Introduction : une cogénération dans une piscine

Une première question qui vient à l’esprit pour le gestionnaire ou le futur gestionnaire d’une chaufferie de piscine est de savoir comment faire pour minimiser le coût énergétique que va nécessairement engendrer un tel ensemble. Non seulement en termes de, besoins en chauffage pour le bâtiment, eau chaude pour les diverses activités présentées, les douches etc., mais également en termes de consommation électrique.

En termes de consommation énergétique, il n’est pas rare de rencontrer des chiffres bien supérieurs à 1 000 000 kWh annuel en gaz ou en électricité (cet ordre de grandeur peut varier fortement d’un établissement à l’autre).

Parallèlement à des chiffres purement économiques, viennent aussi à l’esprit l’intérêt environnemental et énergétique.

Afin de tenir compte de cette triple problématique, la réflexion conduit naturellement à envisager un projet comportant une unité de cogénération. Cette solution va apporter une solution énergétiquement optimisée qui, à partir d’un moteur alimenté au gaz (dans le cas présent) va produire à la fois de l’eau chaude et de l’électricité.

Cette solution aura un bilan intéressant à plusieurs niveaux : énergétiquement tout d’abord car l’énergie primaire consommée sera réduite par rapport à une production séparée de chaleur et d’électricité.

Économiquement ensuite car les kWh électriques produits le seront à un prix plus intéressant que celui acheté au réseau. De plus le législateur a prévu un incitent financier, calculé sur l’économie en CO2 émis par la cogénération (en comparaison à une production séparée de référence : centrale électrique TGV et chaudière à condensation), sur base de la génération de certificats verts qui pourront être valorisés par la suite.

Présentation du projet, d’où vient l’idée du projet

Le projet de cogénération à la piscine du Sart-Tilman a été lancé en 2008 en remplacement d’une pile à combustible expérimentale.

Inauguré en 2009, le projet a maintenant atteint un rythme de croisière dont on peut commencer à tirer un bilan technico-économique. La cogénération installée alimente la piscine du centre sportif ainsi que les divers consommateurs qui y sont liés (groupe de traitement d’air, douches). Elle est connectée de façon à prendre à sa charge une partie des besoins en chaleur de ces différents consommateurs dont la puissance totale nécessaire en période de pointe est de 1 500 kW, la cogénération a une puissance thermique installée de 202 kW soit environ 13,5 % de ces besoins. Le complément de chaleur qui n’est pas fourni pas la cogénération est fourni par le réseau de chaleur présent sur le site du Sart-Tilman.

En pratique la cogénération, d’une puissance thermique de 202 kW et d’une puissance électrique de 144 kW, est dimensionnée de façon à fonctionner un maximum de temps.
Elle fonctionne ainsi de l’ordre de 6 500 heures par an en moyenne. Ce chiffre, très intéressant afin de rentabiliser un tel projet, est rendu possible par des besoins en chaleur présents pratiquement toute l’année.

Une particularité d’une la cogénération installée pour chauffer une piscine est la possibilité d’utiliser le volume d’eau de la piscine (800 m³ dans le cas présent) comme tampon de chaleur afin de lisser le fonctionnement de cette cogénération et ainsi diminuer la fréquence des arrêts-démarrages. Ceux-ci sont en effet préjudiciables au rendement et à l’usure mécanique de cette cogénération.
Le bassin va permettre de continuer de faire fonctionner la cogénération même lorsque la demande des utilisateurs est trop faible que pour recevoir toute la chaleur produite. Cette chaleur y sera injectée dans certaines limites acceptables; en effet l’augmentation temporaire de température se traduira inévitablement par des pertes plus importantes (évaporation d’eau et déperditions calorifiques plus importantes…).
Le bassin, ainsi utilisé comme tampon de chaleur, permettra dans le cas présent de faire fonctionner la cogénération pas loin de 4,5 heures en augmentant la température de consigne de 1 °C.

