Micro cogénérateur

Système de cogénération au gaz naturel - Source France Air

Auparavant pensée pour les industries ou les grands bâtiments, la cogénération se veut aujourd’hui en version micro afin de répondre, aussi, aux besoins des logements individuels. Ainsi, la micro cogénération vient compléter les systèmes afin de garantir, en complément, la production électrique via un équipement compact.

Qu’est-ce que la micro cogénération ?

Lorsqu’il est question de micro cogénération, il est question d’un équipement de petite puissance électrique, à savoir de moins de 36 kW. A noter que si la puissance se situe entre 36 et 250 kW, il s’agira alors de mini cogénération.

Avec leurs capacités électriques, les équipements sont en mesure d’alimenter un logement de manière à répondre à l’ensemble de ses besoins, aussi bien en chauffage qu’en eau chaude sanitaire et en électricité. Le logement est alors totalement autonome. En outre, il est possible d’opter pour différentes options concernant la production électrique :

• auto-consommation en local ;
• délivrée sur un réseau publique :
  • partiellement : vente du surplus de production ;
  • totalement : revente de toute la production.

Dans le cas d’une mise en réseau de la production, la fonction smart grid (soit le réseau électrique intelligent) permet de valoriser cette production qui se fait sur la période hivernale, au moment de la chauffe, soit lors des pics de consommation. Ainsi, le smart grid ouvre sur une meilleure gestion entre demande et production avec l’ajustement des flux en temps réel.

En termes de composition, un système de cogénération dispose des éléments suivants :

• appoint thermique : à savoir une chaudière
• stockage thermique
• module de cogénération
• raccordement du module au réseau électrique

L’utilisation de la chaleur fatale

Produire de l’énergie électrique à partir d’une énergie de chauffage par le biais d’un moteur à combustion, d’une turbine, etc., engendre une autre production de chaleur à basse température, autrement connue sous le nom de “chaleur fatale”. Celle-ci peut alors être elle-même réutilisée afin de chauffer l’eau chaude sanitaire ou une partie du logement. Au final, il est possible d’obtenir un rendement pouvant presque atteindre les 100 % dans le cas des équipements dotés d’un moteur Stirling, soit une performance énergétique extrêmement intéressante.

La micro cogénération au sein même d’un logement permet donc de valoriser cette autre source d’énergie. Il est alors question de la “production décentralisée d'énergie” qui bénéficie d’un succès grandissant eu égard aux contraintes environnementales actuelles et à la hausse des tarifs des différents combustibles.

Les avantages et inconvénients de la micro cogénération

Les avantages d’un tel système sont multiples avec notamment une importante optimisation de l’énergie. D’ailleurs, plus les besoins du logement en chauffage sont conséquents et plus la production d’électricité est élevée. Le très haut rendement du dispositif est un autre atout non négligeable qui se complète par une belle contribution à la production de l’environnement via une diminution des gaz à effet de serre.

En termes d’entretien, il y a peu à prévoir et, côté financier, s’il est vrai que l’investissement de départ est assez lourd, il est contrebalancé, en partie, par l’obtention d’aides (CITE, TVA réduite, eco-prêt à taux 0…)

Les chaudières compatibles

Différentes chaudières peuvent être utilisées avec un micro cogénérateur. Le gaz et le bois sont particulièrement adaptés.

La chaudière au gaz

En version micro cogénération, la chaudière au gaz propose un excellent rendement dépassant les 90 % de par des déperditions énergétiques très basses, bien moindres que celles constatées lors de l’utilisation d’un modèle à condensation classique. Programmable, ce type de chaudière permet une parfaite gestion du chauffage central.

La chaudière au bois

Encore plus économique et écologique, la version adaptée à la chaudière au bois s’avère extrêmement vertueuse. En effet, avec une source d’énergies renouvelables, à savoir le bois, et plus précisément les pellets de bois, cet équipement se rentabilise plus rapidement et offre les mêmes avantages de pilotage de chauffage centralisé. En outre, c’est la chaudière bois à micro cogénération qui permet le rendement le plus élevé.

Les systèmes de micro cogénération

Mais il faut aussi se pencher sur les différents systèmes de cogénération pour mieux comprendre cette technologie. Chacune présente sa propre technique de conversion d’énergie.

La pile à combustible

Grâce à cette première technologie, il est possible de créer de l’hydrogène. C’est ensuite lui qui sera mixé avec de l’oxygène et qui permettra de provoquer une réaction chimique capable de produire de l’énergie électrique ainsi que de la chaleur. En termes de rendement, si la pile à combustible n’est utilisée que pour de la production électrique, il est possible de tabler sur 50 à 60 %. Et ce rendement s’avère supérieur dès lors que la chaleur créée est elle aussi utilisée pour être réinjectée dans le réseau de chauffe du logement.

Le moteur à combustion interne

Avec un rendement pouvant atteindre les 75 à 80 %, voire les 90 % avec un système à condensation, le moteur à combustion interne est capable de s’appuyer sur divers combustibles, qu’ils soient liquides ou gazeux. Ce type de moteur peut être utilisé pour des besoins démarrant à 5 kW. Il est donc intéressant pour les logements.

