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La cogénération : fonctionnement, avantages et inconvénients

Envie de mieux consommer, passez à l’énergie verte

Encore mal connue du grand public, la cogénération, dans un contexte de crise énergétique, s’impose comme une des solutions efficaces pour économiser et optimiser l’utilisation d’énergie.  Cet article est voué à présenter ce procédé et en appréhender les différents enjeux.

Définitions de la cogénération et de la micro-cogénération

La cogénération est un processus de production simultanée de chaleur (chauffage et eau chaude pour sanitaire)  et d’électricité, à partir d’une seule source d’énergie). Cette méthode de production d’énergie utilise la chaleur qui serait normalement perdue dans le processus de production d’électricité pour produire de la chaleur supplémentaire.

La micro-génération fonctionne sur le même principe qui la cogénération mais à plus plus petite échelle. On parlera de cogénération pour les applications industrielles ou les grands bâtiments qui ont besoin de beaucoup de chaleur et de micro-génération pour les maisons individuelles ou les petits bâtiments. 

Comment fonctionne la cogénération ? 

Le principe de la cogénération consiste à produire de l’énergie mécanique (convertie en électricité) et de la chaleur en même temps, dans une même installation et un même combustible. Une partie de la chaleur produite est utilisée pour activer un moteur (à combustion externe ou interne), une turbine ou une pile à combustible, pour produire de l’électricité. La chaleur restante est utilisée directement pour chauffer de l’eau ou produire de la vapeur.

Les étapes du processus de cogénération

On peut expliquer le fonctionnement de la cogénération par ses différentes étapes :

  1. une source d’énergie unique, fossile ou renouvelable, fait tourner un moteur ou une turbine 
  2. le moteur ou la turbine déclenche alors la mise en route d’un alternateur qui va créer de l’électricité 
  3. l’électricité est collectée puis stockée (en cas de surplus de production, l’électricité peut être revendue à un fournisseur d’énergie pour approvisionner des collectivités locales ou des entreprises, des ménages
  4. l’alternateur (mis en mouvement) chauffe et pour éviter sa surchauffe, un liquide de refroidissement est utilisé provoquant la vaporisation de la chaleur 
  5. cette vapeur d’eau est alors récupérée par un échangeur thermique qui va l’employer pour produire de l’eau chaude
  6. l’eau chaude produite va alimenter le système de chauffage et/ou des installations sanitaires

Le chauffage en cogénération : chaudière ou centrale ?

La centrale en cogénération

La centrale est une installation de grande taille utilisée pour produire simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir d’une source d’énergie commune, telle que le gaz naturel, le charbon ou le fioul. La centrale, généralement utilisée comme source d’énergie principale, fournit de l’électricité et de la chaleur à des bâtiments ou à des installations industrielles de grande envergure,

La chaudière en cogénération

La chaudière est une installation plus petite utilisée pour produire de l’électricité et de la chaleur à partir d’une source d’énergie commune, telle que le gaz naturel, le propane ou le biogaz. Elle utilise des générateurs à combustion interne ou à pile à combustible pour produire de l’électricité, tandis que la chaleur résiduelle est récupérée pour le chauffage ou pour produire de l’eau chaude sanitaire.

Elle répond principalement aux besoins énergétiques d’un petit groupe de bâtiments ou d’une maison individuelle et peut être utilisée comme une source d’énergie complémentaire à d’autres sources d’énergie, telles que les panneaux solaires ou les éoliennes.

Quels sont les avantages de la technologie de cogénération ? 

  • Un rendement énergétique accru : là où les installations sont cogénération perdent 65% de chaleur, la cogénération permet de présenter un rendement global oscillant entre 80 et 90%.  
  • Une réduction des émissions de GES : la production combinée de chaleur et d’électricité permet d’économiser de 15 à 20% d’énergie primaire. 
  • Une réduction de la facture énergétique globale.

