Types d'installation
Les filières de valorisation de la biomasse
La valorisation énergétique de la biomasse constitue une des options possibles en plus de la valorisation matière, voire de la valorisation en alimentation.
La biomasse peut être utilisée pour produire :
- électricité
- chaleur
- vapeur
- biocarburants
Les 3 technologies de transformation sont :
- la voie termochimique qui regroupe les procédés de combustion, gazéification et pyrolyse
- la voie biologique (fermentation, réactions enzymatiques) dont la principale filière est la méthanisation
- la voie oléo-chimique (raffinage, estérification, hydrotraitement) pour la production de biocarburants
Fonctionnement d'une chaufferie biomasse
| Le silo de stockage [étapes 1 à 4] | Situé à proximité immédiate de la chaufferie, le silo permet l'alimentation de la chaudière et assure une autonomie de plusieurs jours à plusieurs semaines. On distingue 4 types de silos : enterrés, en conteneurs métalliques, de plain-pied et en silo métallique cylindrique. Par exemple, un volume de 200m3 permet une autonomie de 4 jours pour une chaufferie de 1,5 MW. Un volume de 600 m3 permet une autonomie de 3 jours pour une chaufferie de 5 MW. |
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L'alimentation automatique [étapes 5 à 7] | L'alimentation automatique comporte 3 étapes : dessilage (extraction du combustible jusq'au convoyeur), convoyage (par vis sans fin, par racleurs, par bande transporteuse ou pneumatique selon la gamme de puissance et le type de combustible) et l'introduction dans le foyer (par vis ou par poussoir). |
| Le générateur de chaleur [étapes 8 à 11] | C'est l'enceinte dans laquelle l'énergie contenue dans le combustible bois est libérée et transmise au fluide caloporteur. Il est généralement composé du foyer (début de flamme), de la chambre de combustion (développement de la flamme) et de l'échangeur de transfert de chaleur entre la flamme, les gaz chauds et le fluide caloporteur. La combustion du bois est une réaction d'oxydation exothermique en 4 étapes : séchage, pyrolyse/gazéification, oxydation des gaz, cobustion du résidu charbonneux. Lors dde son réchauffement dans le foyer (>300 degrés), le bois est d'abord séparé en hydrocarbures solides et gazeux (pyroyse), sous l'action de l'air comburant primaire. A 500 degrés, 85% de la masse est libérée sous forme gazeuse (gazéification), avec production de CO et H. Ces gazs combustibles sont ensuite mélangés à l'air comburant secondaire en vue de leur oxydation. La combustion complète du bois se résume par la réaction : bois + oxygène = fumées (CO2 + H2O) + chaleur. |
| Cendres et traitement des fumées [étapes 12 à 20] | La combustion de biomasse produit naturellement un mélange de gaz constitué de CO2, vapeur d'eau, particules fines, composés azotés (NOx), composés organiques volatiles (COV) ou hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Les dispositifs de traitement de fumées visent essentiellement à réduire les émissions de particules fines. Un système de vis sans fin permet de récupérer les cendres du foyer : elles sont versées automatiquement dans un conteneur qui, en général, est à vider une fois par semaine (les cendres représentent 1 à 2% du volume de bois brûlé). Des dépoussiéreurs efficaces permettent de respecter les normes en vigueur concernant les rejets de gaz. Les filtres multicyclones permettent de répondre à la réglementation pour des puissances de chaufferies inférieures à 2 MW. Pour les plus grandes chaufferie, il est necessaire de rajouter un filtre à manches ou un électrofiltre. Ces deux dispositifs sont encombrants et présentent des avantages et inconvénients propres (bruit, pertes de charge, dépendance aux conditions de fonctionnement, cout de maintenance etc.). Les cendres récupérées après les dispositifs de filtration ne sont pas valorisables en épandage ou co-compostage contrairement aux cendres sous foyer (teneurs en éléments traces metalliques et en composés traces organiques). |
Optimisation énergétique
Reliée à des sondes et à des capteurs, la régulation électronique permet de régler et de contrôler, en fonction des besoins, la puissance de la chaudière, les paramètres de la combustion, l'alimentation du combustible, le décendrage et l'extraction des fumées.
Un économiseur est un dispositif de récupératio nde chaleur sur fumées (haleur sensible) généralement employé pour relever la température de retour du réseau et parfois pour préchauffer l'air primaire avant son injection dans le foyer. Le gain de rendement peut atteindre 1 à) 3 points.
