Solutions de cogénération – Production de chaleur et d’électricité

Moteur à combustion interne (MCI) fonctionnant au gaz naturel
Le moteur à combustion interne fonctionnant au gaz naturel est un moteur à pistons, à allumage commandé et utilisant l’air atmosphérique. Son alimentation en air comburant devra donc être assurée.  
Sa vitesse de rotation est constante, de l’ordre de 1500 tours par minute. Cette valeur correspond à une production électrique d’une fréquence de 50Hz avec un générateur disposant de deux paires de pôles.

La récupération de chaleur
Il est possible de récupérer de l’énergie thermique sur plusieurs postes (en fonction des modules) :
→ Sur les produits de combustion au travers d’un échangeur fumées - eau de chauffage (circuit secondaire),
→ Sur le circuit de refroidissement du moteur au travers d’un échangeur eau de refroidissement (circuit primaire) - eau de chauffage (circuit secondaire). L’eau de refroidissement, quant à elle, récupère des calories sur le circuit de lubrification du moteur au travers d’un échangeur huile - eau de refroidissement et directement au niveau de la culasse,
→ Sur l’alternateur (suivant les modèles) : l’eau de chauffage (circuit secondaire) circule dans la double coque de l’alternateur.

Principe de fonctionnement du moteur MAN – à partir de 50 kWe

Principe de fonctionnement du moteur Toyota (modèles 6, 9 et 20 kWe)

Les générateurs
Le moteur produit une force mécanique. Cette force est transmise, au travers d’un arbre mécanique couramment appelé le vilebrequin, au générateur (ou à l’alternateur).

Le générateur électrique est un organe électrique permettant de produire de l’énergie électrique à partir d’une énergie mécanique. On distingue deux types d’alternateurs :
→ Les générateurs synchrones,
→ Les générateurs asynchrones.

  Les générateurs sont constitués de deux parties : le rotor qui constitue la partie tournante (l’axe) et la partie fixe appelée le stator.

Avantages, inconvénients de chaque type de générateurs

Viessmann utilise des générateurs synchrones de la marque Leroy & Sommer

Facteur de puissance – Cosinus Ф
Pour tout courant alternatif variable dans le temps, il existe un déphasage entre le courant et la tension.  

Le déphasage entre le courant et la tension est représenté par un angle, généralement noté Ф, lorsque le courant et la tension sont des fonctions sinusoïdales du temps.  

Le cosinus de l’angle ϕ (cos(ϕ)), appelé facteur de puissance, s’apparente à l’efficacité qu’a un composant électrique pour consommer de la puissance lorsqu’un courant le traverse.  

La puissance disponible aux bornes d’un élément électrique, appelée puissance apparente (exprimée en VoltAmpères ou VA) :
𝑃_𝑎𝑝𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑈 . 𝐼
Papparente : La puissance apparente, en VA
U : La valeur de la tension efficace, en V
I : La valeur du courant efficace, en A  

La puissance réellement consommée (ou utile) par un composant électrique, appelée puissance active (exprimée en Watts ou W), est égale au produit des valeurs efficaces du courant et de la tension, pondérée par le déphasage : 𝑃_𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒=𝑈 . 𝐼 . cos(Ф)

Avec :
Pactive : La puissance active, en W
U : La valeur de la tension efficace, en V
I : La valeur du courant efficace, en A
Cos(Ф) : Le facteur de puissance.

Triangle des puissances