Les producteurs d’électricité à partir de cogénération bénéficient d’un tarif d’achat garanti pour l’électricité qu’ils produisent, pour une durée de 15 ans. Cela peut faciliter le financement des projets de cogénération en offrant une source de revenus stable et prévisible.

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Les contraintes de la cogénération ?

  • Un investissement initial élevé, un coût d’entretien au plus haut : on parle de plusieurs dizaines de milliers d’euros pour les petits appareils. Pour une centrale, c’est un investissement minimum d’un million d’euros, sans compter les frais de maintenance, 100 000€ pour une centrale de 10MW.
  • Un ancrage très local : la chaleur se transporte mal. Il faut donc que les centrales de cogénération se trouvent au plus près des sites qu’elles alimentent. 
  • Une production peu modulable : la proportion d’électricité et de chaleur produite est très souvent fixe. Pour s’adapter aux changements, il est souvent nécessaire d’investir dans un système d’appoint. 

Des contraintes techniques lors de l'installation d'un système de cogénération 

Les systèmes de cogénération produisent de l’électricité et de la chaleur, et doivent répondre aux exigences de sécurité, notamment en matière de gestion des gaz d’échappement et des liquides de refroidissement. Il est également important de s’assurer que le système est compatible avec les normes et les réglementations locales en matière de qualité de l’électricité.

Les contraintes administratives

Les installations de cogénération doivent respecter les normes environnementales en matière d’émissions de polluants atmosphériques, notamment celles fixées par la directive européenne relative aux émissions industrielles (IED).

Les installations de cogénération d’une puissance supérieure à 12 MW doivent faire l’objet d’une autorisation administrative délivrée par le préfet de département. Pour les installations d’une puissance supérieure à 20 MW, une étude d’impact environnemental doit être réalisée et une consultation publique doit être organisée.

Qui utilise des unités de cogénération ? 

Les utilisateurs des chaudières ou centrales en cogénération sont divers et comprennent de nombreux secteurs industriels et commerciaux qui ont des besoins élevés en énergie. On peut citer les sites industriels, mais également les hôpitaux ou les installations de traitement des eaux usées. 

La micro-cogénération est la forme de cogénération la plus couramment utilisée par les particuliers, car elle est conçue pour répondre aux besoins énergétiques des maisons individuelles ou des petits bâtiments. Cependant,  sa mise en œuvre chez les particuliers reste limitée notamment par les coûts initiaux engendrés de l’installation, les exigences d’entretien régulier et les réglementations locales en matière de construction et de sécurité.

Questions fréquemment posées

Quel est l'intérêt de la cogénération ? 

La cogénération permet d’économiser l’énergie fossile par l’utilisation de manière plus efficace les combustibles fossiles pour produire à la fois de l’électricité et de la chaleur. Avec la cogénération, la chaleur qui serait normalement perdue est récupérée et utilisée pour des applications thermiques.

La cogénération permet de réduire les coûts énergétiques, de générer des revenus supplémentaires en vendant de l’électricité excédentaire sur le réseau électrique ou de valoriser des déchets ou des sous-produits industriels.

Comment dimensionner une cogénération ? 

Le dimensionnement de la cogénération commence par l‘évaluation des besoins en électricité et en chaleur de l’installation, ainsi que les variations saisonnières et journalières de la demande. Il est nécessaire ensuite de choisir le type de combustible approprié pour la cogénération.

Le dimensionnement de la cogénération doit également prendre en compte les coûts d’investissement et d’exploitation du système, ainsi que les normes environnementales et les réglementations locales. Le coût du système doit être appréhendé sur le long terme (notamment les coûts d’entretien et de maintenance).

Qu'est ce que la cogénération dans une centrale de biomasse ? 

La cogénération dans une centrale de biomasse consiste à produire simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir de la combustion de la biomasse, tels que les résidus de bois, les déchets agricoles ou les cultures énergétiques. 

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