Un condenseur est un dispositif de récupération de la chaleur latente libérée lors du passage de l'eau de l'état gazeux à l'état liquide et contenue dans les fumées. L'eficacité energétique d'un condenseur est étroitement liée à la température de la source froide (retour réseau) et au taux d'humidité du combustible entrant. Ce dispositif permet par ailleurs de diminuer les émissions de particules fines.
Le triptyque chaudière - combustible - puissance
C'est la taille de la chaudière qui définit l'exigence de la qualité du combustible pour obtenir le meilleur rendement. Plus la chaudière sera de petite taille, plus le produit devra répondre à des critères stricts de qualité. A l'inverse, plus la chaufferie sera de taille importante plus elle tolèrera un taux d'humidité élevé et une granulométrie plus grossière.
Les chaudières de type industrielles dont le foyer est d'une taille importante sont généralement plus tolérantes aux variations d'humidité et de granulométrie. Elles peuvent accepter des taux d'humidité pouvant aller jusqu'à 50 % et surtout une biomasse plus grossière.
Il existe plusieurs combustibles qui doivent répondre aux éxigences de la chaufferie dans laquelle il sont utilisés. Il est essentiel que le maître d'ouvrage lors de la rédaction du cahier des charges, s'enquiert du combustible que peut accepter sa chaufferie. Ces spécifications sont en général données par les constructeurs.
Méthanisation et biogaz
La méthanisation est un procédé biologique de dégradation de la matière organique par une flore microbienne, se déroulant en l' absence d'oxygène. Elle est également appelé digestion anaérobie ou fermentation. La biomasse est confinée pendant trente à cinquante jours environ dans une cuve fermée hermétiquement. Les bactéries s'y développent naturellement ou sont inoculées dans le mélange pour accélérer les réactions. Il en résulte deux produits :
- le biogaz composé en moyenne de 60 % de méthane et de 40 % de dioxyde de carbone que l' on récupère dans le haut de la cuve
- le digestat qui représente plus de 80 % du volume initial et qui a gardé toute la valeur fertilisante de la biomasse en entrée.
Le biogaz peut être utilisé comme combustible pour des moteurs de cogénération, comme carburant ou injecté dans le réseau de gaz naturel (après purification).Les biomasses introduites en mélange doivent répondre à différents critères pour les procédés de méthanisation en phase liquide :
- avoir un niveau minimum d'humidité globale de 85 % (effluents d' élevage liquides types lisiers, les déchets verts, les déchets des industries agro-alimentaires et les cultures énergétiques ensilées en vert),
- un pouvoir méthanogène intéressant
Réseaux de chaleur : comment ça marche ?
Un réseau de chaleur est un système permettant d'alimenter en chaleur plusieurs bâtiments appartenant à divers clients (abonnés) grâce à des centrales de production et via un réseau de canalisation. Le réseau est composé de plusieurs unités de production de chaleur qui produisent de l'eau chaude (ou de la vapeur) à partir d'un mix d'énergie de sources :
- récupérables (usines d'incinération d'ordures ménagères...)
- renouvelables (géothermie, bois...)
- fossiles (gaz, fioul, charbon..)
La chaleur produite est transportée sous forme d'eau chaude ou de vapeur dans des canalisations, appelées circuit primaire, qui dessert les abonnés raccordés au réseau via des points de livraison appelés sous-stations. Au niveau des sous-stations, un échangeur thermique permet de transférer la chaleur vers le circuit d'eau chaude de l'immeuble, appelé réseau secondaire, et ainsi de répondre aux besoins en chauffage et eau chaude sanitaire des usagers.
Comment est géré un réseau de chaleur?
La distribution de chaleur est une compétence optionnelle des collectivités. Elles peuvent également choisir de déléguer cette compétence à l'intercommunalité à laquelle elles appartiennent ou aux syndicats auxquels elles adhèrent par délibération.
Il existe 3 modes principaux de gestion d'un réseau de chaleur :
- la régie : la collectivité réalise les investissements et l'exploitation du réseau est faite en interne en général par un service de la municipalité.
- l'affermage : la collectivité réalise les investissements mais l'exploitation est déléguée à une entreprise privée.
- la concession : la délégation de service public (DSP) est complète de la conception à l'exploitation. Aujourd'hui la plupart des réseaux de chaleur franciliens sont gérés en concession.
