La Cog

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La Cogénération
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Sommaire

• 1) Principe de la cogénération
• 2) Technologies
• 3) Avantages et inconvénients
• 4) Place de la cogénération dans l'Europe
• 5) Rendement
• 6) Conclusion

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1) Principe de la cogénération

• La cogénération est un principe de production
  simultanée d'électricité et de chaleur, cette
  chaleur étant issue de la production électrique.
  En effet, la production d'électricité engendre la
  production de chaleur qui est habituellement
  dissipé dans l'atmosphère.

Centrale locale de cogénération de
Masnedø(Danemark),
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Schéma de principe
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2) Technologies

• Il existe plusieurs types de cogénération
• - la cogénération par moteur
• - le moteur Stirling
• - la cogénération par turbine à combustion
• - la cogénération par turbine à vapeur
• - le cycle combiné
• - trigénération
• - la cogénération par pile à combustible

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La cogénération par moteur

• Les moteurs de cogénération sont disponibles dans
  une gamme de puissance allant de quelques
  dizaines de kW à environ 3 MW. Ce sont donc
  surtout les petites installations et les
  applications domestiques qui sont concernées par
  ce type de technologie.

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Moteur Stirling
Le Moteur Stirling est un moteur à combustion
externe, le fluide principal est un gaz soumis à
un cycle comprenant 4 phases chauffage isochore
(à volume constant), détente isotherme (à
température constante), refroidissement isochore
puis compression isotherme. On l'appelait au
début moteur à air chaud
Modèle de moteur de type alpha La source chaude
est du côté rouge, la source froide est du côté
bleu. Elle est entourée d'un système dissipant la
chaleur (dissipateur thermique).
Coupe d'un moteur Stirling de type bêta Source
chaude coté rose, source froide coté gris, piston
de déplacement en vert, piston moteur en bleu.
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La cogénération par turbine à combustion

• De l'air atmosphérique est aspiré et comprimé
  dans un compresseur. Dans la chambre de
  combustion, un combustible est injecté dans cet
  air comprimé et est brûlé. Les gaz de combustion
  chauds et à haute pression sont détendus dans une
  turbine qui fournit un travail mécanique. Ce
  travail est transformé en énergie électrique à
  l'aide d'un alternateur. À l'échappement, les gaz
  contiennent toujours beaucoup de chaleur. Ils
  sont donc dirigés vers une chaudière de
  récupération, où leur énergie thermique sera
  transmise à un fluide caloporteur (généralement
  de l'eau).

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La cogénération par turbine à vapeur

• Le cycle thermodynamique des turbines à vapeur
  est basée sur le cycle de Rankine. A l'aide de la
  chaleur dégagée par la combustion d'un
  combustible, on produit de la vapeur à haute
  pression dans une chaudière. Cette vapeur est
  ensuite dirigée vers une turbine, où en se
  détendant, entraîne la turbine. Sortie de la
  turbine, la vapeur est condensée et ramenée à la
  chaudière, où ce cycle recommence. Dans ce cycle,
  la combustion est externe.

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Le cycle combiné

• On peut aussi combiner turbine à vapeur et
  turbine à gaz. Comme dit précédemment, la turbine
  à gaz peut produire de la vapeur à travers une
  chaudière de récupération. Cette vapeur peut
  aussi entraîner une turbine à vapeur et avec un
  alternateur placé sur l'axe de la turbine à
  vapeur, on peut ainsi produire un complément
  d'électricité. La demande en chaleur peut être
  assouvie par de la vapeur à la sortie de la
  turbine. De pareilles configurations permettent
  un haut rendement électrique, ce qui se traduit
  par un rendement thermique plus faible.

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La trigénération

• La trigénération est une extension de la
  cogénération, avec production d'une troisième
  catégorie d'énergie, en général du froid. Ce
  froid peut être produit mécaniquement, par
  utilisation directe de l'énergie mécanique du
  moteur ou de la turbine, il peut également être
  produit indirectement au travers par exemple d'un
  groupe à absorption.

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la cogénération par pile à combustible

• La cogénération par pile à combustible semble
  être une voie prometteuse. Cette technologie, si
  elle existe sur son principe depuis 1839,
  inventée par Sir William Grove, n'est toujours
  pas arrivée à maturité. Certaines piles à
  combustible sont réversibles, et peuvent donc
  produire leur propre carburant et le stocker, par
  exemple à partir d'énergie électrique d'origine
  solaire ou autre, lorsque qu'elle n'est pas
  utilisée en production.

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3) Avantages et inconvénients

• Avantages
• - Optimise le rendement
• - Moins de pertes d'énergie
• - Durée de vie des combustibles fossiles accrue
• - limite l'émission de gaz à effet de serre

• Inconvénients
• - La contrainte majeure de la cogénération est
  d'avoir un ou plusieurs consommateurs pour la
  chaleur ou la vapeur produite proche de la
  centrale, car le transport est impossible.

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4) Place de la cogénération dans l'Europe

• De fortes inégalités demeurent en Europe. La
  production française d'électricité par
  cogénération n'était que de 3 en 2000. Tous les
  états étaient en retard et seuls 8 sur 22 avaient
  envoyé leurs rapports complets à la commission
  européenne. En 2006 seuls 366 TWh d'électricité
  (10,9 de la production totale d'électricité) a
  été produit en cogénération. En France, la
  cogénération a représenté 11 de la production
  totale d'électricité de l'UE en 1998. Si cette
  part augmentait jusqu'à 18, des économies
  d'énergie pourraient représenter de l'ordre de 3
  à 4 de la consommation brute totale de l'UE

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5) Rendement

• Un moteur possède un rendement électrique
  d'environ 40 à 45, une turbine, un rendement
  électrique d'environ 35 à 40, et celui d'une
  pile à combustible se situe aux alentours de 20 à
  30. La quasi-totalité du solde de l'énergie
  consommée est transformée en chaleur. La
  cogénération consiste à récupérer au mieux cette
  énergie, afin de la valoriser pour atteindre un
  rendement total pouvant aller jusqu'à 80-90.
• Cogénération par moteur rendements électriques
  situés généralement entre 30 et 40 .
• Moteur Stirling plus de 90 d'après le
  constructeur (Powergen E.ON)
• Cogénération par turbine rendement électrique
  variant entre 25 et 40 en fonction de
  la puissance.

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6) Conclusion

• Pourquoi utiliser la cogénération?
• La cogénération est une forme de production
  d'énergie compatible avec le développement
  durable et la gestion optimale des ressources
  naturelles.
• Sur un plan économique, cette efficacité
  énergétique se traduit par une réduction
  significative de la facture énergétique.
• Une installation de cogénération ne remplace pas
  totalement une chaudière, elle la complète
  utilement. Cet investissement supplémentaire est
  synonyme de création de nouveaux emplois, tant
  pour l'étude technique détaillée, que pour
  l'installation et l'entretien de l'installation
  de cogénération.
• La cogénération est donc une énergie à promouvoir
  qui permettra une meilleure rentabilité des
  énergies fossiles.

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Fin

• Crée par POP Frédérick et PIERRE David
• Source
• Wikipedia
• EDF
• ADEME
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