Comprendre la cogénération : définition, fonctionnement et applications

La cogénération est un processus de production d’énergie qui permet de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir d’une seule source d’énergie. Cette technique, utilisée dans une centrale de cogénération, permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie primaire et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

En exploitant les principes de la thermodynamique, la cogénération est une alternative durable aux méthodes de production d'énergie traditionnelles, contribuant à une gestion plus efficace de celles disponibles.

Dans une centrale de cogénération, l’énergie contenue dans la source primaire (biomasse ou gaz) permet de produire de l’énergie lorsque l'alternateur est mis en mouvement par le moteur.

Une fois en mouvement, il produit de l’électricité. Une grande quantité de chaleur est alors produite, au lieu de la laisser se dissiper, la cogénération la récupère pour chauffer un circuit d’eau. Cette eau chaude peut ensuite être utilisée pour le chauffage des bâtiments, de l’eau chaude sanitaire, ou pour des procédés industriels. La chaleur des gaz de combustion peut également être récupérée pour la production d’eau chaude ou encore pour des processus industriels nécessitant de la chaleur.

Biomasse

La cogénération biomasse utilise des déchets organiques comme source d’énergie. Ces déchets peuvent provenir de l’agriculture, de l’industrie forestière, ou même de nos déchets ménagers. Ils sont brûlés pour produire de la chaleur et de l’électricité. Cette méthode a l’avantage d’être renouvelable et de contribuer à la réduction des déchets. Dans le secteur agricole, les résidus de récolte, le fumier et d’autres sous-produits organiques sont collectés et utilisés comme combustible pour la cogénération. De même, l’industrie forestière produit une quantité significative de déchets sous forme de copeaux de bois, d’écorce et de sciure qui, autrement, pourraient être laissés à décomposer naturellement ou brûlés sans contrôle, contribuant ainsi à la pollution de l’air. La cogénération biomasse utilise également les déchets ménagers, comme les restes de nourriture, le carton et le papier, ajoutant une nouvelle dimension à nos efforts de recyclage. Au lieu de simplement jeter ces articles, ils sont collectés, traités et convertis en énergie.

Gaz

Cette technologie utilise du gaz naturel ou du biogaz comme source d’énergie. Il est brûlé pour faire tourner une turbine ou un moteur, produisant de l’électricité et de la chaleur. Ce qui distingue vraiment ce type de cogénération, c’est son rendement énergétique impressionnant. En combinant la production d’électricité et la récupération de chaleur, le rendement de ces systèmes peut atteindre jusqu’à 85%. Cela signifie qu’une grande majorité de l’énergie contenue dans le gaz est effectivement convertie en énergie utile, ce qui en fait une option attrayante pour une utilisation énergétique plus durable et efficace. Cette efficacité est particulièrement précieuse à une époque où les questions de conservation de l’énergie et de réduction des émissions de gaz à effet de serre sont devenues des préoccupations majeures. Cette méthode exploite le gaz naturel ou le biogaz pour réaliser deux actions simultanément : la production d’électricité et la génération de chaleur. Ces deux types de gaz, respectivement issus de réserves souterraines et de processus de décomposition de matière organique, sont des combustibles qui présentent l’avantage d’être abondants et relativement peu coûteux.

Vapeur

Ce système utilise la vapeur produite par la combustion d’un combustible à la fois pour produire de l’électricité et pour des applications thermiques. Dans ce système, une chaudière produit de la vapeur haute pression qui est utilisée pour faire tourner une turbine. Cette turbine est couplée à un alternateur qui produit de l’électricité, plus tard injectée dans le réseau électrique. La vapeur qui sort de la turbine est ensuite récupérée et peut être utilisée pour le chauffage ou pour des processus industriels nécessitant de la chaleur. La vapeur est particulièrement adaptée aux industries qui ont besoin de grandes quantités de vapeur pour leurs fonctionnement, comme les papeteries ou les raffineries. L’énergie primaire est ainsi optimisée, et la chaleur qui serait autrement perdue est valorisée. Cela se traduit par une réduction de la consommation de combustible et des émissions de gaz à effet de serre.

