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Micro et mini cogénération : nouvelles perspectives

Par Etienne GUIBEAUD – Cegibat - Novembre 2017

LA PROBLEMATIQUE

La cogénération de petite puissance désigne un module capable de produire simultanément de la chaleur et de l’électricité dont la puissance nominale électrique est inférieure à 36 kWe (micro-cogénération) ou comprise entre 36 et 250 kWe (mini-cogénération).

Parmi les trois grandes familles de cogénérations, les modules de micro et mini cogénération délivrent des puissances électriques intermédiaires qui s’adaptent à une grande variété de projets.

Familles et technologies de cogénération

NB : même si l’écogénérateur domestique est par définition également une micro cogénération (1 kWe), cette technologie ne sera pas traitée dans cet article.

Un regain d’intérêt pour la micro et mini cogénération

Bien qu’encore peu développée en France, la cogénération de petite puissance suscite un nouvel intérêt de la part des maîtres d’ouvrage et de leurs prescripteurs sur divers projets : immeuble de logements, immeuble tertiaire, petite industrie, éco-quartiers.

En construction neuve, l’application effective de la RT 2012 et la mise en place progressive de nouveaux labels de performance énergétique (HPE, THPE et BEPOS) rend cette solution compétitive grâce à la valorisation réglementaire de la production d’électricité décentralisée.

Sur les projets de rénovation, l’augmentation annoncée du prix de l’électricité française donne à ce produit de nouvelles perspectives de rentabilité sur sa durée de vie (environ 15 ans).

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

Des économies d’énergie primaire et d’émission de CO2 allant jusqu’à 30%

La production combinée de chaleur et d’électricité se révèle toujours plus efficace que des productions séparées. De plus, la production distribuée permet de s’affranchir des pertes du réseau de transport et de distribution (égales à 7% pour un système raccordé en basse tension), d’où un gain allant jusqu’à 30% en énergie primaire et en émissions de CO2 par rapport aux meilleures technologies de chauffage disponibles (chaudière condensation) et un appel au système centralisé électrique le plus efficace (centrales cycles combinés gaz).

economie energie primaire

Des atouts complémentaires au service de la collectivité

Dans les régions électriquement sensibles (PACA, Bretagne, IDF, …), un module de micro ou mini cogénération présente l’avantage d’être immédiatement disponible pour contribuer à l’effacement de la pointe électrique hivernale et sécuriser la production d’électricité pendant cette période. Dans un contexte de généralisation du concept de Smart City à horizon 2015, cette solution flexible en terme de charge et pilotable à distance, constitue une excellente réponse en complément des solutions de production 100% renouvelables telles que l’éolien ou le photovoltaïque.

Pour en savoir plus sur ce sujet, consultez la chronique sur la pointe électrique : Pointe électrique française

Le fonctionnement repose sur une technologie mature

Un module de micro ou mini cogénération se présente sous la forme d’une enceinte compacte et monobloc intégrant les composants suivants :
- moteur à combustion interne gaz naturel
- alternateur qui produit un courant alternatif triphasé BT 400V-50Hz
- échangeurs sur les fumées et sur l’eau de refroidissement pour récupérer l’eau chaude jusqu’à 90°C
- isolation phonique
- armoire électrique permettant de réguler la charge électrique entre 50 et 100%
- évacuation des produits de combustion

Micro/mini cogénération : principe

Source : ESS Viessmann

Le module s’installe dans une chaufferie classique et s’associe généralement à une chaudière gaz dans une logique base/appoint. L’installation d’un volume tampon est fortement recommandée afin d’éviter les courts cycles de fonctionnement du module qui pourraient altérer sa durée de vie.

Une solution performante dans le cadre de projets neufs vertueux

La micro/mini cogénération se positionne aujourd’hui comme une solution très compétitive sur les projets vertueux visant l’atteinte de labels de performance énergétique RT2012 (HPE, THPE, Bepos). La valorisation de l’électricité produite localement permet de réduire singulièrement le calcul du Cep, ce qui n’était pas le cas précédemment dans la RT2005.
La micro/mini cogénération représente ainsi la première alternative à envisager lorsque l’implantation de panneaux solaires (thermiques ou photovoltaïques) s’avère compliquée sur un projet.

Prenons l’exemple d’un immeuble de 34 logements neufs (R+4) de 2800 m2 SHONRT visant le label THPE 2012 et situé en zone climatique H2b.

Immeuble THPE 2012
Pour mémoire, les exigences RT2012 fixées dans cette zone (après 2015) sont :
  • Bbio < Bbiomax = 60
  • Cep < Cepmax = 50

Le label THPE 2012 exige quant à lui :
  • Renforcement du Bbiomax à -20% soit Bbiomax = 48
  • Renforcement du Cepmax à -20% soit Cepmax = 40

Pour les bâtiments produisant localement de l’électricité : Cep < Cep max + 12 = 52

La comparaison de diverses solutions donne les résultats présentés dans le tableau suivant et confirme l’intérêt de la micro cogénération pour atteindre le label THPE 2012, voir même le dépasser assez largement.

rt 2012 cogeneration

Valorisation de l’électricité produite localement

Plusieurs cas sont envisageables pour valoriser l’électricité produite localement par une cogénération de petite puissance:

