Les systèmes de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP), également connus sous le nom de systèmes de cogénération, sont des systèmes énergétiques très efficaces qui génèrent simultanément de l'électricité et de la chaleur utile à partir d'une seule source de combustible. L’un des principaux avantages des systèmes de cogénération est leur capacité à récupérer et à utiliser la chaleur perdue, qui autrement serait gaspillée dans la production d’électricité conventionnelle. En tant que fournisseur de cogénération, je connais bien les différentes méthodes de récupération de chaleur dans les systèmes de cogénération, et dans ce blog, je vais approfondir ces méthodes pour vous aider à comprendre comment maximiser l'efficacité de votre installation de cogénération.
1. Récupération de chaleur des gaz d'échappement
Les gaz d'échappement du moteur principal d'un système de cogénération, tel qu'une turbine à gaz ou un moteur à combustion interne, transportent une quantité importante de chaleur. La récupération de cette chaleur est l’un des moyens les plus courants et les plus efficaces pour améliorer l’efficacité globale du système de cogénération.
1.1 Échangeurs de chaleur
Les échangeurs de chaleur constituent le principal équipement utilisé pour la récupération de la chaleur des gaz d’échappement. Ils transfèrent la chaleur des gaz d'échappement chauds vers un fluide de travail, tel que l'eau ou la vapeur. Il existe différents types d'échangeurs de chaleur, notamment les échangeurs de chaleur à calandre et les échangeurs de chaleur à plaques.
Les échangeurs de chaleur à coque et à tubes se composent d'une coque (un grand récipient cylindrique) et d'un faisceau de tubes. Les gaz d'échappement s'écoulent à travers les tubes, tandis que le fluide de travail s'écoule à travers la coque. La chaleur est transférée des gaz d'échappement au fluide de travail à travers les parois des tubes. Les échangeurs de chaleur à plaques, quant à eux, sont constitués d’une série de plaques minces empilées les unes sur les autres. Les gaz d'échappement et le fluide de travail s'écoulent à travers des canaux alternés entre les plaques, et un transfert de chaleur se produit à travers les plaques.
La chaleur récupérée peut être utilisée à diverses fins, telles que le chauffage des locaux, le chauffage de l’eau ou des processus industriels. Par exemple, dans un bâtiment commercial, l’eau chaude produite par l’échangeur de chaleur peut être utilisée pour les radiateurs afin de chauffer l’espace intérieur. Dans un environnement industriel, la vapeur générée peut être utilisée dans des processus de fabrication, comme dans une usine de transformation alimentaire pour la cuisson ou la stérilisation.
1.2 Chaudières à chaleur résiduelle
Les chaudières à chaleur résiduaire sont spécialement conçues pour générer de la vapeur à partir de la chaleur présente dans les gaz d’échappement. Ils sont souvent utilisés dans les grands systèmes de cogénération, en particulier ceux équipés de turbines à gaz. Les gaz d'échappement pénètrent dans la chaudière à chaleur résiduelle, où ils chauffent l'eau dans les tubes de la chaudière. Au fur et à mesure que l'eau est chauffée, elle se transforme en vapeur, qui peut être utilisée pour la production d'électricité dans une turbine à vapeur (dans un système de cogénération à cycle combiné) ou pour d'autres applications industrielles.
2. Récupération de chaleur de l'eau de refroidissement
En plus de la chaleur des gaz d'échappement, l'eau de refroidissement utilisée dans les systèmes de cogénération contient également une quantité considérable de chaleur. Le moteur principal d'un système de cogénération, tel qu'un moteur à combustion interne, génère une grande quantité de chaleur pendant le fonctionnement, et l'eau de refroidissement est utilisée pour éliminer cette chaleur et maintenir le moteur à une température de fonctionnement optimale.
2.1 Refroidisseurs à absorption
Les refroidisseurs à absorption peuvent utiliser la chaleur de l'eau de refroidissement pour produire de l'eau glacée à des fins de climatisation. Un refroidisseur à absorption fonctionne selon un principe différent de celui d'un refroidisseur à compression de vapeur classique. Il utilise une source de chaleur (dans ce cas, l’eau chaude de refroidissement) pour piloter le cycle de réfrigération.
Les composants de base d'un refroidisseur à absorption comprennent un absorbeur, un générateur, un condenseur et un évaporateur. L'eau chaude de refroidissement est utilisée pour chauffer une solution dans le générateur, qui libère une vapeur de réfrigérant. La vapeur du réfrigérant passe ensuite par le condenseur, où elle est condensée en un liquide. Le réfrigérant liquide entre ensuite dans l’évaporateur, où il s’évapore et absorbe la chaleur de l’eau à refroidir. L'eau refroidie peut ensuite circuler dans le système de climatisation d'un bâtiment.
2.2 Chauffage urbain
La chaleur de l’eau de refroidissement peut également être utilisée pour les systèmes de chauffage urbain. Le chauffage urbain est un système dans lequel la chaleur est générée à un emplacement central et distribuée à plusieurs bâtiments d'un quartier via un réseau de canalisations. L'eau chaude de refroidissement du système de cogénération peut être directement utilisée dans le réseau de chauffage urbain ou être utilisée pour chauffer un fluide secondaire qui circule ensuite dans le réseau.
3. Récupération de chaleur de l’huile lubrifiante
L'huile lubrifiante est utilisée dans le moteur principal d'un système de cogénération pour réduire la friction et l'usure entre les pièces mobiles. Pendant le fonctionnement, l’huile lubrifiante s’échauffe. La récupération de la chaleur de l’huile lubrifiante peut encore améliorer l’efficacité globale du système de cogénération.
