1,5%. Une déchiqueteuse mobile est occasionnellement louée pour les grumes. De manière générale, le bois demandé ne doit contenir aucune pollution ou matériaux étrangers. L’alimentation pneumatique envoie par intermittence le combustible dans la chambre de combustion. Les petites particules brûlent en suspension alors que les plus grosses tombent sur la grille. Cette dernière e s t re f ro i d i e à l ’ e a u e t v i b re 3 secondes pour chaque 20 minutes, ce qui fait tomber les cendres dans le système de décendrage.
EVACUATION DES CENDRES Les cendres sont mises en décharge à cause d’une forte concentration en cadmium. Pour l’instant la source du cadmium n’est pas connue, mais celui-ci pourrait éventuellement provenir des émissions de véhicules ou des bateaux.
Schéma de la centrale de cogénération d’Assens.
QUELQUES CHIFFRES… PRIX D’ACHAT Le tarif d’achat de l’électricité est intéressant même s’il n’existe pas une garantie d’achat à ces prix.
Prix d’achat de base : Prix d’achat en période de pointe : Prix d’achat journée : Prix d’achat nuit :
36 €/MWh 36 €/MWh + 75 €/MWh = 111 €/MWh (4,5 heures par jour) 36 €/MWh + 60 €/MWh = 96 €/MWh 36 €/MWh + 28 €/MWh = 64 €/MWh
ASPECTS ECONOMIQUES.
L’investissement : Subventions : Vente de Chaleur : Tarif d’achat d’électricité : Coût du combustible : Décharge :
16,7 M€ pour la cogénération biomasse (bâtiments compris) 3,4 M€ pas indiqué environ 90 €/MWh en moyenne 29 à 41 €/tonne selon l’humidité 160 €/tonne de cendres
DESCRIPTION TECHNIQUE
Chaudière : marque Babcock & Wilcox Volund avec surchauffeur (vapeur à 75 bar et 525°C) Puissance installée : 17,3 MW Turbine à vapeur à condensation avec deux étages Thermique : 12 MWth après turbine et 3 MWth avec condensation des fumées (seulement en hiver) (réseau de chaleur de 70-90°C à 30-45°C) Deux accumulateurs de chaleur de 2 500 m3 chacun Production annuelle énergie thermique : 226 000 GJ Electrique : 5 MWel en trois phases, produite directement en 10 000 KVA Production annuelle énergie électrique : 27 000 MWh Valeurs limites d’émissions (10% O2, sur sec) : CO 270 mg/Nm3 NOx 450 mg/Nm3 Polveri 40 mg/Nm3 BILAN ENERGÉTIQUE
Production électrique : Production thermique : (sans condenseur) Production thermique : (avec condenseur)
27% 60% 80%
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