Deux grandes chaudières à granulés pour le réseau de chaleur du Kirchberg à Luxembourg
Article paru dans le Bioénergie International n°91 de juin 2024
La chaufferie du Kirchberg, photo LuxEnergie
La société LuxEnergie exploite, depuis sa mise en service en 2001, la centrale d’énergies du Plateau du Kirchberg à Luxembourg, le quartier d’affaires de la place bancaire et financière luxembourgeoise, un quartier qui héberge de nombreux centres administratifs et tertiaires. Fonctionnant initialement avec des moteurs de cogénération et des chaudières au gaz naturel, la chaufferie a commencé sa transition énergétique en 2017. Pour cela, elle a accueilli, dans les locaux existants en grande partie enterrés, une première chaudière biomasse à vapeur générant 2,8 MWé et 10 MWth et permettant de réaliser de la cogénération à partir d’une énergie renouvelable et locale, le bois. LuxEnergie a confié cette réalisation au constructeur belge Vyncke, spécialisé dans la conception et la fourniture de chaudières industrielles à biomasse depuis 1912. Avec cette chaudière, chaleureusement affublée du petit nom de Joséphine par ses conducteurs, la plus grande partie de la chaleur distribuée par ce réseau de plus de 20 km était alors produite par la biomasse, les installations gaz étant conservées en appoint et secours.
Le choix du granulé par manque de place
Livraison de granulés au Kirchberg dans le grand silo vertical noir, photo LuxEnergie
Pour la mise en place de la première chaudière à bois, la solution la plus économique en termes de coûts d’exploitation, aurait consisté à choisir le bois déchiqueté comme combustible. Mais étant donné l’exiguïté du site, cette option n’a pas pu être retenue. En effet, dans ce quartier à très forte pression foncière, la chaufferie a été implantée en sous-sol, pour n’héberger à l’origine que des équipements à gaz ne nécessitant aucun besoin de stockage. Aussi, pour entrer des équipements bois dans cet espace très contraint, le choix du combustible s’est porté sur la biomasse la plus dense d’entre toutes pour pouvoir en stocker suffisamment pour constituer un silo à l’autonomie suffisante, et ce fut donc le pellet. À cette fin, un silo vertical a été créé sur le parvis de la chaufferie. Il est capable d’accueillir 500 tonnes de pellets, un volume qui garantit le fonctionnement de la chaudière bois durant une semaine.
Ce choix a aussi été facilité, en termes de garantie des prix dans le temps, par le fait que LuxEnergie, en association avec le Groupe François, le plus grand producteur de palettes et de granulés de Belgique, possède sa propre usine de granulés, Kiowatt, à seulement quelques kilomètres du Kirchberg.
À ce stade du projet, la production de chaleur renouvelable était de plus de 76 GWh par an, ce qui représentait plus de 55 % de la consommation du réseau de chaleur. Ce recours nécessitait environ 24 600 tonnes de granulés par an et permettait d’économiser plus de 8 millions de m³ de gaz naturel par an. Il subsistait cependant encore environ 60 GWh par an de chaleur produits au gaz.
Une seconde étape pour tendre vers le 100 % renouvelable
Comme prévu dans la planification du passage au bois, la seconde étape a consisté, en 2023, à remplacer cinq moteurs de cogénération à gaz par deux chaudières à granulés. LuxEnergie a donc de nouveau passé commande à Vyncke et cette fois pour deux chaudières à eau chaude, chacune de 7,5 MWth utiles. Ces équipements ont été mis en service à la fin de l’année 2023 et vont permettre de ramener la part du gaz en deçà des 10 % dès 2024.
Depuis le fond, le local de broyage, et les deux chaudière à poudre au Kirchberg, photo Frédéric Douard
La courbe de chauffage est en effet définie par un besoin de puissance de 50 MW par -10°C de température extérieure, sachant que la somme des générateurs bois est de 25 MW, puissance électrique de la cogénération déduite. Le gaz intervient maintenant plus rarement et interviendra de moins en moins avec le réchauffement du climat. Donc sur un besoin total annuel de près de 140 GWh de chaleur, le granulé couvre plus de 125 GWh.
La consommation de granulés s’établit désormais à environ 37 000 tonnes par an et sera amenée à croître encore un peu dans les années à venir avec les extensions du réseau. Cette augmentation de la consommation a réduit l’autonomie du silo de moitié, mais demeure suffisante avec une demi-semaine. Ce sont ainsi 5 à 6 camions par jour qui le maintiennent à niveau en puissance maximale.
Le système de dosage de la poudre de bois au Kircberg, photo Frédéric Douard
Des chaudières industrielles spéciales pour granulés
Le broyeur de granulés au Kirchberg, photo Frédéric Douard
Dans le monde de la biomasse, notamment à l’échelle des installations collectives et industrielles, il existe sur le marché des chaudières capables de brûler des qualités très variées de biomasses tout en conservant toutes leurs performances : cette polyvalence est rendue possible par des technologies et des régulations complexes qui ont fatalement un certain coût et un certain encombrement. Alors, lorsqu’on a que du granulé à brûler, cette complexité, et donc ce coût, ne se justifient pas forcément, étant donné que les caractéristiques principales des granulés sont quasiment invariables. Pourtant, malgré cela, peu de chaudières spécifiquement à granulés sont disponibles sur le marché, en dehors des petites puissances.
