Cogénération biomasse : explication et mécanisme

Le terme cogénération désigne la production combinée d’électricité et d’énergie thermique, offrant un meilleur rendement énergétique que les deux productions séparées.

Traditionnellement en fait : 

• l’électricité est produite dans des centrales thermiques, qui rejettent de l’énergie thermique à basse température dans l’environnement ;
• l’énergie thermique est produite par des systèmes de chauffage tels que des chaudières qui convertissent l’énergie des combustibles en énergie thermique.

Dans une centrale de cogénération, cette production est développée de manière combinée à partir d’une seule source d’énergie primaire, qui peut être un combustible tel que le gaz naturel, le GPL, le diesel ou la biomasse cogénération.

Dans cet article, nous allons essayer de comprendre toutes les caractéristiques d’une cogénération biomasse, les avantages qu’elle apporte, et surtout comment évaluer si elle peut être le choix le plus approprié pour votre propriété.

Qu’est-ce que la cogénération biomasse et comment ça fonctionne ?

Une cogénération biomasse est une machine qui produit de l’électricité et de la chaleur à partir de matières organiques, c’est-à-dire de biomasse.

La biomasse est définie comme «la partie biodégradable des produits résiduels provenant de l’agriculture (y compris les substances animales et végétales), de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la partie biodégradable des déchets industriels et municipaux».

À partir de l’énergie produite par des moteurs alimentés par des déchets agricoles, forestiers et des copeaux de bois selon différents processus, une centrale de cogénération, par rapport aux centrales conventionnelles, est en mesure de réutiliser la chaleur dissipée, en la récupérant et en produisant ainsi de l’énergie thermique.

Le processus de cogénération a pour origine un combustible, dans ce cas la biomasse, qui alimente une turbine, laquelle produit de l’énergie mécanique.

L’énergie mécanique produite génère : 

• l’énergie électrique, grâce à la conversion de l’énergie mécanique par un générateur ;
• la chaleur perdue, qui est récupérée par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur. La chaleur récupérée peut être utilisée pour le chauffage ou la production d’eau chaude sanitaire.

Les micro-cogénérations biomasse, basés sur le même principe, sont devenus très populaires ces dernières années dans les habitations et les lieux publics tels que les bureaux, les hôtels, les restaurants et les centres sportifs, car ils fournissent également une alimentation électrique indépendante et constituent une alternative efficace au système de chauffage habituel.

L’énergie thermique est ainsi produite directement sur place, ce qui garantit des économies d’énergie et d’argent.

Schéma du principe de la cogénération à partir de la biomasse

Comment utiliser la biomasse pour une installation de cogénération ?

Dans une installation de cogénération, la biomasse peut être utilisée sous forme brute, si la biomasse séchée, pressée et broyée est directement introduite dans le brûleur, ou elle peut être transformée pour produire du biogaz ou de l’huile végétale.

La biomasse solide à l’état brut est généralement préférée uniquement lorsqu’elle est directement disponible sur place. À l’état brut, la biomasse est caractérisée par une faible teneur énergétique par volume, car elle présente une composition complexe et contient de l’humidité, ce qui entraînerait des coûts et des problèmes de transport bien supérieurs à d’autres solutions.

C’est pourquoi, en général, dans la cogénération, on préfère utiliser la biomasse uniquement après un processus chimique-physique qui convertit son vecteur énergétique : un processus de digestion ou de fermentation peut produire du biogaz, un mélange composé principalement de méthane et de CO2. Le biogaz peut à son tour être purifié pour obtenir du biométhane, composé d’environ 95% de méthane, offrant un rendement supérieur au biogaz et comparable au gaz naturel.

De plus, à partir d’un processus de pressage et d’extraction chimique de certaines biomasses huileuses, il est également possible d’obtenir de l’huile végétale, également utilisable comme combustible.

Quels sont les principaux types de cogénération biomasse ?

Nous avons vu que la cogénération biomasse peut être alimenté par de la biomasse solide, de l’huile végétale, du biogaz ou du biométhane.

Analysons maintenant quels sont les principaux cogénération  biomasse et quelles sont leurs caractéristiques. En général, nous pouvons trouver : 

1. cogénération avec turbine à gaz : dans cette installation, le biogaz ou le biométhane est utilisé pour alimenter une turbine à gaz qui agit comme moteur principal. Le mouvement rotatif est transmis à un générateur électrique pour la production d’énergie électrique tandis que les gaz d’échappement sont dirigés vers un échangeur pour la production d’énergie thermique ;
2. cogénération avec turbine à vapeur : ils peuvent être à contre-pression, si la chaleur est récupérée à partir de la vapeur rejetée par la turbine, ou à déversement, si la chaleur est obtenue à partir de la vapeur extraite à un stade intermédiaire de la turbine ;
3. moteurs à combustion interne (cycle Diesel ou cycle Otto) : la chaleur provient principalement des gaz d’échappement et du liquide de refroidissement du moteur ;
4. installations à cycle combiné turbine à gaz/turbine à vapeur.

Les turbines à vapeur et les installations à cycle combiné turbine à gaz/turbine à vapeur sont principalement utilisées pour des applications industrielles à haute puissance. Tandis que les moteurs à combustion interne et les turbines à gaz sont utilisés à la fois dans des installations de grande puissance et dans des systèmes de mini et micro-cogénération.

Avantages et inconvénients de la  cogénération  biomasse

La cogénération biomasse permet d’exploiter les ressources présentes sur le territoire qui sont toujours disponibles et accessibles, en utilisant même des matériaux de rebut pour éviter une production excessive de déchets.

De plus, il garantit une consommation d’énergie primaire réduite, réduisant les émissions et abattant les coûts de transport de l’énergie, qui sera produite sur place.

Cependant, il convient de noter que les traitements préliminaires pour réduire l’humidité intrinsèque de la biomasse ou les processus chimico-physiques pour la transformer en biogaz sont assez coûteux, nécessitant également une certaine quantité d’énergie pour les réaliser.

Il est donc toujours nécessaire d’évaluer en amont la faisabilité technique et économique réelle et l’obtention d’une économie d’énergie adéquate à long terme.