Génie Climatique et Energétique Projet de fin d’études

Visite 1^ere installation : NATION
NATION est une copropriété de 115 appartements avec deux cogénérations de 2*33 kWe électrique avec deux chaudières VIESSMANN Vitocrossal 300 de 500 kWth chacune. Les cogénérations représentaient donc 12% de la charge thermique totale.

Figure 3 : modules de cogénération CogenGreen en chaufferie

Le schéma de principe est donné en annexe 1.
On notera que le départ des cogénérations aurait pu être relié au départ des chaudières. Le montage actuel augmente la température de retour ce qui diminue la récupération de chaleur par condensation, donc réduit le rendement des chaudières.
En analysant le statut des compteurs des deux cogénérations, voici ce que l’on obtient sur la période de 09/13 à 04/15 :

	Unité	Cogé 1	Cogé 2
Temps de fonctionnement	h	7265	8235
Nombre de démarrages	nb	1372	1533
Compteur électrique	kWhelec	237100	270473
Plage de modulation	°C	de 64 °C à 67 °C	de 64 °C à 67 °C
	kWelec	de 33 kW à 15 kW	de 33 kW à 15 kW
Nombre d'heure en fonctionnement par démarrage en moyenne	h	5,3	5,4
Energie électrique produite en moyenne par heure	kWhelec/h	32,6	32,8
Part de la production cogé	%	47%	53%

Les valeurs de l’énergie électrique produite en moyenne par heure sont proches des valeurs nominales : le module de cogénération ne module presque pas car sa puissance représente un faible pourcentage de la charge totale.

M.HENRIET nous informe que 70% de la consommation de gaz était due aux cogénérations (donnée non certifiée). Compte-tenu des rendements thermiques PCI des cogénérations (de l’ordre de 70%) et des rendements thermiques PCI des chaudières (de l’ordre de 100%) on peut donc déterminer la part thermique couverte par les cogénérations.

Ainsi :


Sur ces bases, on peut estimer que les cogénérations ont couvert 62% des besoins thermiques (ECS et chauffage).

Visite 2 ème installation : KINETIX
KINETIX est un centre de fitness avec une piscine, des bureaux et une salle de sport. La puissance du module de cogénération (ajouté à la chaufferie existante) est de 22 kW électrique.

Figure 3 : module de cogénération CogenGreen en chaufferie

Le schéma de principe est donné en annexe 2.
En analysant le statut du compteur de la cogénération, voici ce qu’on obtient :

	Unité	Cogé 1
Temps de fonctionnement	h	8358
Nombre de démarrages	nb	1379
Compteur électrique	kWhelec	180519
Plage de modulation	°C	de 66 °C à 70 °C
	kWth	de 22 kW à 16 kW
Nombre d'heure en fonctionnement par démarrage en moyenne	h	6,1
Energie électrique produite par heure	kWhelec/h	21,6

Même conclusion que pour Nation : la valeur de l’énergie électrique produite en moyenne par heure nous permet de remarquer que lorsqu’une cogénération est en marche, elle ne module presque pas. On en déduit que cette cogénération représente un faible pourcentage de la charge thermique totale.

Pour le site de KINETIX, M.HENRIET a remis un document comportant les détails des calculs pour les certificats verts  : consommation de gaz, production de chaleur et production d’électricité (voir annexe 3). Sur la base de ces données, on peut recalculer les grandeurs suivantes (voir tableau 3) :

• 
  Rendement thermique : plus la cogénération fonctionne, meilleure sera le rendement thermique donc globale
  

• 
  Rendement électrique : il est indépendant au temps de fonctionnement de la cogénération, cela est due au fait que la production électrique est quasi instantanée
  

Consommation des auxiliaires : la consommation mesurées des auxiliaires baisse en période de fonctionnement, et augmente en période de fonctionnement discontinu. Ceci s’expliquerait par une autoconsommation de la production électrique (à vérifier avec le constructeur).