Importance du dimensionnement, difficultés rencontrées

Le dimensionnement d’une unité de cogénération est quelque chose de sensible qui nécessite une évaluation la plus précise possible des besoins en chaleur de l’établissement où elle sera installée. C’est en effet principalement sur ces besoins en chaleur que la cogénération sera dimensionnée, elle devra également tenir compte de la consommation électrique de l’établissement. En effet, d’une façon générale, un maximum de l’électricité produite devra être autoconsommé par l’établissement afin de rentabiliser l’investissement.

Pour ce dimensionnement, l’idéal est de disposer d’un relevé quart horaire de ces besoins pendant une période de temps qui permettra d’extrapoler le profil de consommation hebdomadaire et la demande annuelle en chaleur. Sur base de cette demande, la cogénération sera dimensionnée pour maximiser sa production annuelle de chaleur.

  • Sous-dimensionnée, elle fonctionnera plus longtemps que la cogénération optimale mais produira moins que cette dernière. Elle représentera donc un manque à gagner.
  • Surdimensionnée, elle sera sujette à des cycles d’arrêt-démarrage trop fréquents qui pénaliseront son rendement de production et donc sa rentabilité. Cela grèvera également sa durée de vie et représentera un surinvestissement non justifié. De plus des cycles d’arrêt-démarrage fréquents vont provoquer une usure moteur plus importante et dès lors des frais de maintenance plus élevés.

Une fois le dimensionnement optimal effectué il restera à intégrer la cogénération dans la chaufferie et mettre en place une régulation qui la fera fonctionner à l’optimum de ses possibilités.

Ces éléments importants à rappeler permettront, une fois intégrés, de mettre en place via la cogénération un projet d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE) efficace. Ce projet doit pour bien faire s’intégrer dans un ensemble de mesures URE dont certaines sont prioritaires ; comme par exemple la réduction des déperditions thermiques. De plus ces mesures URE déjà prises auront un impact sur le dimensionnement de la cogénération : si les besoins en chaleur sont moindres, la puissance à installer sera évidemment plus faible et le coût d’investissement moins important.

Conclusions du projet

La fiabilité de l’installation ainsi que les gains engrangés par la cogénération de la piscine du Sart-Tilman sont déterminants. D’un point de vue purement financier, pour un investissement total de près de 300 000 €, le temps de retour s’établit à 8 ans. Ce chiffre qui peut paraître élevé s’explique entre autre par le coût relativement intéressant de la chaleur achetée au réseau présent sur le site du Sart-Tilman ainsi que par le contrat d’entretien et l’omnium complète qui ont été choisis.
Dans le cas d’un site ne disposant pas de ce réseau et connecté au gaz, on trouve généralement des temps de retour proche des 5 ans.

Chiffres clés du projet (moyenne des 3 dernières années)

  • Puissance thermique : 202 kW
  • Puissance électrique : 144 kW
  • Heures de fonctionnement annuel : 6 500 heures
  • Consommation de gaz : 2 600 MWh (PCS)
  • Économies CO2 : 107 T/an
  • Certificats Verts : 246 CV/an

Contacts

Porteur de projet

Piscine du Sart-Tilman Éducation Physique
Université de Liège, Administration des Ressources immobilières
Maud LELOUTRE : Responsable Énergie
Tel : +32 (0) 4.366.37.89

Facilitateur Cogénération en Région Wallonne

Institut de Conseil et d’Études en Développement Durable asbl
Bvd Frère Orban, 4
5000 Namur
Tel : +32 (0) 81.250.480
Fax : +32 (0) 81.250.490

Crédits photos

Université de Liège : https://www.uliege.be/
Centres Sportifs du Sart-Tilman : www.rcae.ulg.ac.be/

Le module sur la cogénération à été réalisé par l’ICEDD, Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable asbl – © ICEDD – icedd@icedd.be