24 mai 2016

Le b.a.-ba de la cogénération et des cycles combinés

Elements d'une usine de cogénération à cycles combinés.
Consommant 10 à 35 % d’énergie primaire de moins que les meilleurs outils de production séparés, la cogénération consiste à produire, sur un même site et de façon simultanée, deux formes d’énergie. Le meilleur exemple ? Les cycles combinés, une technologie qui consiste à faire fonctionner conjointement des turbines à gaz avec une centrale à vapeur, dont la source chaude est la source froide des turbines à gaz. Le maGAZine vous explique tout en détail !

La cogénération, en résumé

Il s’agit de la production simultanée de deux formes d’énergie différentes sur un même site. Dans la plupart des cas, cela consiste à produire de l’électricité et de la chaleur utile ‒ la chaleur étant issue de la production électrique à partir d’une même source d’énergie, par exemple le gaz naturel. La cogénération permet ainsi de valoriser la production d’énergie, tout en limitant les pertes. En effet, le rendement d’une centrale de production électrique, quel que soit le combustible utilisé, dépasse rarement les 40 %. Le reste de l’énergie produite ‒ de la chaleur ‒ est en général dispersé dans l’environnement. La cogénération permet d’améliorer le rendement global de l’installation : avec cette technologie, il y a moins de déperdition d’énergie, les producteurs réalisent des économies de combustibles fossiles, limitent les émissions de polluants comme les gaz à effet de serre et utilisent une énergie perdue jusqu’alors. Bref, c’est une technologie avantageuse dans tous les domaines.

La cogénération dans le monde

Selon un rapport de l’ATEE (Association Technique Énergie Environnement), il y aurait près de 900 installations de cogénération au gaz naturel actuellement en service en France. Elles représentent une puissance électrique totale de 4,7 GWe, soit 4 % de la puissance électrique totale de l’Hexagone. Les autorités espèrent doubler la puissance produite dans les prochaines années… ce qui ne sera possible, selon l’ATEE, que si elles renouvellent les mécanismes de soutien actuellement en place. 900 installations et 4 % de la puissance électriques, c’est bien, mais comme souvent lorsqu’il s’agit d’énergie, les pays du Nord de l'Europe ont de quoi inspirer le reste du continent. Aux Pays-Bas par exemple, la cogénération a connu une croissance rapide dès le début des années 1990, pour représenter près de 52 % de la production d’électricité en 2011. On trouve par ailleurs les taux les plus élevés d’énergie produite par cogénération en Lettonie (42,6 %), au Danemark (40,7 %) ou encore en Finlande (34,9 %). La cogénération alimente quatre principaux types d’installations :
  • les chaufferies ;
  • les réseaux de chaleur ‒ notamment dans le Nord de l’Europe ;
  • les sites industriels ‒ ils sont 191 en France ;
  • les serres maraîchères.

Les cycles combinés, l’exemple type de la cogénération

Comment fonctionne, concrètement, un site de cogénération ? Plusieurs technologies existent, mais intéressons-nous aux centrales électriques à cycle combiné gaz, ou CCCG. Il s’agit de l’un des exemples les plus pertinents en matière de cogénération. Il existe (ou existera) environ une quinzaine de projets en France, en service ou à l’étude. Comment fonctionne cette technologie ? Elle repose sur un système de double cycle :
  • Le premier cycle est constitué d’une ou plusieurs turbine(s) à gaz. Un compresseur comprime de l’air, qui vient alimenter une chambre de combustion dans laquelle le gaz naturel est brûlé. Les gaz chauds produits font tourner la turbine, laquelle entraîne un alternateur produisant de l’électricité. En fin de cycle, un transformateur élève la tension pour permettre l’injection de l’énergie sur le réseau électrique.
  • Le second cycle débute à la sortie des gaz chauds de la turbine à gaz. Ils sont injectés dans une chaudière de récupération, puis évacués dans l’atmosphère par la cheminée. La vapeur produite est ensuite utilisée dans une turbine à vapeur couplée à un alternateur, puis envoyée dans un condenseur pour repartir vers la chaudière de récupération sous forme d’eau… laquelle pourra de nouveau être vaporisée !
En bref, avec les cycles combinés, la source chaude de la centrale vapeur devient la source froide des turbines à gaz, et inversement. Un bel exemple d’optimisation énergétique ! La cogénération peut aussi être utilisée avec de la biomasse, pour produire de l’électricité renouvelable. Plusieurs projets sont en cours en France, en Rhône-Alpes notamment. Ce procédé permet d'optimisé son efficacité énergétique et de réaliser des économies non négligeables. Connaissez-vous d'autres façon de réaliser des économies d'énergie ?

Source de l'image à la Une : Flickr (USACE Europe District)

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