Menu

Diesel moteur. Diesel
Cycle

Moteur endothermique
Boîte de vitesse

Cogénération

Cogénération

La cogénération est le processus de production simultanée d'énergie mécanique (généralement transformée en énergie électrique) et de chaleur. La chaleur peut être utilisée pour chauffer des bâtiments et / ou pour des processus de production industrielle.

Le spectre d'efficacité électrique et thermique des centrales de cogénération varie de quelques à plusieurs centaines de kilowatts. Depuis l'an 2000 environ, les soi-disant mini et micro-centrales avec production combinée de maisons individuelles, de petites entreprises et d'hôtels sont disponibles de plus en plus sur le marché pour la taille d'une machine à laver. En 2009, VW a lancé un projet qui prévoit l'installation de 100 000 petites centrales de cogénération, avec un rendement total d'environ 2 GW.

Généralement, une centrale de cogénération est composée de:

  • Premier moteur;
  • Générateur électrique;
  • Système moteur;
  • Unités de récupération de chaleur;

S'ils étaient divisés par les moteurs principaux, on pourrait distinguer:

  • Usines de turbogaz;
  • Centrales à vapeur turbo;
  • Moteurs alternatifs à combustion interne.

Exemple de cogénération

Le fonctionnement d'une voiture en donne un exemple: la puissance prélevée sur le vilebrequin est utilisée pour la traction et la production d'électricité, la chaleur qui est soustraite des cylindres pour chauffer l'habitacle et la pression des gaz d'échappement pour déplacer le vilebrequin. turbine de compresseur L'exploitation de la chaleur et de la pression n'implique pas une augmentation de la consommation, car ce sont des vestiges du processus de conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique appliquée par le moteur.

Son exploitation permet la transformation de l'énergie primaire introduite (le combustible fournit de l'énergie chimique) en différentes formes d'énergie secondaire produite (mouvement, chaleur). Un système qui fonctionne à partir de la cogénération est appelé cogénérateur.

CHP utilise

L' énergie thermique peut être utilisée à des fins de conditionnement industriel ou environnemental (chauffage, refroidissement).

La cogénération est réalisée notamment dans des centrales thermoélectriques, où sont récupérées de l'eau chaude ou de la vapeur et / ou des fumées de process, produites par un moteur primaire alimenté par des combustibles fossiles (gaz naturel, fioul, etc.) ou des combustibles non organiques. fossiles (biomasse, biogaz, gaz de synthèse ou autre): cela génère des économies d'énergie importantes par rapport à la production séparée d'électricité (via la production à la centrale) et d' énergie thermique (via la centrale thermique traditionnelle) .

 

Un domaine particulier des systèmes de cogénération est celui de la trigénération.

Définition de l'efficacité

L'efficacité peut s'exprimer de différentes manières, ce qui ne conduit pas toujours à une comparaison correcte entre les différentes plantes. Les définitions adoptées par l'Environmental Protection Agency (EPA) sont illustrées ci-dessous.

L'efficacité d'un processus simple est la relation entre l'énergie conservée, à la fin du processus, et l'énergie d'entrée.

Étant donné que les systèmes de cogénération produisent de l'électricité et de la chaleur, leur efficacité totale est donnée par la somme de l'efficacité électrique et de l'efficacité thermique. Par exemple, une usine qui utilise 100 MWh de méthane pour produire 40 MWh d'électricité et 40 MWh de chaleur a une efficacité électrique et thermique de 40% et une efficacité globale de 80%.

L'EPA utilise de préférence une autre définition de l'efficacité appelée "efficacité énergétique", la relation entre la production électrique nette et la consommation nette de carburant (qui ne prend pas en compte le carburant utilisé pour produire de l' énergie thermique utilisable, calculée en supposant une efficacité spécifique de 80% chaudière) L'inverse de cette relation est la quantité nette de chaleur.