La chaleur de l’huile lubrifiante peut être récupérée à l’aide d’un échangeur de chaleur. Semblable à l'échangeur de chaleur des gaz d'échappement, l'huile lubrifiante chaude s'écoule à travers un côté de l'échangeur de chaleur et un fluide de travail (tel que l'eau) s'écoule à travers l'autre côté. La chaleur est transférée de l’huile lubrifiante au fluide de travail.
La chaleur récupérée peut être utilisée pour préchauffer le carburant ou l'air de combustion dans le moteur principal. Le préchauffage du carburant peut améliorer son efficacité de combustion, tandis que le préchauffage de l'air de combustion peut augmenter l'efficacité thermique globale du moteur.
4. Avantages de la récupération de chaleur dans les systèmes de cogénération
La mise en œuvre de méthodes de récupération de chaleur dans les systèmes de cogénération offre plusieurs avantages.
4.1 Efficacité énergétique
En récupérant et en utilisant la chaleur perdue, les systèmes de cogénération peuvent atteindre une efficacité énergétique globale bien supérieure à celle des systèmes de production d'électricité conventionnels. Dans une centrale électrique conventionnelle, une grande partie de l’énergie contenue dans le combustible est gaspillée sous forme de chaleur. Dans un système de cogénération avec récupération de chaleur efficace, la chaleur perdue est utilisée à bon escient, réduisant ainsi la quantité de combustible supplémentaire nécessaire pour répondre aux demandes de chaleur et d'électricité.
4.2 Économies de coûts
Une efficacité énergétique plus élevée se traduit par des économies de coûts. Puisqu’il faut moins de combustible pour générer la même quantité de chaleur et d’électricité, les coûts d’exploitation du système de cogénération sont réduits. De plus, dans certaines régions, il peut y avoir des incitations ou des subventions pour l'utilisation de systèmes de cogénération économes en énergie, réduisant encore davantage la charge financière pesant sur l'utilisateur.
4.3 Avantages environnementaux
Les systèmes de cogénération avec récupération de chaleur peuvent réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. En utilisant moins de carburant pour générer la même quantité d’énergie, la quantité de dioxyde de carbone et d’autres polluants rejetés dans l’atmosphère est réduite. Cela fait des systèmes de cogénération une option respectueuse de l’environnement pour répondre aux besoins énergétiques.
5. Applications de la récupération de chaleur dans différentes industries
La récupération de chaleur dans les systèmes de cogénération peut être appliquée dans diverses industries.
5.1 Fabrication
Dans l’industrie manufacturière, les systèmes de cogénération avec récupération de chaleur peuvent fournir à la fois de l’électricité et de la chaleur aux processus de fabrication. Par exemple, dans l’industrie textile, la vapeur générée par la récupération de chaleur des gaz d’échappement peut être utilisée pour les processus de teinture et de finition. Dans l’industrie chimique, la chaleur peut être utilisée pour les processus de distillation et de réaction. Certains des produits chimiques utilisés dans l'industrie chimique, tels queBIBP | CAS 25155-25-3 | Bis(tert-butyldioxyisopropyl)benzène,DTAP | CAS 10508-09-5 | Peroxyde de di-tert-amyle, etPeroxyde de dibenzoyle, nécessitent des conditions de température spécifiques lors de leur production, et la chaleur récupérée peut être utilisée pour maintenir ces conditions.
5.2 Bâtiments commerciaux
Les bâtiments commerciaux, tels que les bureaux, les hôtels et les hôpitaux, peuvent bénéficier des systèmes de cogénération avec récupération de chaleur. La chaleur récupérée peut être utilisée pour le chauffage des locaux, le chauffage de l’eau et la climatisation. Par exemple, dans un hôtel, l'eau chaude produite par récupération de chaleur peut être utilisée pour les chambres d'hôtes, tandis que l'eau glacée provenant des refroidisseurs à absorption peut être utilisée pour climatiser les espaces publics.
5.3 Systèmes énergétiques de quartier
Les systèmes énergétiques de quartier peuvent intégrer des systèmes de cogénération avec récupération de chaleur pour fournir une source fiable et efficace de chaleur et d'électricité à plusieurs bâtiments d'un quartier. La chaleur récupérée du système de cogénération peut être distribuée via un réseau de chauffage urbain, tandis que l'électricité peut être utilisée localement ou injectée dans le réseau.
Conclusion
En tant que fournisseur de cogénération, je comprends l'importance de la récupération de chaleur pour maximiser l'efficacité et les performances des systèmes de cogénération. Les différentes méthodes de récupération de chaleur, notamment la récupération de chaleur des gaz d'échappement, la récupération de chaleur de l'eau de refroidissement et la récupération de chaleur des huiles lubrifiantes, offrent des avantages significatifs en termes d'efficacité énergétique, d'économies de coûts et de protection de l'environnement.
Si vous souhaitez mettre en œuvre un système de cogénération avec récupération de chaleur efficace dans votre installation, qu'il s'agisse d'un bâtiment commercial, d'une installation industrielle ou d'un système énergétique de quartier, je vous encourage à nous contacter pour une consultation détaillée. Nous pouvons vous proposer des solutions personnalisées basées sur vos besoins spécifiques en chaleur et en électricité. Travaillons ensemble pour parvenir à un avenir énergétique plus durable et plus rentable.
Références
- Cullinane, K. et Shah, N. (2012). Conception optimale de systèmes de trigénération pour sites industriels. Énergie appliquée, 98, 266-277.
- Lund, H. (2006). Production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) : examen des aspects environnementaux, de performance et économiques. Énergie, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Production combinée de chaleur et d'électricité : examen des technologies, du fonctionnement et de l'optimisation. Revues sur les énergies renouvelables et durables, 39, 53 - 72.