La cogénération trouve des applications particulièrement intéressantes dans le domaine de la méthanisation et du gaz vert. Ce processus transforme de la matière organique par des micro-organismes grâce à l’absence d’oxygène. Une fois dégradée, la matière devient du biogaz grâce aux méthaniseurs, qui peut être utilisé dans une centrale de cogénération. La cogénération biomasse et la cogénération biogaz permettent ainsi de valoriser les déchets organiques en produisant à la fois de l’électricité et de la chaleur. Cette technique présente l’avantage de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de contribuer à produire de l'énergie renouvelable locale. Cette méthode a l’avantage de valoriser les déchets organiques et de produire une énergie renouvelable. Le processus de méthanisation produit également un résidu appelé digestat, qui peut être utilisé comme engrais pour les sols agricoles. Savez-vous que le processus de méthanisation, couplé à une CIVE, permet de diversifier vos revenus et d’améliorer la gestion de vos exploitations ?

La cogénération peut être utilisée dans de nombreux secteurs, des industries aux bâtiments résidentiels.

• Les industries : les industriels qui produisent et consomment beaucoup de chaleur, comme les sucreries et les papeteries, la cogénération permet de générer de l’électricité grâce à leurs flux de vapeur. De plus, l’électricité produite peut être utilisée sur place ou revendue au réseau électrique public.

• Les bâtiments résidentiels : dans le secteur résidentiel, la micro-cogénération peut produire une base de chaleur et d’électricité. Des modules compacts alimentés au gaz assurent le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire pour les bureaux et logements collectifs, tout en assurant une production locale d’électricité.

• Les centrales de cogénération : ces installations de grande envergure qui produisent de l’électricité et de la chaleur pour un réseau urbain ou des processus industriels. Par exemple, la centrale de cogénération biomasse de Biganos en France utilise les résidus et branches de bois non utilisés pour produire du papier pour produire de la vapeur très chaude. Celle-ci fait tourner des turboalternateurs qui produisent de l’électricité, qui est ensuite utilisée sur place ou revendue au réseau public.

• Les industries nécessitant de la vapeur : pour les industries comme les papeteries ou les raffineries, cette méthode peut être une solution très efficace. En produisant simultanément de l’électricité et de la vapeur à partir d’une même source d’énergie, ces industries peuvent optimiser leur utilisation de l’énergie et réduire leurs émissions de gaz à effet de serre.

• Le secteur agricole : les serres ont besoin d’une température constante pour optimiser la croissance des plantes, et la chaleur produite par la cogénération peut être utilisée à cette fin. L’électricité produite peut être utilisée pour alimenter les systèmes d’éclairage et d’irrigation. Cela permet non seulement de réduire les coûts énergétiques, mais aussi de minimiser l’empreinte carbone de l’exploitation agricole.

La cogénération doit faire face à plusieurs défis. Le premier est lié à la nécessité de produire au plus près des lieux de consommation, car la chaleur se transporte mal.

Cela restreint les options d’emplacement pour les installations de cogénération. Un autre défi est lié à la variabilité de la demande en électricité et en chaleur. La production de cogénération doit être ajustée en fonction de la demande, ce qui peut nécessiter des systèmes de stockage.

Ensuite, des investissements initiaux importants sont nécessaires, ce qui peut constituer un obstacle pour certaines entreprises ou collectivités. Cependant, ces coûts peuvent être compensés à long terme par les économies d’énergie et les revenus de la vente d’électricité.

En permettant de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur, elle optimise l’utilisation de l’énergie primaire et contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Dans le domaine de la méthanisation et du gaz vert, la cogénération donne des perspectives prometteuses pour la valorisation des déchets organiques et la production d’énergie renouvelable locale.

Cependant, l’installation d’un projet de cogénération nécessite une attention particulière. Les unités de cogénération doivent en outre valoriser la chaleur et avoir une efficacité telle qu’elles assurent une économie d’énergie primaire par rapport à la production séparée de chaleur et d’électricité.

La cogénération représente une avancée technologique majeure, qui optimise le rendement énergétique et offre des solutions durables pour divers secteurs. Arkolia, votre expert en énergies renouvelables, s'engage à fournir des solutions adaptées aux besoins spécifiques de ses clients, contribuant ainsi à une transition énergétique réussie.