Il existe également d'autres indices d'évaluation des performances d'une centrale de cogénération: le premier est le soi-disant IRE, indice d'économie d'énergie. Cet indice est défini comme le rapport entre la différence de puissances absorbées par les centrales individuelles pour la production d'électricité et d' énergie thermique séparément, moins celle absorbée par la centrale de cogénération, compte tenu de la puissance absorbée par les centrales séparées, cette puissance étant évaluée en en termes de combustible à puissance électrique et thermique égale produite par les usines respectives. Cet indice donne l'idée de combien d'énergie peut être économisée avec ces systèmes; Il est possible, par de simples calculs analytiques,

D'autres indices importants sont l'indice électrique défini comme la relation entre l'énergie électrique fournie et l'énergie thermique produite par la même centrale de cogénération, le coefficient d'utilisation attendu comme la somme des relations entre l'énergie électrique et l'énergie absorbée et l' énergie thermique et qui a introduit.

Cependant, tous ces coefficients sont liés à un moment précis où intervenir dans leurs pouvoirs, et pour cette raison, ces indices sont utiles pour déterminer les valeurs de la carte système, c'est-à-dire les valeurs maximales de performance du système.

Très souvent, il est commode de se référer à une période de temps finie et d'évaluer les indices dans cette période: cela équivaut à évaluer les indices en termes de relations énergétiques au lieu de puissances, ces évaluations sont importantes car elles vous permettent d'établir où cela est le plus pratique réaliser un projet spécifique de centrale de cogénération, en fonction des consommations énergétiques obtenues dans ces zones.

Enfin, l'indice d'économie économique qui est défini comme la relation entre les coûts qui seraient obtenus lors de l'achat d'énergie à l'étranger moins les coûts qu'il a lors de l'achat de combustible pour alimenter la centrale de cogénération que vous souhaitez construire et qui produit une quantité égale d'énergie qui que vous souhaitez acheter, fraction du coût de l'énergie que vous souhaitez acheter. Cet indice permet d'évaluer la commodité économique que ce projet implique, bien entendu, une évaluation économique correcte et complète implique un calcul des dépenses de maintenance de l'usine et des investissements associés.

L'efficacité énergétique de la cogénération

La cogénération est une technologie qui vous permet d'augmenter l'efficacité énergétique globale d'un système de conversion d'énergie. Mais pour expliquer pourquoi, nous devons analyser les rendements.

Le coefficient d'efficacité est caractéristique de chaque type de moteur et représente la relation entre l'efficacité énergétique résultante et le carburant introduit. Dans le moteur d'une voiture, il indique la relation entre les kilomètres parcourus et la quantité d'hydrocarbures introduits; Dans les gros moteurs de production d'électricité, le coefficient indique la relation entre les kilowattheures produits et le carburant consommé.

Ces relations sont caractéristiques pour chaque type de moteur. Par exemple, les moteurs de voitures à essence ont des rendements qui varient entre 20 et 30 pour cent; voitures avec des moteurs diesel entre 25 et 35 pour cent, le reste est converti en chaleur perdue.

Les gros moteurs ont une plus grande efficacité et, bien qu'ils soient répandus, on peut dire que pour les moteurs thermoélectriques, le coefficient d'efficacité est assez élevé et peut atteindre 55%. Mais le même moteur lorsqu'il est produit en cogénération a des coefficients qui atteignent 85%, car le pouvoir calorifique du combustible est mieux utilisé, avec une optimisation efficace du processus.

Bien sûr, les investissements pour adapter les moteurs d'une centrale thermoélectrique à la cogénération sont considérables, mais s'il est possible de créer un réseau de chauffage urbain, les résultats sont toujours avantageux. En effet, la durée d'utilisation de ces machines, qui atteint même 30 à 40 ans, doit être prise en compte.

