La centrale biomasse de Falun produit chaleur, électricité, froid et granulés

Article paru dans le Bioénergie International n°46 de décembre 2016

Vue sur la centrale de Falun avec des deux chaudières, ses deux centrales de cogénération et son ballon d'accumulation d'eau, photo Frédéric Douard

Vue sur la centrale de Falun avec ses deux centrales de cogénération, ses deux halles de stockage de granulés et son ballon d’accumulation d’eau, photo Frédéric Douard

Falun est une ville suédoise de 56 000 habitants mondialement connue pour sa gigantesque mine de cuivre. Celle-ci fut exploitée durant un millénaire jusqu’en 1992. Au milieu du XVIIe siècle, elle assurait à elle-seule près de 70 % de la production mondiale. La ville est aussi connue pour sa production de Rouge de Falun, cette peinture qui couvre les bâtiments traditionnels en bois dans toute la Scandinavie. En 2013 à New York, la ville fut saluée d’un Global District Energy Climate Award au titre de l’un des réseaux énergétiques les plus efficaces au monde. Et en 2017, elle va devenir la première ville au monde à disposer d’un centre de données presque totalement neutre en CO2.

La ville de Falun, au bord de sa mine de cuivre, photo Ville de Falun

La ville de Falun, au bord de sa mine de cuivre, photo Ville de Falun

Une recherche permanente d’efficacité

Ces dernières années, les équipements de production d’énergie de la ville, gérés par l’entreprise municipale Falu Energie & Eau, ont été judicieusement combinés autour de la centrale biomasse.

Vue du site de la centrale de Falun avec en bas les silos de matière à granuler avec le poste de broyage du bois rond, photo Falu Energi & Vatten

Vue du site de la centrale de Falun avec en bas les silos de matière à granuler avec le poste de broyage du bois rond, photo Falu Energi & Vatten

Falun avait construit son réseau de chauffage urbain en 1984 pour valoriser la chaleur fatale d’une usine d’acide. En 1993, lorsque l’usine ferma, la ville décida de construire une centrale de cogénération à biomasse composée d’une chaudière à lit fluidisé bouillonnant de 36 MW et d’une turbine à vapeur de 9 MWé. Un ballon de stockage d’eau chaude de 8 000 m³ fut aussi associé à cette époque au réseau pour écrêter les pics de besoins en chaleur. En 2006, une seconde unité de cogénération de même capacité que la première viendra compléter la centrale.

La centrale de Falun avec des deux chaudières, ses deux hangar à granulés et son ballon d'accumulation d'eau, photo Frédéric Douard

La centrale de Falun avec des deux centrales, ses deux silos à combustible et son ballon d’accumulation d’eau, photo Frédéric Douard

En 2008, la municipalité prit la décision d’investir dans la production et la distribution de froid dans son réseau. De mai à septembre, une machine de refroidissement à absorption produit ainsi un fluide à 6°C. L’objectif était de faire mieux coïncider les besoins de chaleur et d’électricité. Avec ce dispositif, elle y est parvenue partiellement et ceci eu pour effet de réduire l’utilisation de l’électricité l’été pour le refroidissement d’environ 1,5 GWh par an, et d’augmenter la production d’électricité sans gaspillage de chaleur de 0,5 GWh par an.

L'une des deux centrales, avec l'usine de granulés à gauche et le ballon d'accumulation à droite, photo Frédéric Douard

L’une des deux centrales, avec l’usine de granulés à gauche et le ballon d’accumulation à droite, photo Frédéric Douard

En 2014, pour améliorer encore la production du chauffage urbain, une connexion de 20 km a été réalisée entre le réseau de chaleur de Falun et celui très excédentaire l’été de la ville voisine de Borlänge. La centrale de Borlänge produit en effet de la chaleur à partir des déchets ménagers et récupère en plus de la chaleur industrielle fatale. Cette opération a permis de transférer 30 MW de chaleur (120 GWh/an) vers Falun notamment hors saison de chauffe.

