FR2991993A1 - Systeme de production combinee d'energie a partir de matieres premieres renouvelables - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de production combinée d'énergies à partir de matières premières renouvelables et/ou de déchets. Selon l'invention, un tel système de production combinée d'énergies comprend : - au moins une unité de méthanisation alimentée en matières premières renouvelables et/ou en déchets ; - au moins une chaudière, notamment une chaudière à bois ou une chaudière à ordures ménagères, destinée à assurer l'hygiénisation desdites matières premières et/ou desdits déchets ou le séchage des digestats issus de ladite unité de méthanisation ; - un groupe de cogénération alimenté en biogaz par ladite unité de méthanisation, produisant de l'électricité et de la chaleur ; - une station de stockage d'au moins une partie du biogaz produit par ladite unité de méthanisation ; et - un dispositif de contrôle pilotant ladite unité de méthanisation, ledit groupe de cogénération et ladite chaudière, optimisant la production des énergies au sein dudit système.
Description
Système de production combinée d'énergies à partir de matières premières renouvelables et de déchets 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de l'énergie.
Plus précisément, l'invention concerne un système de production combinée d'énergies, et en particulier d'électricité, de gaz et d'énergie sous forme de chaleur, à partir de matières premières renouvelables et de déchets. 2. Etat de la technique L'augmentation du prix des énergies fossiles et la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique en réduisant la production des gaz à effet de serre encourage le développement de techniques de production d'énergie alternatives respectueuses de l'environnement. On constate ainsi un intérêt grandissant pour l'utilisation des déchets agricoles et des déchets de l'industrie agroalimentaire, qui constituent une ressource énergétique disponible et renouvelable. On connait par exemple une technique de valorisation du lisier consistant à transformer partiellement le lisier en biogaz au sein d'une unité de méthanisation. Cette technique est désormais répandue dans les exploitations agricoles du nord de l'Europe.
Un inconvénient de cette technique est qu'il faut prévoir de raccorder l'unité de méthanisation au réseau de gaz naturel, qui est souvent distant. Ceci engendre des coûts d'investissement importants et nécessite d'obtenir des autorisations administratives pour procéder aux travaux de raccordement, ce qui n'est pas sans poser de problèmes si la population riveraine se révèle réservée ou hostile aux travaux. On a pensé à associer un groupe de cogénération à une unité de méthanisation afin de produire de l'électricité et de la chaleur à partir du biogaz. Un inconvénient de cette technique connue associant méthanisation et cogénération est que son rendement énergétique global est faible.
Un autre inconvénient d'une installation couplant un groupe de cogénération à une unité de méthanisation est qu'on brûle le biogaz excédentaire produit dans une torchère pour réguler la production d'électricité en fonction des besoins, ce qui dégrade d'autant plus le rendement énergétique global de l'installation. Encore un inconvénient est qu'il est nécessaire de disposer à proximité de bâtiments ou d'installations pour consommer l'électricité et la chaleur produite. 3. Objectifs de l'invention L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus. Plus précisément l'invention a pour objectif de fournir une technique de production combinée d'énergies qui permettent de garantir sensiblement l'indépendance énergétique d'un territoire de plusieurs kilomètres carrés, et 15 notamment d'une communauté de communes. Un objectif de l'invention est également de fournir une technique de production combinée d'énergies soit respectueuse de l'environnement. Un autre objectif de l'invention est de fournir une technique de production combinée d'énergies qui soit fiable. 20 L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui simple à mettre en oeuvre et d'un coût de revient réduit. Encore un objectif de l'invention est de fournir une technique de production combinée d'énergies qui soit rentable à exploiter à moyen et/ou court terme. 25 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'un système de production combinée d'énergies, notamment d'électricité, de gaz et d'énergie sous forme de chaleur, à partir notamment de matières premières renouvelables et/ou de déchets.