Types de centrales de cogénération

Centrale thermoélectrique (PV) de Ferrera Erbognone

L'exemple le plus courant d'une centrale de cogénération est celui construit avec une turbine à gaz / moteur alternative et une chaudière de récupération. Les fumées de la turbine à gaz ou du moteur alternatif sont transportées par un conduit de fumée vers la chaudière de récupération. La récupération peut être simple, s'il n'y a pas de postcombustion, ou sinon la récupération post-combustion. Les fumées de la chaudière permettent de produire de l'eau chaude, de la vapeur saturée ou de la vapeur surchauffée. Généralement, l'eau chaude est utilisée pour le chauffage, la vapeur saturée pour les utilisateurs industriels et la vapeur surchauffée pour les turbines à vapeur et les utilisateurs.

Enfin, l'électricité est obtenue par l'alternateur couplé à la turbine à gaz et éventuellement par l'alternateur couplé à la vapeur turbo, et la production d'énergie thermique sous forme de vapeur, qui est ensuite exploitée par les utilisateurs connectés.

En présence de turbo vapeur, on obtient un cycle combiné dans lequel la dispersion d'énergie est minimale et consiste principalement en la chaleur introduite dans l'atmosphère par les fumées sortant de la chaudière de récupération.

Quant au fluide en évolution, il s'agit généralement de l'eau qui, dans de nombreux cas, atteint l'état de vapeur surchauffée, mais dans d'autres, elle peut atteindre des températures qui ne sont pas assez élevées. Pour cette raison, vous aurez besoin d'échangeurs de chaleur intermédiaires pour augmenter la température.

Plus rarement, le fluide évolutif est de l'air, qui présente néanmoins le défaut d'avoir un coefficient de transfert thermique convectif trop faible et, par conséquent, des surfaces d'échange thermique beaucoup plus élevées sont nécessaires.

Quant aux moteurs à combustion interne, généralement seulement 33% de l'énergie totale disponible est transformée en énergie mécanique, le reste est en partie perdu en raison de l'irréversibilité présente dans le moteur égale à 33% supplémentaires de l'énergie totale et enfin les 33% restants sont émis dans l'environnement extérieur sous forme d'énergie thermique qui est finalement perdue.

Pour récupérer cette chaleur perdue, différents échangeurs de chaleur sont utilisés: un premier échangeur qui permet le refroidissement de l'huile lubrifiante, est disponible à basse température (ne dépassant pas 80 ° C), un autre échangeur pour refroidir l'eau destiné à refroidir le moteur en oui, et enfin un dernier échangeur situé dans l'échappement du moteur qui permet d'élever considérablement la température du fluide caloporteur, généralement, comme dit, de l'eau, qui pour cet échange thermique supplémentaire peut atteindre l'état de vapeur surchauffée. Grâce à ces centrales, il est possible de produire de l'électricité et de la chaleur. Sauf pour le coût des échangeurs. cela ne constitue pas une complication excessive du système car de tels moteurs doivent en tout cas fonctionner avec un système de refroidissement,

Enfin, les fluides évolutifs particulièrement utilisés sont les huiles diathermiques dérivées du pétrole, qui ont la particularité de rester liquide à la pression atmosphérique jusqu'à des températures de 300 ° C, et ont un point de solidification bien inférieur à l'eau, ce qui évite geler dans les tuyaux

Petite cogénération (et microcogénération)

La cogénération avec une puissance électrique inférieure à 1 MW est définie comme une cogénération à petite échelle, une avec une puissance inférieure à 50 kW, une micro-cogénération, et est réalisée par des moteurs alternatifs à combustion interne, des turbines à gaz Moteurs à cycle Stirling. La principale différence entre la petite cogénération et la microcogénération consiste dans le fait que dans la petite cogénération, l'énergie thermique est un produit secondaire, tandis que la microcogénération est principalement dirigée vers la production de chaleur et secondairement l'électricité.