Tableau Extrait du tableau KINETIC comportant les détails des calculs pour les certificats verts, annexe 3

			Unité	13/01	05/03	01/04	02/05	02/06	01/07	01/08	02/09	25/09	05/11	04/12	22/12		Unité
CONSOMMATION & PRODUCTION	Electricité produite		kWh		2 724	2 659	7 294	14 865	12 331	11 317	14 084	9 342	18 951	14 407	9 162	117 136	kWh
	Electricité auxiliaires		kWh		60	94	69	13	23	38	21	19	20	7	3	367	kWh
	Part des auxiliaires		%		2,2%	3,5%	0,9%	0,1%	0,2%	0,3%	0,1%	0,2%	0,1%	0,0%	0,0%	0,3%	%
	Electricité nette		kWh		2 664	2 565	7 225	14 852	12 308	11 279	14 063	9 323	18 931	14 400	9 159	116 770	kWh
	Chaleur produite		kWh		4 396	5 138	16 180	32 533	28 533	28 192	32 888	21 562	43 236	33 280	20 084	266 022	kWh
	Gaz Naturel consommé		m3		1 042	1 147	2 943	5 981	4 957	4 611	5 706	3 812	7 653	5 719	3 582	47 152	m3
	Facteur correcteur			0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971	0,971
	Gaz Naturel consommé		kWh PCI		8 944	9 857	25 196	50 988	42 480	40 313	48 628	32 497	65 218	48 746	31 121	403 988	kWh PCI
	Nombre d'heure de fonctionnement entre deux mesures		h	10	130	148	371	682	572	517	657	451	885	658	420	5 501	h
	Nombre de jour entre deux mesures		j	13	51	27	31	31	29	31	32	23	41	29	18	356	j
	Nombre d'heure entre les deux mesures		h	312	1 224	648	744	744	696	744	768	552	984	696	432	8 544	h
	Ratio en mode marche		%	3%	11%	23%	50%	92%	82%	69%	86%	82%	90%	95%	97%	64%	%
η
	Electrique net		%	-	29,8%	26,0%	28,7%	29,1%	29,0%	28,0%	28,9%	28,7%	29,0%	29,5%	29,4%	28,9%
	Thermique net		%	-	49,2%	52,1%	64,2%	63,8%	67,2%	69,9%	67,6%	66,4%	66,3%	68,3%	64,5%	65,8%
	Global		%	-	78,9%	78,1%	92,9%	92,9%	96,1%	97,9%	96,6%	95,0%	95,3%	97,8%	94,0%	94,8%

Cinq règles lors de l’installation à d’une cogénération
Pour qu’une cogénération fonctionne correctement, il faut selon CogenGreen :

• 
  Que la température de retour soit la plus froide possible (dans le cas d’une cogénération avec condenseur, dans le cas des rénovations de chaufferies il faut parfois chercher à réduire le débit pour augmenter le ΔT entre la température de retour et de départ
  

• 
  Il faut découpler le débit de la cogénération avec celui du circuit de chauffage.
  

• 
  Il faut que le circuit d’eau est la plus grande inertie thermique possible, d’où la préconisation du ballon tampon.
  

• 
  Pour optimiser la rentabilité d’une cogénération, il faut qu’elle soit en fonctionnement le plus longtemps possible. -Il faut notamment s’assurer de la cohérence des réglages de la régulation entre la cogénération et la chaudière d’appoint.
  

• 
  Pour qu’une cogénération produise un maximum de chaleur, il faut réduire au maximum le pincement de l’échangeur ECS (écart minimum de température en son sein) en préconisant des échangeurs plus grands.
  

Suites prévues :

• 
  GrDF transmet les coordonnées du fonds d’investissement « innovation » supporté par GDF SUEZ
  
• 
  CogenGreen transmet au CRIGEN les informations suivantes :
  
• 
  Le guide Icedd parlant des cogénérations et notamment des configurations hydrauliques. Le contact de Ismaël Daoud
  
• 
  Les valeurs brutes du site NATION
  

Bibliographie :
http://www.cwape.be/?dir=3.4.11
http://www.ef4.be/fr/marche-energie/certificats-vert

Annexes :
Annexe 1 : schémas de principes NATION

Schéma de principe des cogénérations :

Schéma de principe global :

Annexe 2 : Schémas de principes KINETI

Schéma de principe global :

Attention la pompe est dans le mauvais sens et les chaudières 1 et 2 sont en réalité en cascade.



Annexe 3 : Tableau KINETIC comportant les détails des calculs pour les certificats vert