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Auteur : les anciens

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16/03/09, par Julien

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Juin 2009 : mise en page et liens internes, Sylvie.

Introduction : une étude de faisabilité

En 2005, la Région de Bruxelles-Capitale a mandaté l’ICEDD pour effectuer une étude du potentiel de développement de la cogénération sur son territoire. Les résultats montrent, qu’au niveau industriel, une entreprise sur 5 pourrait installer une cogénération rentable (temps de retour inférieur à 3 ans) tandis qu’un établissement sur 2 dans le secteur tertiaire pourrait installer une unité de cogénération rentable (temps de retour inférieur à 5 ans).
Un home de la commune d’Anderlecht figure parmi ces établissements propices à la cogénération. Suite à ces bons résultats, le home a été invité à fournir des données plus précises pour réaliser une étude dite « de pertinence ». L’étude de pertinence permet, suite au pré-dimensionnement et aux calculs de rentabilité « à la grosse louche » de savoir s’il est pertinent d’installer une cogénération ou non dans le bâtiment étudié.
Cette étude de pertinence, remise en décembre 2005, a confirmé l’intérêt d’une cogénération, mais elle n’est cependant pas suffisamment précise pour que les gestionnaires puissent décider, en connaissance de cause, l’achat d’un tel équipement.
Il est nécessaire de savoir s’il y a de la place disponible et si l’acheminement du module de cogénération est possible. Il est également indispensable de pouvoir simuler le fonctionnement de cette cogénération selon les profils des besoins thermiques et électriques tel que mesurés dans le bâtiment étudié. Des simulations qui permettent d’optimiser et de fiabiliser les résultats du dimensionnement et de la rentabilité.
Ces réponses sont apportées par l’étude de faisabilité, étape ultime avant la décision d’investir. Vu l’intérêt et la motivation des gestionnaires des bâtiments, la Région de Bruxelles-Capitale a offert une étude de faisabilité gratuite, objet du présent rapport.
L’étude de faisabilité a été effectuée par le Facilitateur en Cogénération financé par la Région de Bruxelles Capitale. Pour toute information complémentaire, n’hésitez pas à contacter le Facilitateur en Cogénération.
Le document complet est disponible au téléchargement : Installation d’une cogénération dans un home pour personnes âgées (PDF)

Présentation du home

Le home est une maison de repos et de soins avec 209 places.

Installation de chauffage

Le chauffage des bâtiments est assuré actuellement par 3 chaudières au gaz naturel avec des puissances thermique de 466 kWth, 494 kWth et 494 kWth respectivement.

Dans le cadre de cette étude de faisabilité, une mesure des besoins thermiques à été effectuée en mesurant les temps de fonctionnement (à chaque demi-heure) des chaudières durant deux semaines, permettant d’obtenir un profil des besoins thermiques du bâtiment. Cette étape est en effet indispensable pour pouvoir dimensionner le plus judicieusement possible l’unité de cogénération.

Installation électrique

Le home est alimenté en électricité par une cabine haute tension (11 000 V) et alimente un transformateur. La consommation électrique est télé-relevée par Sibelga tous les quarts d’heure. Ce profil quart horaire a généreusement été transmis par Sibelga pour l’année 2005. Cette donnée est indispensable pour connaître la quantité d’électricité produite par la cogénération qui sera effectivement auto-consommée par le home ainsi que la part qui sera revendue sur le réseau électrique.

Le TGBT électrique, en aval de la cabine haute tension, est situé juste à côté de la chaufferie. La distance de câble entre le TGBT et la chaufferie où serait située la cogénération a été estimée à 15 mètres.

Synthèse des résultats

L’objectif de cette étude de faisabilité est d’évaluer l’intégration technique de la cogénération dans l’installation existante, de proposer la meilleure solution technologique et d’établir le bilan d’un projet de cogénération au gaz naturel pour le home. C’est au terme de cette étude que le décideur pourra choisir d’investir ou non dans une unité de cogénération.
Le résultat montre qu’une unité de cogénération au gaz naturel de 230 kWth et 150 kWé est économiquement intéressante, surtout couplée à un stockage de chaleur de 10 m3. Par ailleurs, elle présente de nombreux avantages énergétiques et environnementaux.

Résultats Valeurs

Techniques : Moteur au gaz naturel

Puissance « optimale »

230 kWth et 150 kWé
Nombre d’heure de fonctionnement 6 888 heures/an
Volume du ballon de stockage 10 m³
Énergétiques
Situation « avant » cogénération (factures 2005)
Consommation de gaz naturel (avec 10 % URE) 3 176 401 kWhprimaire PCI/an
Consommation d’électricité 845 996 kWé/an
Situation « après » cogénération (simulations COGENsim)
Consommation de gaz naturel de la cogénération 2 899 826 kWhprimaire PCI/an
Consommation de gaz naturel des chaudières 1 382 468 kWhprimaire PCI/an
Production de chaleur par cogénération 1 524 843 kWhth/an
Production d’électricité par cogénération 983 123 kWé/an
Économiques (montants HTVA)
Situation « avant » cogénération (factures 2005) 188 094 €/an
Facture combustible 109 585 €/an €/an
Facture électrique 78 508 €/an
Situation « après » cogénération (simulations COGENsim) 133 192 €/an
Facture combustible 147 740 €/an
facture électrique (dont revente d’électricité) 30 712 €/an (10 161 €/an)
Facture des entretiens et d’assurance 17 276 €/an
Gain de la vente des certificats verts 52 375 €/an
Gain annuel 54 902 €/an
Investissement net (tout compris) 173 720 €
Temps de retour simple (TRS) 3,2 années
Taux de rentabilité interne (TRI) 22 %/an
Environnementaux
Émissions de CO2 évitées 126 294 kg CO2/an
Objectif Kyoto satisfait pour 405 bruxellois (312 kg CO2/bruxellois)
Nombre de certificat vert (1 CV = 217 kg CO2) 582 CV/an
Économie en gaz naturel 582 540 kWh/an (16 %)