Les avantages de la petite cogénération

Autrement dit, les avantages de la petite cogénération sont:

  • Utilisation d'énergie thermique inutilisée, avec des économies de carburant conséquentes.
  • Moins de pollution de l'air.
  • Chaîne de distribution d'électricité considérablement plus courte, avec une réduction nette des pertes de ligne
  • Réduction des infrastructures (centrales électriques et lignes électriques)

Déclenchement

La trigénération implique la production simultanée d'énergie mécanique (électricité), de chaleur et de froid en utilisant un seul combustible, en effet, une usine de trigénération est "capable de produire de l'électricité, de la chaleur et du refroidissement combinés ... garantissant une réduction significative de l'utilisation des combustibles fossiles et des émissions équivalentes de CO2. " Cela est dû au fait que les centrales thermiques traditionnelles convertissent seulement 1/3 de l'énergie du combustible en électricité, tandis que le reste est perdu sous forme de chaleur. La nécessité d'augmenter l'efficacité de la production d'électricité continue. Une méthode qui va dans ce sens est la production combinée de chaleur et d'électricité (également connue sous l'acronyme anglais CHP,

Les systèmes de trigénération

Les systèmes de co-trigénération peuvent être étudiés et produits pour fonctionner avec n'importe quelle source principale de chaleur. Ces systèmes sont techniquement matures et économiquement pratiques aujourd'hui pour être largement adoptés, parmi les nombreuses configurations possibles mentionnées:

  • systèmes de cogénération à combustibles fossiles;
  • systèmes de trigénération à combustibles fossiles;
  • co-allocation avec les systèmes solaires thermiques;
  • cogénération au biogaz;
  • systèmes de cogénération et de trigénération hybrides.

Chaleur combinée avec des piles à combustible

Il est actuellement possible de produire de l'hydrogène gazeux à partir de méthane vers le réseau public ou de biogaz (après désulfuration, car le H 2 "empoisonne" les membranes d'échange de protons S) avec un procédé de reformage utilisant de la vapeur d'eau. L'hydrogène réagit avec l'oxygène atmosphérique dans une membrane d'échange de protons pour produire un courant électrique continu. La chaleur peut être récupérée pour le chauffage des locaux, l'eau courante, la désinfection par jet de vapeur, etc.

Qu'est-ce que la thermodynamique ?
Qu'est-ce que la thermodynamique ?

La thermodynamique étudie le mouvement de la chaleur entre un système physique. Cette étude est déterminée par les lois de la thermodynamique.

28 février 2020

Qu'est-ce que l'énergie thermique?
Énergie calorifique

L'énergie thermique est la forme d'énergie que possède tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu. Toute l'énergie thermique peut être convertie en énergie mécanique

21 mars 2020

Qu'est que c'est la presion?
Qu'est que c'est la presion?

Qu'est que c'est la presion? La pression est la grandeur physique qui mesure la force instantanée sur une unité de surface, appliquée perpendiculairement à celle-ci.

25 février 2020

Énergie mécanique
Énergie mécanique

L'énergie mécanique est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. Cette énergie est associée au mouvement et à la position d'un objet.

14 novembre 2017

Électricité
Électricité

L'électricité englobe un ensemble de phénomènes liés aux charges électriques. Ce terme est également utilisé pour désigner la branche de la physique qui étudie les phénomènes électriques et leurs applications.

25 juillet 2018

Caldera
Caldera

Une chaudière est un récipient, ou un ensemble de tubes, utilisé pour chauffer l'eau ou un autre fluide. Pour chauffer le liquide peut être utilisé divers combustibles tels que le diesel, le charbon, la biomasse, etc.

12 décembre 2017

Qu'est-ce qu'un moteur?
Qu'est-ce qu'un moteur?

Le moteur est une machine capable de transformer une source d'énergie en une énergie mécanique ou un travail mécaniquement continu, généralement utilisé dans les applications d'application sur le terrain avec la propulsion de divers types de véhicules.

21 mai 2018

Auteur :

Date de publication : 10 janvier 2020
Dernier examen : 10 janvier 2020

a