L'Île-de-France, première région de développement des réseaux de chaleur
Du fait de son urbanisme et de sa densité, l'Île-de-France un territoire particulièrement propice au développement de réseaux de chaleur (et de froid).
En 2013, en Île-de-France (enquête de branche SNCU 2014) :
- 125 réseaux soit 30% du total national
- 1 600 km de canalisations
- 13,6 TWh livrés soit plus de 50% du total national
- 1,3 million de logements desservis
- 240 unités de production
- 34% de l'énergie produite est de source renouvelable (dont biomasse)
Opportunités d'intégration de la biomasse au sein d'un réseau
Aménagement du territoire, fin de contrat de délégation de service public et élaboration d'un schéma directeur de réseau de chaleur sont des opportunités d'intégrer les énergies renouvelables dont la biomasse dans un réseau de chaleur.
- Les plans climat air énergie territoriaux (PCAET) sont des documents-cadre de la politique énergétique et climatique de la collectivité et constituent des projets territoriaux de développement durable dont la finalité est la lutte contre le changement climatique et l’adaptation du territoire.
- Les Plans Locaux d'Urbanisme (PLU) définit la stratégie de dévelopement du territoire. Il est donc possible de soutenir le dévelopement des réseaux de chaleur en les intégrant dans ces documents d'urbanisme.
- L’arrivée à échéance des contrats de délégation de service public (DSP) représente une opportunité pour les autorités concédantes que sont les collectivités de repenser les orientations de leurs réseaux pour y intégrer des énergies renouvelables, mais aussi de l’efficacité énergétique. En effet, lors d'un renouvellement de contrats le maître d'ouvrage pourra demander la mise en œuvre de moyens de production en énergies renouvelables en substitution des énergies fossiles en place sur le réseau.
- L'élaboration d'un schéma directeur de réseau de chaleur rendue obligatoire par la loi TEPCV d'août 2015 est un outil qui permet d'inscrire le réseau dans une vision dynamique de développement sur le long terme. Il permet d'intégrer et d'anticiper les évolutions internes et externes au réseau comme la stratégie de développement et de raccordement de nouveaux abonnés, la stratégie d'intégration d'énergies renouvelables, mais il s'agit aussi d'anticiper la mutation urbaine et notamment les travaux futurs qui pourraient impacter les consommations des actuels abonnés.
Cogénération, de quoi parle-t-on ?
La cogénération est la production combinée de chaleur et d'électricité. La récupération de la chaleur utilisée pour la production d'électricité en fait un système très performant, le rendement global d'une installation pouvant atteindre 80%. La cogénération s'est d'abord développée avec le gaz mais des unités de cogénération sont désormais développées pour le bois énergie ou le biogaz, permettant ainsi d'allier haut rendement et énergies renouvelables.
Exemples d'installation
Les chaufferies collectives dédiées
Les chaufferies dédiées peuvent être de maîtrise d'ouvrage publique ou privée et alimenter un bâtiment ou un groupe de bâtiments appartenant à un même maître d'ouvrage (à la différence des réseaux de chaleur qui alimentent plusieurs bâtiments ou équipements appartenant à différents abonnés).
- chaufferie biomasse de l'aéroport de Roissy-Charles-de-Gaulle (2012)
Les chaufferies collectives sur réseau de chaleur
En Île-de-France, plusieurs réseaux de chaleur sont actuellement alimentés par des chaufferies automatiques au bois :
Communauté d'agglomération de Cergy-Pontoise (25 MW), Fontenay-sous-bois (17,5 MW), Anthony-Massy en co-combustion bois (5 MW), Stains (16 MW), Saint-Denis (25MW), Saint-Germain-en-Laye (6 MW), Clichy (5 MW), Ermont-Franconville-Sannois (10 MW), Sevran (7,5 MW), Genevilliers (17 MW), Mantes-la-Jolie (16 MW), Bagnolet (20 MW), Les Ulis (10 MW), Montereau-Fault-Yonne (6 MW), Les Mureaux (6 MW), Bretigny-sur-Orge (5 MW), Bondy (5 MW), Nemours (3,3 MW), Bobigny (3,2 MW), Nanterre (1,6 MW).
- réseau de chaleur biomasse pour l'écoquartier Camille Claudel à palaiseau (2015)
- chaufferie en co-combustion biomasse de Bagnolet (2013)
- chaufferie biomasse et extension du réseau de chaleur à St Germain-en-Laye (2015)
Les chaufferies industrielles
- chaufferie biomasse d'Airbus Group aux Mureaux (2013)
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