Etude d’un moteur biogaz de cogénération

Ce projet consiste en une étude réalisée sur un moteur biogaz de cogénération. Le moteur existant se trouve dans une entreprise de transformation de pommes de terre.
La démarche du projet sera la suivante :
nous nous intéresserons tout d’abord à la production de l’entreprise afin de comprendre d’où provient le combustible biogaz. Ensuite, on verra comment, au travers d’une station d’épuration, ce combustible est produit.
On mélangera ce biogaz avec du gaz naturel d’appoint pour obtenir le combustible du moteur de cogénération. Ce dernier, accouplé à un alternateur, permettra de produire de l’électricité et on récupérera également une partie de la chaleur dégagée sous forme de vapeur et d’eau chaude.
On établira alors le bilan annuel de production et de consommation du moteur.
Ensuite, on étudiera plusieurs solutions de valorisation de la chaleur récupérée sur le moteur dans l’entreprise (climatisation, préchauffage des appareils de production).
Enfin, on calculera la rentabilité de l’installation avec le mécanisme des certificats verts qui sont des primes octroyées pour ce genre d’installation.
Pour terminer, le bénéfice s’avérant bien réel, l’entreprise est en train d’étudier la possibilité de financer et d’utiliser un deuxième moteur biogaz. Il faudra alors à nouveau valoriser l’énergie thermique produite, ce sera le but du dernier chapitre.

[...] La demande en eau chaude pour la production (chaudières) est largement suffisante. Elle pourrait également reprendre entièrement le chauffage du bâtiment pendant toute l’année voire même assurer les deux fonctions pendant les mois d’été Solution choisie La production de vapeur servira directement d’appoint dans le circuit 5bars décrit plus haut. En régime usine : l’eau chaude basse température produite par le moteur servira à préchauffer l’eau de production (échangeur L’eau chaude haute température servira à combler le préchauffage insuffisant en BT ainsi qu’à amener l’eau de production à une température de 80°C (échangeur En régime arrêt : l’eau chaude basse température servira à réchauffer une partie de l’eau de stockage (échangeur L’eau haute température réchauffera l’eau du circuit de climatisation (échangeur En cas de période d’arrêt prolongée de l’entreprise, on prévoira deux échangeurs de secours (un HT et un BT) qui seront reliés à des aéroréfrigérateurs sur un circuit indépendant. [...]

[...] -Deux friteuses qui utilisent de l’huile thermique, elles n’entrent donc pas en considération dans ce calcul. La demande thermique pour le réseau 5 bars s’élève donc à un total de kW. Lors d’un arrêt de production, la quantité de vapeur nécessaire pour maintenir à température les appareils de production est mesurée à 1800 kg/h ce qui correspond à une puissance de 1383 kW Calcul de la puissance demandée pour l’eau chaude Cette demande en chaude reprend l’eau d’alimentation des chaudières et l’eau nécessaire à réchauffer l’air pour le chauffage du bâtiment L’eau d’alimentation des chaudières (eau de production) L’eau d’alimentation des chaudières est débitée à 10 voire elle doit être dégazée et peut être réchauffée en deux étapes (Un circuit basse température jusqu’à 40-45°C et un autre jusqu’à 80-85°C). [...]

[...] DCO : demande chimique en oxygène. La DCO permet d'apprécier la concentration en matières organiques ou minérales, dissoutes ou en suspension dans l’eau, au travers de la quantité d’oxygène nécessaire à leur oxydation chimique totale. L’eau subira toute une série de traitement tandis que l’amidon contenu dans l’eau sera fermenté dans le digesteur afin de produire le biogaz. Rem : une étude est en cours afin de pouvoir produire du biogaz à partir de la fermentation des déchets de pomme de terre Les décanteurs Le premier traitement consiste en une décantation physique simple. [...]

[...] Sur base de ces relevés, la CWaPE octroie un certain nombre de certificats verts (démarche de calcul voir point suivant). En possession des certificats verts, le producteur peut en négocier la vente avec tout acheteur indépendamment de la vente de l’électricité physique Trimestriellement, les fournisseurs d’électricité ont l’obligation de rendre à la CWaPE un quota de certificats verts, proportionnel à la quantité d’électricité fournie. Une amende de 100 euros par certificat vert manquant est appliquée Comme solution alternative pour l’écoulement des certificats verts obtenus pour les installations de production d’électricité à partir d’énergies renouvelables, un régime d’aide a été prévu par le Gouvernement wallon2 Un système d’obligation de rachat des certificats verts par le gestionnaire de réseau de transport (Elia) à un prix minimum a également été prévu par le Gouvernement fédéral. [...]

[...] Composition moyenne de biogaz Dans notre cas, le biogaz produit contient entre 55 et 58% de CH4. Il a une masse volumique de 1 kg/Nm³ et débite en moyenne à 9600 Nm³/jour Valeur énergétique du biogaz Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) d’un combustible est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de l’unité de quantité de combustible. Le PCI du CH4 épuré est de 35,5 ou 10 kWh/m³. Le PCI du biogaz est donc proportionnel à sa teneur en CH4 : PCI du biogaz = Q * 35,5 = Q * 10 kWh/Nm³ Dans notre cas, le PCI du biogaz tourne autour de 5,5 kWh/Nm³ Gaz Naturel d’appoint Cette quantité d’énergie est suffisante pendant les heures de week-end mais pas pendant les heures de production totale. [...]