Etude d’un moteur biogaz de cogénération

Résumé du document

Ce projet consiste en une étude réalisée sur un moteur biogaz de cogénération. Le moteur existant se trouve dans une entreprise de transformation de pommes de terre.
La démarche du projet sera la suivante :
nous nous intéresserons tout d'abord à la production de l'entreprise afin de comprendre d'où provient le combustible biogaz. Ensuite, on verra comment, au travers d'une station d'épuration, ce combustible est produit.
On mélangera ce biogaz avec du gaz naturel d'appoint pour obtenir le combustible du moteur de cogénération. Ce dernier, accouplé à un alternateur, permettra de produire de l'électricité et on récupérera également une partie de la chaleur dégagée sous forme de vapeur et d'eau chaude.
On établira alors le bilan annuel de production et de consommation du moteur.
Ensuite, on étudiera plusieurs solutions de valorisation de la chaleur récupérée sur le moteur dans l'entreprise (climatisation, préchauffage des appareils de production...).
Enfin, on calculera la rentabilité de l'installation avec le mécanisme des certificats verts qui sont des primes octroyées pour ce genre d'installation.
Pour terminer, le bénéfice s'avérant bien réel, l'entreprise est en train d'étudier la possibilité de financer et d'utiliser un deuxième moteur biogaz. Il faudra alors à nouveau valoriser l'énergie thermique produite, ce sera le but du dernier chapitre.

Extraits

[...] La demande en eau chaude pour la production (chaudières) est largement suffisante. Elle pourrait également reprendre entièrement le chauffage du bâtiment pendant toute l'année voire même assurer les deux fonctions pendant les mois d'été Solution choisie La production de vapeur servira directement d'appoint dans le circuit 5bars décrit plus haut. En régime usine : l'eau chaude basse température produite par le moteur servira à préchauffer l'eau de production (échangeur L'eau chaude haute température servira à combler le préchauffage insuffisant en BT ainsi qu'à amener l'eau de production à une température de 80°C (échangeur En régime arrêt : l'eau chaude basse température servira à réchauffer une partie de l'eau de stockage (échangeur L'eau haute température réchauffera l'eau du circuit de climatisation (échangeur En cas de période d'arrêt prolongée de l'entreprise, on prévoira deux échangeurs de secours (un HT et un BT) qui seront reliés à des aéroréfrigérateurs sur un circuit indépendant. [...]

[...] -Deux friteuses qui utilisent de l'huile thermique, elles n'entrent donc pas en considération dans ce calcul. La demande thermique pour le réseau 5 bars s'élève donc à un total de kW. Lors d'un arrêt de production, la quantité de vapeur nécessaire pour maintenir à température les appareils de production est mesurée à 1800 kg/h ce qui correspond à une puissance de 1383 kW Calcul de la puissance demandée pour l'eau chaude Cette demande en chaude reprend l'eau d'alimentation des chaudières et l'eau nécessaire à réchauffer l'air pour le chauffage du bâtiment L'eau d'alimentation des chaudières (eau de production) L'eau d'alimentation des chaudières est débitée à 10 voire elle doit être dégazée et peut être réchauffée en deux étapes (Un circuit basse température jusqu'à 40-45°C et un autre jusqu'à 80-85°C). [...]

[...] Eau chaude basse température : 121kW, 55-60°C. Eau chaude haute température : 910kW, 80-102°C Utilisation de la vapeur La demande en vapeur étant largement supérieure à la production du moteur, on viendra relier la nouvelle conduite de vapeur à la première. Ce qui nous donnera une production de vapeur totale de 2*625 = 1250 kW. (Pour rappel, demande entreprise : 16000kW.) 2. Utilisation de l'eau chaude basse température On utilisera l'eau chaude BT comme précédemment : en régime usine elle servira à réchauffer l'eau de production échangeur et à l'arrêt l'eau de stockage On placera l'échangeur entre le et le n°2. [...]

[...] On obtient de l'acétate (CH3COO-) et du dioxyde de carbone ainsi que de l'hydrogène. 3ème phase : la méthanogenèse : elle va transformer les divers constituants de l'étape précédente en méthane. Les réactions sont lentes et peu exothermiques. En digestion anaérobie, la matière organique est donc transformée par les micro-organismes en méthane et gaz carbonique. Le contenu énergétique n'est pas libéré sous forme de chaleur pendant la réaction mais se concentre dans le méthane produit. C'est en provoquant la combustion du méthane avec l'air que l'on pourra exploiter le contenu énergétique de ce méthane. [...]

[...] Ensuite elles entrent dans un tunnel de réfrigération. Une fois les frites surgelées, elles sont emballées. L'eau qui sort des blancheurs contient donc beaucoup d'amidon et de graisses. C'est en récupérant l'amidon et en le faisant fermenter que l'on obtiendra le biogaz. Pour ce faire, il y a lieu d'injecter des bactéries dans le digesteur Station d'épuration, formation du biogaz 1. Schéma général de la station 1 Schéma de la station d'épuration L'eau de la chaîne de production récupérée est chargée d'amidon et de graisse provenant des pommes de terre. [...]