Le moteur à combustion externe

Il est cette fois question des moteurs de type Stirling, Ericsson ou encore du moteur à cycle de Rankine. C’est la version la plus adaptée à la micro cogénération puisqu’elle peut prendre en charge des besoins à partir d’1 kW. Directement intégrable au sein de la chaudière, ce moteur à combustion interne est, en outre, non polluant et silencieux.
Côté rendement, le score frise les 100 % pour la production de chaleur et est autour de 15 % en électricité.

Les fabricants de cogénérateurs sur le marché

Sur le marché français, actuellement, un certain nombre de fabricants distribuent les équipements de cogénération. Ainsi, entre Viessmann, France Air, Cogengreen, Hoval, De Dietrich, Capstone, Tedom, 2G ou encore Elco, les propositions sont multiples.

Le dimensionnement de la cogénération

Parmi les questions qui se posent dans un projet de mise en oeuvre de chaudière avec cogénération, celle du dimensionnement est l’une des principales. Effectivement, il faudra bien estimer les besoins du logement avant de se diriger vers l’équipement final. Par ailleurs, il faut savoir que ce type d’installation doit être pensé dans une logique de “base” accompagnée d’un “appoint”, la base étant le système de cogénération.
Les installations de chauffe placées en appoint (chaudière) permettent alors de répondre au surplus de demande. Quant à la production électrique, elle motivera également le dimensionnement selon l’utilisation visée (auto-consommation, revente partielle ou totale).

Pour estimer le bon dimensionnement, certain critères majeures sont à prendre en considération :

• prévision d’un fonctionnement aussi régulier que possible :
  • le nombre d’heures d’utilisation annuel est estimé ;
  • le recours à un ballon d’ECS (eau chaude sanitaire) est fortement recommandé.
• utilisation de la cogénération en appoint :
  • thermique : en base d’une chaudière à condensation ;
  • électrique : en base du réseau.
• valorisation de la chaleur fatale.

Le fonctionnement de la cogénération

Le principe de la cogénération est basé sur la production d’énergie mécanique (électricité) et thermique (chauffage) grâce à la combustion d’une autre énergie dite “primaire” (gaz, bois). L’atout est l’obtention d’un haut rendement énergétique en rapport d’une installation plus classique.

La cogénération permet notamment d’utiliser et de valoriser l’énergie habituellement perdue de la chaleur fatale. Une telle installation combinée offre des performances autour de 20 à 30 % supérieures que dans le cas d’installations distinctes de production de chauffage et d’électricité. Par ailleurs, la production au sein même des logements permet de réduire les déperditions.

Dans la pratique :

• l’eau est chauffée via le moteur thermique qui produit lui-même de la chaleur ;
• l’excédent de chaleur est ensuite utilisée dans le circuit de chauffe ;
• associé à ce moteur thermique, le générateur assure la production électrique.

L’installation et les règles à respecter

Afin de pouvoir implanter un micro cogénérateur dans un logement, il est important de respecter certaines règles d’installation et de sécurité. En effet, ce type de module pourra uniquement prendre place dans un local répondant aux obligations suivantes :

• espace d’implantation attendu (pour permettre la maintenance) :
  • 80 cm d’espace libre tout autour du module ;
  • 1 m d’espace libre au-dessus.
• normes incendie :
  • température du local : 30°C maximum ;
  • ventilation : haute et basse.
• évacuation des produits de combustion :
  • sortie dédiée à prévoir ;
  • sortie distincte de celle de l’appoint thermique.
• raccordement électrique :
  • effectuer une demande de raccordement auprès du gestionnaire du réseau public de distribution ;
  • disposer d’un câble distinct entre le tableau général basse tension et le cogénérateur.

L’entretien du cogénérateur

Un cogénérateur requiert quelques opérations d’entretien afin de conserver une excellente performance et offrir une bonne durée de vie. Cette maintenance se réalise par tranche horaire de fonctionnement. Ainsi, des opérations sont à mettre en oeuvre toutes les 4 000, 8 000, 12 000 et 40 000 heures.

• Toutes les 4 000 heures, par exemple, il s’agira de maintenance simple avec notamment le changement de l’huile du moteur et de son filtre, la vérification de la pression du réseau, de la ventilation, des évacuations, des différents filtres présents, etc.
• Toutes les 8 000 heures il faudra également contrôler, voire remplacer, les flexibles.
• Toutes les 12 000 heures, viendra le moment de changer les câbles et bobines d’allumages, de vérifier la pression de compression ou encore de changer la sonde lambda et le liquide de refroidissement.
• Toutes les 40 000 heures, ce sera la révision complète du moteur.

Le coût de la micro cogénération

Enfin, le coût de la micro cogénération est un élément important pour la prise de décision. Ce coût sera notamment fonction du système sélectionné et de sa puissance.

Par exemple, pour une chaudière à micro cogénération il faut compter entre 10 000 à 20 000 €. Il s’agit d’un réel investissement mais ce dernier peut se voir contrebalancé par les économies d’énergie réalisées, la possibilité de revendre tout ou partie de l’électricité produite et les différentes aides proposées par l’Etat et les collectivités.