Cogénération : de quoi parle-t-on ?
Qu’est-ce que la cogénération ?
La cogénération consiste à produire à la fois une énergie mécanique pour créer de l’électricité et en même temps, de la chaleur. Cette technologie se fait à partir de la même source d’énergie primaire.
En effet, lorsque l’on produit de l’électricité, dans une centrale thermique classique, à partir d’un moteur thermique, il se dégage toujours de la chaleur. Elle est perdue. Mais la cogénération vise à récupérer une partie de cette chaleur produite pour chauffer des locaux ou pour l’utiliser dans un processus industriel.
Ainsi, la chaleur sert à activer un moteur (une turbine ou une pile à combustible). La chaleur restante est utilisée directement pour chauffer de l’eau ou pour produire de la vapeur.
La valorisation de cette chaleur offre au système de cogénération des rendements énergétiques très importants.
On parle aussi parfois de trigénération quand on utilise la chaleur pour produire également du froid.
Aujourd’hui, ces systèmes de cogénération peuvent entrer en marche à partir de différents combustibles :
- le gaz naturel ou encore du biogaz;
- du fioul;
- du bois;
- des énergies émanant des ordures ménagères;
La cogénération est une pratique assez marginale dans le monde. Elle ne représente que 7% de la production d’énergie mondiale.
En France, on compte 860 installations de cogénération, la grande majorité sont installées en Île-de-France.
On parle aussi parfois de micro-cogénération sur des appareils qui s’adressent aux particuliers.
Principe de fonctionnement
Nous l’avons dit : la cogénération peut se faire à partir de différentes énergies : gaz naturel, fioul, biomasse, récupération de chaleur ou encore géothermie.
Pour fonctionner, une centrale de cogénération a besoin de plusieurs éléments : un moteur ou une turbine. Il en existe différents types, par exemple :
- une turbine à condensation
- une turbine à contre-pression
- turbines à gaz
- un moteur Stirling
- des piles à combustibles
Ensuite, le moteur ou la turbine actionnent un alternateur. C’est lui qui, avec son mouvement, produit concrètement la chaleur. Ainsi, dès qu’elle est engendrée, elle est récupérée avec un échangeur thermique.
L’échangeur utilise l’énergie récoltée pour produire de l’eau chaude. Cette dernière est soit distribuée dans des réseaux de chauffage ou utilisée pour les sanitaires.
Dans les industries, l’eau chaude produite est directement utilisée sur le site de production.
Quels usages pour la cogénération ?
La cogénération peut être installée partout ou il y a un double usage : à la fois d’eau chaude et d’énergie. Cette technologie sert à deux grands usages majeurs.
D’abord, dans l’industrie, lorsque l’on installe une unité de cogénération, c’est pour réaliser des économies d’énergie directement sur le site. La chaleur produite sert dans les process industriels et l’électricité pour l’autoconsommation ou la revente d’électricité.
Ainsi, de nombreux domaines industriels ont fait le choix de s’équiper de ce type d’appareil dans :
- la papeterie
- l’automobile
- la métallurgie
- l’agroalimentaire
- les laiteries
- les blanchisseries
Le deuxième usage principal pour la cogénération est l’alimentation en énergie des bâtiments dans le tertiaire ou dans les résidences. Par exemple, pour les établissements scolaires, les hôpitaux, les équipements sportifs ou des bureaux.
Dans ces cas, l’électricité produite se fait sur place si l’unité de cogénération est sur place. Sinon, c’est un chauffage urbain ou réseau de chaleur qui alimente les locaux. Ce besoin représente en France environ 24% des usages des parcs de cogénération installés.
Quels enjeux autour de la cogénération ?
Les avantages de cette technologie
Tout d’abord, on peut mettre en avant le bon rendement de ce dispositif.
En effet, la cogénération utilise une énergie qui est normalement perdue. Or, en la récupérant, on limite les déperditions énergétiques. De plus, le rendement énergétique de la cogénération est fort, il est de l’ordre de 80 à 90%. À titre de comparaison, le rendement de l’énergie issue d’une centrale nucléaire est de 30 % environ. Dans ce cas, la chaleur dégagée au moment de la fission de l’uranium est perdue.