Selon l'invention, un tel système de production combinée d'énergies comprend : - au moins une unité de méthanisation alimentée en matières premières renouvelables et/ou en déchets ; - au moins une chaudière, notamment une chaudière à bois ou une chaudière à ordures ménagères, destinée à assurer l'hygiénisation desdites matières premières et/ou desdits déchets ou le séchage des digestats issus de ladite unité de méthanisation ; - un groupe de cogénération alimenté en biogaz par ladite unité de méthanisation, produisant de l'électricité et de la chaleur ; - une station de stockage d'au moins une partie du biogaz produit par ladite unité de méthanisation ; et - un dispositif de contrôle pilotant ladite unité de méthanisation, ledit groupe de cogénération et ladite chaudière, optimisant la production des énergies au sein dudit système. Ainsi, l'invention propose d'associer, de façon inédite et particulièrement astucieuse, au moins une chaudière, une station de stockage de biogaz à une unité de méthanisation et un groupe de cogénération de façon à pouvoir produire de façon combinée et optimisée de l'électricité, du biogaz et de la chaleur à partir de matières premières renouvelables et de déchets non valorisées. L'invention offre donc une solution pour produire différentes énergies qui présente une efficacité énergétique globale élevée et dont la part des différentes énergies produites peut être adaptée en fonction notamment de l'évolution du prix de ces énergies. En outre, l'invention est particulièrement respectueuse de l'environnement. Elle permet en effet d'éliminer les déchets organiques générés par la consommation humaine (fraction fermentescible des ordures ménagères, boues de stations d'épuration, rejets industriels, déjections animales à la ferme, ...), de réduire les émissions de gaz à effet de serre (CH4, CO2, N20) et de coproduire un digestat utilisable comme amendement agricole, via la méthanisation, destiné à se substituer aux engrais chimiques. Il convient de noter que dans le cadre de l'invention, le biogaz peut être stocké dans la station de stockage sous une forme gazeux et/ou sous une forme liquide. Le système selon l'invention peut par ailleurs comprendre plusieurs unités de méthanisation, chaudières, groupe de cogénération ou stations de stockage. Avantageusement, un tel système de production combinée d'énergies comprend un réseau de transport de la chaleur produite par ledit groupe de cogénération et/ou ladite chaudière. Il peut par exemple s'agir d'un réseau d'eau chaude ou d'un réseau de vapeur. Préférentiellement, le système de production combinée d'énergies tel que décrit ci-dessus comprend une pluralité de véhicules aptes à utiliser ledit biogaz comme carburant, destinés à transporter lesdites matières premières renouvelables et/ou lesdits déchets vers ladite unité de méthanisation et/ou les digestats de ladite unité de méthanisation vers une zone de compostage et/ou une zone de stockage provisoire avant épandage.
Selon un aspect avantageux de l'invention, ledit dispositif de contrôle comprend des moyens de gestion de la quantité de biogaz stockée dans ladite station de stockage de biogaz. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ledit dispositif de contrôle est configuré de sorte à maintenir la capacité de production d'électricité dudit groupe de cogénération entre 70 et 100% de sa capacité maximale. De façon préférentielle, le rendement électrique sur PCI dudit groupe de cogénération est au moins égal à 40%.
