Avec sa nouvelle centrale, Epinal alimenté à 85% en chaleur par le bois

Informations clés – Centrale de cogénération vapeur  – Maitrise d’ouvrage privée – Combustibles : 58 000 tonnes de bois déchiqueté par an – Chaudière bois à lit fluidisé Renewa de 19,9 MW – Puissance électrique : 6,2 MWé – Production électrique : 37 GWhé/an – Valorisation réseau de chaleur : 77 GWh/an – Investissements : centrale 31 M€, plus une extension du réseau de 8 km, pour 8 M€ – Manutention du bois : Trasmec – Filtre à manches Scheuch – Exploitation : Cofely – Mise en service en 2015 – Article paru dans le Bioénergie International n°39 de Octobre-Novembre 2015.
La centrale Biofely à Epinal, photo Frédéric Douard

La centrale Biofely à Epinal, photo Frédéric Douard

On savait la ville d’Epinal entourée de forêts et d‘industries du bois, et bien on pourra aussi dire désormais que la capitale des Vosges a déclaré sa flamme au bois-énergie. En effet, pour soutenir l’emploi lié au bois dans sa région, elle s’est engagée depuis 15 ans dans l’installation de chaufferies collectives à bois. Et en cette année 2015, avec la mise en service de sa centrale de cogénération bois, Épinal dispose désormais de l’un des réseaux de chauffage urbain utilisant le mix bois le plus élevé de France.

Chaufferie de La Colombière lors de sa construction, photo Gérard Klauss, Architecte

Chaufferie de La Colombière lors de sa construction, photo Gérard Klauss, Architecte

La capitale des Vosges a déclaré sa flamme au bois-énergie

La première mise en service de chaufferie bois par la ville d’Épinal date de 2002 sur le quartier de la Colombière. Il s’agissait alors d’une démarche initiée auprès de la municipalité par la Chambre d’Agriculture. D’une puissance bois en base de 1,7 MW, elle fut alors raccordée à un petit réseau de chaleur de 2 km. Ce fut la première esquisse de ce qui deviendra plus tard le chauffage urbain d’Épinal.

En 2008, une seconde chaufferie, plus importante, avec 7 MW en base bois, fut mise en service sur le quartier du plateau de la Justice. Elle fut interconnectée à la première, donnant ainsi naissance à un réseau de chaleur de 16 km, desservant l’équivalent de 8000 logements. Depuis 2008, le réseau s’est encore étendu, et avec ses 19 km, il relie aujourd’hui plus de 80 groupes de bâtiments représentant l’équivalent de 10000 logements. À ce stade, le réseau était déjà alimenté à plus de 60% par le bois.

Le stockage de bois de la centrale de Razimont, avec les fosses de livraison devant, le silo actif au milieu et la fosse passive au fond, photo Frédéric Douard

Le stockage de bois de la centrale de Razimont, avec les fosses de livraison devant, le silo actif au milieu et la fosse passive au fond, photo Frédéric Douard

Toutefois, les élus locaux ont décidé de poursuivre le développement du réseau afin de faire profiter un maximum d’habitants de la stabilité du prix de l’énergie bois. Une troisième chaufferie bois, alimentant le centre-ville et les quartiers sud, a donc été envisagé dès 2009, et en 2014, les travaux commençaient sur les hauteurs de Razimont pour la construction d’une centrale de cogénération.

C’est l’entreprise Cofely qui, dans le cadre d’une délégation de service public, a porté ce projet de 31 M€, accompagné par une extension du réseau de 8 km, pour 8 M€ supplémentaires. Sur l’ensemble du parc desservi, la ville a ainsi réussi à diviser par 10 l’utilisation d’énergie fossile, et à monter la part du bois dans l’alimentation du réseau à hauteur de 85%.

La salle de supervision, photo Frédéric Douard

La salle de supervision, photo Frédéric Douard

Un contrat de vente d’électricité plutôt vertueux !

Un crible vibrant Jöst et une bande magnétique Lenoir extraient les indésirables en sortie de silo, photo Frédéric Douard

Un crible vibrant Jöst et une bande magnétique Lenoir extraient les indésirables en sortie de silo, photo FD

En 2009, lors du lancement du projet de centrale, le dossier de candidature à l’appel d’offre de la CRE n’avait pas été retenu. La ville aurait pu construire simplement une troisième chaufferie, mais elle a souhaité exploiter au maximum l’effet social du bois-énergie, en profitant de la rentabilité accrue des projets avec vente d’électricité verte, la plus value sur l’électricité permettant de réduire les charges des usagers du réseau de chauffage. C’est donc vers le dispositif d’obligation d’achat que la ville et son concessionnaire se sont rabattus, bien que ce dispositif ait été modifié début 2011, le prix de vente de l’électricité défini dans l’arrêté du 29 janvier 2011 ayant été diminué de près de 10% par rapport à celui de 2009, si on tient compte du décalage de la date de référence d’indexation du tarif et de la période entre la demande de raccordement au réseau et la date de mise en service pendant laquelle l’indexation est bloquée.

