Tpe Trigeneration

èmes Fluidiques et Energétiques)

Introduction

Dans le cadre de notre formation BTS Fluides Energie Environnement section D (maintenance). On nous a demandé de réaliser un mémoire d’étude avec différent thèmes.

Notre choix s’est porté sur la trigénération. Nous avons pris ce mémoire car il nous paraissait très intéressent. Le faite que ce soit une nouvelle technologie encore aujourd’hui très rare et peu exploité nous a amené à le choisir.

Dans ce mémoire nous allons découvrir, d’où provient la trigénération ? Comment fonctionne cette installation ? Quelles sont les intérêts d’une telle installation ? Quelle sont les conséquences environnementales ?

Nous allons répondre à ses questions par différentes étapes. L’historique va nous servir à comprendre d’où viens la trigénération et à quel point elle n’est pas développée en Europe. Nous allons ensuite découvrir comment marche en détaille et point par point cette l’installation. Nous allons voir ensuite les avantages et les inconvénients puis pour finir les conséquences environnementale.

Une étude de cas a été réalisée sur la centrales de trigénération du Centre Spatial De Toulouse (CNES), pour voir réellement les différents points abordé par se mémoire.

Historique

La trigénération est une technique confidentielle qui peine à s'imposer et à faire valoir ses atouts sur le marché de l'énergie français. Les installations se comptent sur les doigts de la main et seuls deux grands sites disposent à ce jour de telles unités de production simultanée d'énergie mécanique - transformée le plus souvent en électricité , calorifique et frigorifique : Michelin et l'aéroport de Bordeaux. Si la rentabilité économique de la trigénération reste soumise à examen, un fait est néanmoins acquis : la viabilité de cette technique, qui se décline en deux modes distincts qui utilisent, pour l'une la chaleur non valorisée, pour l'autre l'électricité directement produite par la turbine ou le moteur d'une cogénération

La cogénération est un principe de production simultanée d’électricité et de chaleur.

Elle fait partie des techniques les plus efficaces énergétiquement pour l’utilisation des énergies fossiles et renouvelables.

Dans un équipement de cogénération, l’énergie électrique est soit autoconsommée, soit

réinjectée sur le réseau électrique public.

L’énergie thermique sert le plus souvent au chauffage de bâtiments et/ou à la production d’eau chaude sanitaire ou à des procédés industriels.

Présentation de la cogénération et trigénération

La trigénération, qu’est-ce que c’est ?

Définition de la Trigénération :

La trigénération, bien que fiable et performante, reste encore marginale en France.

Des deux systèmes de production frigorifiques aujourd'hui disponibles, seule l'utilisation de groupes à absorption permet de valoriser la chaleur excédentaire d'une cogénération.

Le coût d'investissement est néanmoins plus élevé que la simple trigénération par machine à compression.

Nous ne pouvons pas parler de trigénération sans parler de cogénération :

La cogénération est un principe de production simultanée d'électricité et de chaleur, la chaleur étant issue de la production électrique ou l'inverse.

Au sens plus large, l'énergie électrique peut être remplacée par l'énergie mécanique.

Ces systèmes sont à haut rendement (de 80 % à 90 % en général) bien que le sens de ce rendement doive être considéré avec précaution. Un cogénérateur valorise l'énergie thermique produite.

La trigénération utilise la chaleur non valorisée de la turbine ou du moteur d'une cogénération. Aucun système d'alimentation électrique n'est requis.

Par exemple, une machine frigorifique à absorption alimentée de manière indirecte par cette chaleur non valorisée peut produire de l'eau glacée.

Ainsi à partir d'une seule énergie primaire consommée on produit trois énergies secondaires utilisables simultanément, le chaud, l'électricité et le froid.

Comment Ça Marche ?

La cogénération :

La cogénération consiste à produire en même temps et dans la même installation, de l’énergie thermique (chaleur) et de l’énergie mécanique (ici, de l'électricité) à partir d'une seule et même source d'énergie (ici, du gaz naturel).

L’énergie mécanique est transformée en électricité grâce à un alternateur actionné par une turbine à gaz naturel.

L’énergie thermique, utilisée pour le chauffage et la production d’eau chaude, est produite par récupération de l'énergie non exploitée dans le système de production électrique à l’aide d’un échangeur. La chaleur récupérée et l'électricité produite sont ensuite injectées dans le réseau.

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Le combustible peut être du charbon, du gaz naturel, du GPL, du fuel, du bois, du biogaz, ou des ordures ménagères et des déchets industriels.

Conclusion :

La cogénération peut-être très intéressante en hiver, mais en été les pertes calorifique ne sont pas négligeable. C’est pour cela que l’on à créer une centrale de trigénération pour transformer la chaleur en froid pour le confort ou pour les industrielles.

La trigénération :

On appelle ainsi les installations de Génie climatique qui peuvent produire simultanément du chaud, du froid et de l’électricité.

La cogénération étant aujourd'hui en partie limitée par des besoins en chaleur trop peu importants, le couplage d'un système de production de froid permet de valoriser la chaleur qui ne trouve pas d'application en dehors de la saison de chauffe. Elle permet aussi d'assurer la valorisation de la chaleur produite en été, ce cas de figure faisant notamment référence au secteur tertiaire où les locaux seraient chauffés en hiver et climatisés en été.

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Conclusion :

La trigénération compense le manque de production de froid de la cogénération et devient beaucoup plus intéressent en été sans perdre son intérêt en hiver.

Description de l’installation

Le froid :

Les deux principes de génération de froid (chacun avec de nombreuses variantes),

∗ Les machines à compression mécanique : le principe est celui du compresseur frigorifique qui équipe notre réfrigérateur domestique ; un moteur électrique fait circuler un fluide qui dégage du froid.

∗ machines thermo frigorifiques : le principe du refroidisseur à absorption est celui des réfrigérateurs de caravane ou c’est la chaleur de la combustion du gaz domestique qui en agissant sur un autre gaz produit du froid.

La commercialisation du froid est souple : la circulation de l’eau (départ/retour) se fait en circuit avec des pompes ; l’eau glacée part à 4° C, elle est stockée dans des cuves isothermes, d’où on l’exploite avec des échangeurs. L’installation fonctionne en continu : la réserve se refroidit la nuit et se décharge aux heures de pointe.

Du froid à partir d’eau chaude?

Le principe consiste à pulvériser de l’eau en fines gouttelettes dans un récipient sous vide. Du fait de la basse pression, l'eau s'évapore en puisant une certaine quantité de chaleur de l'eau à rafraîchir (production de froid utile) au sein de “l’évaporateur”. Une partie de l’eau pulvérisée qui ne s’évapore pas sera recyclée.

Mais, rapidement, le récipient sous vide sera saturé de vapeur d'eau, et l'eau dispersée ne s'évaporera plus. Il faut donc un moyen pour maintenir ou recréer le vide dans le récipient!

C'est là qu'intervient le sorbant au sein de “l’absorbeur”. On utilise le principe de l'affinité de la vapeur d'eau avec une solution aqueuse de bromure de lithium, pour le froid positif jusqu’à 5°C, ou d'ammoniac, pour le froid négatif. On peut également utiliser un solide poreux de type gel de silicium. On parlera d’absorbant s’il s’agit d’un liquide et d’adsorbant si l’on utilise un solide.

Au fur et à mesure que l’absorbant capte la vapeur d’eau, sa capacité d'adsorption diminue, jusqu'à être nulle à saturation. L’absorbant est alors chauffé à une certaine température dans “le concentrateur” et “rend” la