De façon avantageuse, ledit dispositif de contrôle est configuré de sorte à optimiser la production des énergies au sein dudit système en fonction des tarifs comparés de l'électricité et du gaz. Dans au moins un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite station de stockage de biogaz est raccordée à un réseau de distribution de gaz naturel. Préférentiellement, lesdites matières premières renouvelables et/ou lesdits déchets comprennent des substances appartenant au groupe comprenant au moins : - lisier ; - boues de station d'épuration ; - déchets organiques et/ou inertes de l'industrie agro-alimentaire. L'invention concerne également un dispositif de contrôle d'un système de production combinée d'énergies tel que décrit ci-dessus. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une représentation synoptique d'un système de production combinées d'énergie sous forme de schémas-blocs ; la figure 2 détaille la réception et le stockage des matières premières et des déchets introduits dans l'unité de méthanisation ; la figure 3 est une vue d'une unité de méthanisation équipée d'un biofiltre. 6. Description détaillée d'un exemple de mode de réalisation de l'invention Le système de production combinée d'énergies selon l'invention illustré sur la figure 1 comprend une unité de méthanisation composée de deux 30 digesteurs et d'un post-digesteur, reliée d'une part à un groupe de cogénération et d'autre part à une station de stockage de biogaz pour véhicule, et une chaufferie bois. Ce système de production combinée d'électricité, de biogaz et de chaleur les besoins est dimensionné pour assurer une production en énergie électrique, en gaz et en chaleur équivalente aux besoins d'une commune d'environ 5000 habitants. Il est implanté sur un site unique aux abords de cette commune. Les digesteurs de l'unité de méthanisation sont alimentés en substrats via une cuve de préparation dans laquelle on a mélangé des déchets provenant de l'industrie agroalimentaire, dont des déchets inertes de catégorie 3 qui ont été broyés et hygiénisés au préalable, du lisier et des boues d'une station d'épuration. L'hygiénisation des déchets de catégorie 3 est assurée à partir de la chaleur fournie par la chaufferie bois. Cette chaufferie assure également le séchage d'une partie des digestats dans le but d'obtenir de la matière fraiche (MF) homologuée. Une autre partie des digestats est valorisée sous forme de compost ou stocké afin d'êttre épandu sur des terres agricoles de la commune ou de communes avoisinantes. En outre la chaudière représente un complément de chauffage en cas de besoin de l'eau chaude produite par l'unité de cogénération, qui alimente le réseau de chaleur de la commune. Il convient de noter que le bois utilisé dans la chaudière est du bois coupé sur la commune. La station de stockage permet de ravitailler un flotte de camion roulant au GNV assurant le transport des déchets, du lisier et des boues d'épuration respectivement d'une usine agroalimentaire voisine, des exploitations agricoles et de la station d'épuration de la commune vers le site d'implantation du système de production combinée d'énergie.
Le surplus de biogaz stocké est injecté dans le réseau de distribution de gaz naturel, ce qui permet d'augmenter la rentabilité du système. L'électricité est revendue à un distributeur d'électricité.5
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système de production combinée d'énergies à partir notamment de matières premières renouvelables et/ou de déchets, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une unité de méthanisation alimentée en matières premières renouvelables et/ou en déchets ; - au moins une chaudière, notamment une chaudière à bois ou une chaudière à ordures ménagères, destinée à assurer l'hygiénisation desdites matières premières et/ou desdits déchets ou le séchage des digestats issus de ladite unité de méthanisation ; - un groupe de cogénération alimenté en biogaz par ladite unité de méthanisation, produisant de l'électricité et de la chaleur ; - une station de stockage d'au moins une partie du biogaz produit par ladite unité de méthanisation ; et - un dispositif de contrôle pilotant ladite unité de méthanisation, ledit groupe de cogénération et ladite chaudière, optimisant la production des énergies au sein dudit système.
- 2. Système de production combinée d'énergies selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de transport de la chaleur produite par ledit groupe de cogénération et/ou ladite chaudière.
- 3. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de véhicules aptes à utiliser ledit biogaz comme carburant, destinés à transporter lesdites matières premières renouvelables et/ou lesdits déchets vers ladite unité de méthanisation et/ou les digestats de ladite unité de méthanisation vers une zone de compostage et/ou une zone de stockage provisoire avant épandage.
- 4. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que leditdispositif de contrôle comprend des moyens de gestion de la quantité de biogaz stockée dans ladite station de stockage de biogaz.
- 5. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle est configuré de sorte à maintenir la capacité de production d'électricité dudit groupe de cogénération entre 70 et 100% de sa capacité maximale.
- 6. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rendement électrique sur PCI dudit groupe de cogénération est au moins égal à 40%.
- 7. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle est configuré de sorte à optimiser la production des énergies au sein dudit système en fonction des tarifs comparés de l'électricité et du gaz.
- 8. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite station de stockage de biogaz est raccordée à un réseau de distribution de gaz naturel.
- 9. Système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites matières premières renouvelables et/ou lesdits déchets comprennent des substances appartenant au groupe comprenant au moins : - lisier ; - boues de station d'épuration ; - déchets organiques et/ou inertes de l'industrie agro-alimentaire.
- 10. Dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du système de production combinée d'énergies selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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