Arrivée du convoyeur de bois Scaldis dans la chaufferie, photo Frédéric Douard

Arrivée du convoyeur de bois Trasmec dans la chaufferie, photo Frédéric Douard

Le principe de ce tarif est de donner la priorité à la chaleur pour atteindre l’efficacité énergétique globale la plus élevée possible, ce qui n’est pas le cas pour les contrats des 3 premiers appels d’offre de la CRE. Et c’est là tout l’intérêt de ce tarif favorable pour les réseaux de chaleur : le tarif de vente d’électricité n’est pas fixe, mais est calculé, sur le rendement global de la saison de chauffe (novembre à mars) : plus l’efficacité énergétique V est grande, plus le tarif grimpe, à raison de 0,96 €/MWhé en plus par % de rendement gagné (au delà des 50% seulement). Alors bien sûr, même avec un tarif bonifié, le bilan d’exploitation est pénalisé lorsque la production d’électricité est réduite, mais tout le reste de l’énergie thermique étant vendu en chaleur le bilan économique global s’en trouve équilibré. Et en été, à Épinal, un talon permanent de besoin en eau chaude sanitaire de 4 MW (hôpitaux + piscine) assure une valorisation satisfaisante de la chaleur. Et en plus de ce critère lié à la vente d’électricité, une efficacité globale de 70% sur l’année est atteinte.

La mise en service industriel de la centrale s’est faite le 1er juillet 2015 et la première injection de chaleur dans le réseau le 1er octobre.

Une centrale très performante

La centrale est équipée d’une chaudière à vapeur de 19,9 MWth qui va consommer uniquement des plaquettes forestières et des broyats de bois non traités : deux critères qui ont permis au projet de rester en régime déclaratif au titre des ICPE.

Les deux vis de convoyage du bois au dessus du foyer Renewa, photo Frédéric Douard

Les deux vis de convoyage du bois au dessus du foyer Renewa, photo Frédéric Douard

Echangeur avec le réseau de chaleur, photo Frédéric Douard

Echangeur avec le réseau de chaleur, photo F. Douard

La vapeur, produite à très haute température (520°C) et pression (92 bar), entraîne une turbine TGM Kanis et son alternateur Elin de 6,2 MWé. Un échangeur de 12 MW (vapeur/eau à 109°C) fait la liaison avec le réseau de chaleur de la ville.

Le choix de la chaudière s’est porté sur la technologie de combustion des solides qui offre la plus grande souplesse d’utilisation, le lit fluidisé (ici bouillonnant), une qualité qui permet à ces équipements d’atteindre des rendements exceptionnels, y compris avec des bois à forts taux d’humidité et de minéraux. À Épinal, le constructeur finlandais Renewa garantit un rendement annuel de 93%, grâce à un récupérateur sur fumées résistant à la corrosion basse température.

Les deux canaux d'introduction du bois dans le foyer Renewa, photo Frédéric Douard

Les deux canaux d’introduction du bois dans le foyer Renewa, photo Frédéric Douard

La production électrique annuelle prévue est de 37 GWhe vers le réseau 20 kV et la production thermique de 77 GWh vers le réseau de chaleur de la ville d’Épinal.

Quelques détails du fonctionnement de la centrale

Le bois déchiqueté, calibré en P100, est déchargé dans les 3 fosses de réception du bâtiment combustible. Un grappin de 3 m³ le reprend pour alimenter une fosse active de 500 m³ au centre du bâtiment et une fosse passive de 1500 m³ au fond. Entre les différentes fosses et trémie, le stock de bois est de 2500 m³, ce qui permet de passer 3 jours. La consommation annuelle prévue est de 58000 tonnes de plaquettes forestières à 2,7 MWh/t.

Le dessous du lit fluidisé Renewa avec son évacuation de cendres et sable, photo Frédéric Douard

Le dessous du lit fluidisé Renewa avec son évacuation de cendres et sable, photo Frédéric Douard

Deux échelles hydrauliques de la longueur du bâtiment extraient le combustible vers une chaîne de convoyage Scaldis. Mais avant d’emprunter le convoyeur, le bois passe d’abord sur un crible vibrant Jöst (pratiquement insonore) qui extrait les sur-longueurs et les indésirables, puis sous un séparateur magnétique Lenoir.

Le convoyeur Scaldis amène le produit, en passant en aérien entre les deux bâtiments, en haut du local chaufferie où il est déversé dans la trémie Renewa dont l’autonomie est de 30 min. Deux vis jumelées en extraient le combustible et le dirigent vers deux convoyeurs à vis horizontaux, avant qu’il ne tombe dans les deux canaux d’alimentation gravitaire du foyer, l’étanchéité étant réalisée avec deux grosses écluses rotatives.

Les ramoneurs vapeur de la chaudière Clyde Bergemann, photo Frédéric Douard

Les ramoneurs vapeur de la chaudière Clyde Bergemann, photo Frédéric Douard

La combustion se fait sur lit de sable en suspension, sans grille, donc sans souci de mâchefer. Les gaz chauds vont circuler sur les tubes d’eau, la vaporiser, puis la surchauffer dans plusieurs échangeurs successifs, jusqu’à atteindre les conditions idéales de turbinage.

20% environ des cendres sont extraites sous foyer et le reste sous le filtre à manche Scheuch. Les valeurs limites d’émissions atmosphériques sont celles définies par l’arrêté 2910–A Combustion : 30 mg de poussière, 150 mg de CO et 400 mg de NOx par Nm³ à 6% d’O2. Les cendres sont aujourd’hui reprises par le fournisseur de bois, la société Soven, filiale d’Engie.

Zone technique extérieure avec le silo à cendre à gauche, le filtre à manches Scheuch et les aérocondenseurs, photo Frédéric Douard

Zone technique avec le silo à cendre à gauche, le filtre à manches Scheuch et les aérocondenseurs, photo Frédéric Douard

Le nombre de personnes travaillant sur le site : 1 responsable de site, 4 personnes de jour et 6 personnes de quart.

Contacts entreprises pour la centrale de Razimont à Epinal :

La turbine TGM Kanis et son alternateur Elin, photo Frédéric Douard

La turbine TGM Kanis et son alternateur Elin, photo Frédéric Douard

Frédéric Douard, en reportage à Épinal

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