Utiliser la cogénération est aussi une solution de qualité pour produire de l’électricité qui ne gaspille par les ressources combustibles fossiles. Le gaz naturel, le pétrole ou encore le charbon sont des denrées rares dont les stocks sont amenés à disparaître. Or, grâce à la cogénération, on tire vraiment partie de ces énergies jusqu’au bout. Elles sont exploitées du mieux possible et sans gâchis. Enfin, l’énergie est produite localement, ce qui réduit encore les pertes de charge électrique.
La demande en énergie varie selon les moments de l’année. En cas de grand froid, les centrales de production d’électricité doivent tourner à plein régime. Dans ces cas-là, les cogénérations fonctionnent aussi plus pour produire plus de chaleur. Au contraire, lorsqu’il y a moins de besoin, le gestionnaire peut décider de réduire leur production. Adapter la production d’énergie aux besoins est très simple.
Enfin, l’avantage écologique des installations en cogénération est à mettre en avant. Tout d’abord, en évitant d’avoir recours à deux installations séparées (l’une pour produire de l’énergie et l’autre de la chaleur), on diminue les émissions de gaz à effet de serre avec ce type d’installation. On constate en effet que les centrales de cogénération rejettent proportionnellement moins de CO2 que les centrales électriques thermiques classiques.
Les limites à l’utilisation de la cogénération
Il y a plusieurs enjeux qui peuvent freiner le développement de la cogénération.
En premier lieu, leur coût d’exploitation est important. Elles sont donc largement dépendantes de financements de la part des États ou des collectivités. En France, pour le développement des systèmes de cogénération, des aides sont proposées et sont nécessaires pour encourager les entreprises à s’équiper de cette façon.
D’ailleurs, c’est d’autant plus vrai lors de périodes de crise ou de variation des prix des énergies fossiles. Car lorsque l’installation en cogénération fonctionne avec du gaz ou du pétrole, la rentabilité de l’installation dépend bien sûr du prix de ces énergies.
Un autre inconvénient que l’on remarque dans l’utilisation de cette technologie est la difficulté à gérer le transport de la chaleur. De fait, lorsque cette dernière est utilisée directement sur site, c’est plus simple. Or, si il faut la transporter sur de longues distances, des pertes calorifiques sont inévitables et cela n’est pas souhaitable !
Une aubaine pour le développement de l’énergie verte ? Le cas de la biomasse
Fort heureusement, les centrales de cogénération peuvent être actionnées à partir d’énergies renouvelables !
Pour cela, il faut les alimenter avec des matières premières renouvelables. Les centrales fabriquent alors de l’électricité verte.
Une centrale de cogénération fonctionnant avant la biomasse produit de l’électricité grâce à la vapeur d’eau dégagée par la transformation de déchets végétaux ou animaux de l’industrie et de l’agriculture.
La biomasse est une source d’énergie durable. Cela peut être des résidus de bois, de la paille, des noyaux d’olive ou encore des sous-produits de l’industrie (marc de café, suire).
La matière est d’abord préparée avant d’être stockée dans la centrale biomasse. Pour cela, on la broie pour former une masse homogène. Puis, la biomasse est envoyée dans le foyer de la centrale de cogénération. La chaleur de la combustion des matières engendre une vapeur d’eau qui est employée pour faire de l’électricité d’une part et le reste de chaleur résiduelle est distribué dans le réseau d’eau chaude.
En tirant parti de résidus qui n’étaient pas exploités auparavant, la cogénération avec de la biomasse est une technique qui contribue à la transition énergétique des territoires.
Vous avez le souhait de mettre en place un système de cogénération ?
Principe, usage et avantages… Vous savez désormais pourquoi les industries et les collectivités décident de localiser leur production d’énergie. Grâce à la cogénération, il leur est possible de réduire leur empreinte carbone.
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