Synthèse des hypothèses

Outre les résultats, il est important de présenter, de manière synthétique, les hypothèses prises lors de l’étude. Dans le choix des hypothèses, nous avons tâché de nous situer du côté de la « sécurité », afin que le home puisse prendre la décision d’investir avec le maximum de garanties.
On distingue 4 types d’hypothèses : techniques, énergétiques, économiques et environnementales.
Il est important de préciser que ces hypothèses n’ont un impact que sur le calcul de la rentabilité du projet de cogénération et non sur son dimensionnement.

Techniques

  • Rendements de l’unité de cogénération : Évolution en fonction de la charge
  • Charge du moteur : Fonctionnement jusqu’à 75 % de sa charge nominale

Énergétiques

  • Besoins thermiques :100 % du combustible pour la production de chaleur
  • Rendement annuel de la chaufferie : 85 % pour la chaufferie actuelle au mazout (estimation)
  • Réductions pour futures actions URE : 10%
  • Année de référence : 2005 (année chaude de + 12,4 % que l’année normale)
  • Type de combustible : Gaz naturel – PCI = 10.8 kWh PCI/m3
  • Isolation du ballon de stockage : 15 cm de laine de roche soit diminution de 1.01°C/24h

Économiques

  • Durée de vie économique : 50 000 h (env 10 ans)
  • Investissement : Tout compris (moteur, échangeurs, connexion électrique, conteneur acoustique, régulation, génie civil)
  • Investissement supplémentaire : Ballon de stockage de 10 m3 tout compris (cuve, isolation, jaquette, supports, pompes, vannes)
  • Prix mentionnés : HTVA
  • Facteur de sur-investissement : 10 % (pour éventuels imprévus)
  • Taux de subside : 20 %
  • Prix du gaz et évolution : Prix décembre 2005 (30,9 €/MWh) & + 5 %/an
  • Prix de l’électricité : Prix 2005 (92,76 €/MWh) & + 2 %/an
  • Gain sur la facture d’électricité : Réduction de puissance quart horaire non considérée
  • Régime « heures pleines » : de 7 heures à 22 heures, les jours ouvrables
  • Prix des entretiens : Contrat tout compris (huile, assurance bris de machine et dépannage) hors inspection journalière visuelle
  • Taux d’actualisation (= taux d’emprunt) : + 5 % / an
  • Prix de vente du certificat vert : 90 € / CV pendant 10 ans

Environnementales

  • Coefficient d’émission en CO2 : 217 kg CO2 / MWh de gaz naturel

Synthèse du dimensionnement

L’utilisateur d’une cogénération, pour qu’elle soit de qualité ou à haut rendement, doit valoriser toute la chaleur et toute l’électricité produites. Si la production d’électricité est supérieure aux besoins, il y aura revente sur le réseau électrique. Par contre, il est plus difficile de le faire pour la chaleur excédentaire.
C’est pourquoi, une cogénération est dimensionnée sur les besoins thermiques des bâtiments. C’est lors de l’optimisation économique de la taille que l’on tient compte des besoins électriques, en évaluant la part d’électricité auto-consommée et celle qui est revendue.
Afin de connaître avec précisions l’évolution dans le temps des besoins thermiques et électriques, des compteurs ont été placés durant le mois de janvier. Ensuite, pour la partie thermique, grâce aux degrés jours de la station météo d’Uccle, une extrapolation du profil a été réalisée.
Pour la partie électrique, Sibelga nous a fourni gracieusement les puissances ¼ heure par ¼ heure pour toute l’année 2005, l’extrapolation n’était pas nécessaire. La mesure électrique a permis de valider les données reçues. Ainsi, les profils thermique et électrique sont connus pour une année entière.
Ensuite, grâce au logiciel COGENsim, nous avons simulé le fonctionnement de plusieurs tailles de cogénération pour finalement choisir la plus rentable : une cogénération par moteur au gaz naturel de 230 kWth et 150 kWé.

Optimisation économique de la taille de cogénération à installer au home

En outre, différents scénarios de fonctionnement ont été testés. Celui qui est le mieux adapté au home consiste à faire fonctionner la cogénération 24h/24, 12 mois par an et d’y accoupler un ballon de stockage de chaleur de 10 m3.

L’intégration de la cogénération et de son ballon de stockage de chaleur est aisé, vu la place disponible dans la chaufferie et la facilité d’acheminement.

Contacts

Facilitateur Cogénération en Région de Bruxelles-Capitale

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

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