Dans le cadre de la phase 2 du projet du Kirchberg, en plus de ne brûler que du granulé, les porteurs du projet avaient à composer avec une chaufferie à gaz et des emplacements exigus en sous-sol. Le constructeur Vyncke leur a alors proposé une solution inédite : des chaudières à flamme, moins encombrantes en hauteur que les chaudières à bois déchiqueté, car sans grille, et alimentées par un brûleur à poudre de bois de 8,3 MW de leur filiale suédoise PetroBio.
Les deux nouvelles chaudières ont été installées juste à côté de la chaudière bois de cogénération. Profitant de la présence du convoyeur d’alimentation en granulés de la Joséphine, les deux nouvelles chaudières à granulés sont également alimentées par cet équipement, à la différence que la Joséphine brûle les granulés entiers sur sa grille alors que les nouvelles chaudières consomment de la poudre de bois. Cette poudre est ici produite sur place, dans un local de broyage des granulés, positionné entre le convoyeur principal et les deux chaudières à flamme. Ce local insonorisé et ATEX est équipé d’un broyeur Champion, fournit par l’entreprise CPM, spécialiste international de la production de granulé. Une fois réduits en poudre fine, les granulés sont conduits à un système de dosage qui alimente pneumatiquement le brûleur PetroBio de chaque nouvelle chaudière.
Flamme de poussière de bois dans l’une des nouvelles chaudières Vyncke du Kirchberg, photo Frédéric Douard
L’air primaire de combustion est en même temps l’air de transport des poussières de bois. L’air secondaire est injecté tangentiellement, de façon à provoquer un vortex. Les airs tertiaire et quaternaires sont injectés sur les côtés, parallèlement à l’axe de la flamme. La combustion de la poudre de bois s’opère en suspension, en quelques secondes seulement, la matière étant extrêmement sèche et fine. Et comme dans ces chaudières il n’y a pas de grille pour récupérer les cendres, elles sont captées dans les gaz d’échappement par un des filtres à manches. Le taux de cendres constaté sur l’installation est d’environ 0,6 % sur sec. L’entretien de leur échangeur est réalisé automatiquement par des injecteurs d’air comprimé. L’entretien annuel se fait lors de la période estivale, alors que la chaudière à vapeur fonctionne toute l’année pour desservir le réseau de chaleur (production eau chaude sanitaire et production de froid avec des groupes d’absorption).
Ecran de contrôle de l’une des deux chaudières à poudre de bois, image LuxEnergie. Cliquer sur l’image pour l’agrandir.
L’un des deux brûleurs PetroBio sur sa chaudière au Kirchberg, photo Frédéric Douard
Précisons que, comme ces chaudières ne possèdent pas de grille, le bois s’y auto-enflamme par la température du cône de combustion du brûleur. Pour cela, à chaque allumage à froid, il faut préchauffer ce cône durant quelques minutes. Une fois la mise à feu réalisée, la flamme de poussière est auto-stable jusqu’au minimum technique de 30 % environ. En deçà de cette puissance, il faut un support au gaz pour maintenir la température du cône de combustion. Et notons que cette particularité d’un brûleur pouvant à la fois consommer de la poussière et/ou du gaz présente l’avantage que dans l’éventualité d’un défaut d’alimentation en bois, l’installation peut quand même fonctionner 100 % au gaz.
Signalons enfin que la conduite de telles chaudières est d’une grande simplicité, qu’une fois en chauffe, elles ont une réactivité aussi bonne que des chaudières à gaz, et que cela permet de suivre les besoins du réseau avec une grande précision, toujours en cherchant à limiter le recours au gaz.
Contacts :
- LuxEnergie : Astrid Arbogast / +352 22 54 74 327 – communication@luxenergie.lu – www.luxenergie.lu
- Les chaudières : Jérôme Béarelle / +33 619 883 353 - jbe@vyncke.com – www.vyncke.com
- Les brûleurs de poudre de bois : Johanna Lindén / +46 31 335 49 50 johanna.linden@petrobio.se – www.petro.se/en
- Le broyeur de granulés : www.cpmeurope.nl
Frédéric Douard, en reportage à Luxembourg
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CPM est cité aussi dans ces articles :
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Et puis assez rapidement, la conscience environnementale collective s’accroissant, elle a développé différents brûleurs garantissant des performances écologiques de plus en plus grandes jusqu’à en arriver aux biocombustibles renouvelables, d’où son changement de nom pour PetroBio.
Aujourd’hui dirigée par Johanna Lindén, la société a intégré début 2018 le groupe VYNCKE et se positionne comme un acteur de la transition énergétique sous un angle complémentaire de celui de constructeurs de chaudières à biomasse, à savoir celui de la conversion des chaudières à combustibles fossiles vers la biomasse. Cette possibilité de conversion est une réelle opportunité pour de nombreux industriels et réseaux de chaleur disposant d’un parc de grandes chaudières à fioul ou à gaz, et qui n’ont pas forcément l’espace, ni le profil de demande de chaleur pour une chaufferie biomasse à part entière.
PetroBio est cité aussi dans ces articles :
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