  • L’autoconsommation : tout l’électricité produite est consommée sur le site ; il n’y a pas de revente sur le réseau
  • Le contrat d’obligation d’achat « PI01 » ou « petites installations » : contrat de 15 ans applicable aux micro-cogénérations (< 36 kWe) qui prévoit – au choix - la revente de la totalité de l’électricité produite ou la revente du surplus de l’électricité non consommée sur site ; le tarif de rachat est égal au tarif réglementé de fourniture du site hors taxes
  • Le contrat d’obligation d’achat « C01 » : contrat de 12 ans qui prévoit une revente garantie de l’électricité produite pendant 5 mois (1er novembre - 31 mars) ; le tarif de rachat est construit à partir du prix du gaz avec une prime à l’efficacité énergétique ; il oscille aujourd’hui entre 110 et 135 € / MWh selon la performance la cogénération
  • Le secours électrique de confort (non réglementaire) est possible selon les modèles : cela nécessite un aéroréfrigérant pour dissiper la chaleur en cas de fonctionnement en été.

Le dimensionnement d’un module de micro et mini cogénération va fortement dépendre :

  • de la valorisation de l’électricité choisie (cf. les quatre cas ci-dessus)
  • du mode de pilotage choisi : régulation sur la chaleur, sur l’électricité ou sur les deux
  • du dimensionnement de l’appoint et du stockage

Pour des questions complémentaires sur le dimensionnement, vous pouvez contacter par mail etienne.guibeaud@grdf.fr ou les fabricants ci-dessous.

LES SOLUTIONS PRODUITS

Il existe une trentaine de fabricants européens, essentiellement basés en Allemagne, en Belgique, en Italie et au Royaume Uni. Parmi eux, on recense 5 fabricants distribués en France en 2013.

Marque

Produit

Gamme

Contact

cogenco

CGC

30 – 240 kWe

Gilles Bourguignat
gilles.bourguignat@cogenco.fr

cogengreen

ecoGEN-G

7,5 – 240 kWe

Christian Bedrossian
cbedrossian@innov-energies.fr

De Dietrich

DX Power

5,5 kWe

Jean-Louis Rasmus
jean-louis.rasmus@dedietrichthermique.com

viessmann-cogeneration

Vitobloc 200 EM

5,5 – 240 kWe

Pascal Guyon
GuyP@viessmann.com

2G-cogeneration

G-Box

20 – 50 kWe

Judit Serra Marsal
j.marsal@2-g.com

REFERENCES

Voici quatre sites références mis en service depuis 2010.

Résidence sociale Moulins de Goarem Vors – Guipavas (29)

Construction neuve (en cours) de 14 logements sociaux atteignant le niveau HPE RT2012 grâce à :

- 1 micro cogénération Cogengreen (7,5 kWe, 21 kWth) associée à une chaudière condensation gaz naturel
(Cep = Cepmax – 10%)
- une conception bioclimatique évoluée (Bbio = Bbiomax – 27%)
- un apport solaire et un éclairage naturel privilégiés avec un ratio de surface vitrée/surface habitable proche de 1/5e
- un traitement des ponts thermiques avec un gain de 60 % sur les exigences de la RT 2012.

L’électricité fournie par la micro cogénération en chaufferie alimente les parties communes tandis que le surplus non consommé est revendu sur le réseau.

micro-cogeneration chaufferie

Résidence Le Vergoin – Lyon (69)

Rénovation de 500 logements sociaux + 1 groupe scolaire comprenant :

- 1 mini cogénération Cogenco (237 kWe, 350 kWth)
- 3 chaudières gaz condensation de 1,65 MW chacune

Le fonctionnement de la cogénération en revente pure C01 de novembre à mars permet de réaliser des économies d’énergie primaire de 18,5%, diminuer les rejets de CO2 de 286 tonnes par an et de baisser les charges locatives de 7%.

Résidence Le Vergoin – Lyon

Lycée Pierre de Coubertin – Calais (62)

Rénovation de la chaufferie avec la mise en place de :

- 1 mini cogénération Cogengreen (140 kWe, 216 kWth)
- 3 chaudières condensation pour un total de 2,8 MW

La mini cogénération fonctionne en autoconsommation et alimente le matériel électrique des cuisines 6j/7 7h30 à 15h, pendant l’hiver tarifaire. La régulation du module se fait sur la puissance électrique appelée. La chaleur est récupérée sur le retour du réseau secondaire en complément de la production des chaudières.

Lycée Pierre de Coubertin

Zac de Bonne – Grenoble (38)

Réaménagement d’une ancienne zone militaire avec la construction de 640 logements séparés en 4 îlots, 11 bâtiments sur 43 000 m² habitables.

Il existe sur ce projet une forte volonté de montrer l‘intérêt de solutions décentralisées avec la mise en place de 4 chaufferies principales, 5 chaufferies secondaires avec au total 9 micro-cogénérations Cogengreen fonctionnant en revente C01.

Les installations ont été instrumentées et ont permis l’analyse des performances et des défauts éventuels des machines.

Les résultats sur les micro-cogénérations sont concluants puisque :
- Les rendements électriques atteints sont de 30%
- Les rendements thermiques atteints sont de 50%
- On observe une bonne disponibilité de 85 % au global (compte tenu d’une panne sur un immeuble non liée directement à la micro cogénération)

Zac de Bonne – Grenoble
CEGIBAT

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