Disposant donc encore de trop de chaleur l’été, la ville a décidé la création d’une activité consommatrice de froid l’été. Sa société publique d’énergie a donc entrepris la construction d’un centre de serveurs de données informatiques de 23 250 m² juste à côté de la centrale biomasse. Ce centre qui va entrer en service en 2017, va consommer 18 MW d’électricité renouvelable produite par la ville pour son fonctionnement intrinsèque. Il sera refroidi naturellement d’octobre à avril par le climat local et sera refroidi grâce à la production de froid de la centrale municipale de mai à septembre. Ceci permettra d’améliorer encore l’efficacité énergétique de Falun, d’autant plus que l’excédent de chaleur du centre sera injecté sur le réseau de chaleur.

Notons enfin que l’entreprise municipale dispose par ailleurs d‘autres moyens de production d’électricité renouvelable qui portent sa production à 100 GWh/an. Citons parmi ces moyens l’une des plus grandes centrales photovoltaïques de Suède, cinq centrales hydroélectriques, une unité de méthanisation & cogénération à la station d’épuration des eaux usées et trois éoliennes.

Quelques chiffres de Falu Energie & Eau
Longueur du réseau 180 km
Clients 2500 dont > 50 % des ménages
Surface chauffée > 2,6 millions m²
Part du bois dans le mix combustible 99 %
Part de biogaz et GPL 1 %
Électricité produite 80 GWh/an
Chaleur vendue sur le réseau 400 GWh/an
Production de granulés 80 GWh en 2015
Froid vendu (hors Data Center) 2 GWh en 2015
Économie de CO2 145 000 tonnes/an

Le granulé de bois, vecteur d’efficacité énergétique

Les deux bâtiment de stockage à plat de granulés à Falun, peints en rouge de Falun, photo Frédéric Douard

Les deux bâtiment de stockage à plat de granulés à Falun, peints en rouge de Falun, ph. F Douard

En 2011, la commune de Falun, au travers encore une fois de sa compagnie d’énergie, a construit une usine de production de granulés de bois pour mieux valoriser la chaleur de sa production électrique thermique d’été. Cette chaleur est utilisée pour sécher le bois à granuler et se retrouve stockée sous forme de granulés, rendue disponible pour l’hiver, au lieu soit de ne pas pouvoir être produite, soit d’être dissipée. Falu Energie & Eau a mis en pratique, un principe que l’on rencontre désormais assez souvent dans l’industrie du bois, mais qui est tout à fait original dans le cas d’une ville.

Les granulés sont pour partie utilisés en hiver pour couvrir les pics de besoins dans des chaudières d’appoint du réseau, et pour partie vendus dans la région proche à des entreprises et des villes plus petites équipées de chaudières à granulés.

L'un des deux hangars de stockage des granulés, avec au premier plan Michael Fridolfsson de PST, photo Frédéric Douard

L’un des deux hangars de stockage des granulés de Falun, photo Frédéric Douard

Le silo intermédiaire à la sortie de l'usine de granulés de Falun, photo Frédéric Douard

Le silo intermédiaire à la sortie de l’usine de granulés de Falun, photo Frédéric Douard

Ce choix et les précédents ont muté la centrale de cogénération de Falun en centrale de quadri-génération, fournissant chauffage, froid, électricité et granulés.

Ce faisant dès 2017, avec désormais la possibilité de valoriser la chaleur d’été, et avec la mise en service du Data Center, les centrales électriques de Falun vont pouvoir fonctionner au maximum de leurs capacités, même pendant l’été, avec un rendement énergétique optimal, ce qui permettra aussi à l’usine de granulés de produire à plein régime.

L’usine de granulés de Falun

L’usine a été dimensionnée pour une capacité annuelle de 45 000 tonnes, à même de consommer tout le surplus de chaleur des deux unités de cogénération à pleine charge en été. Elle fonctionne de mars à octobre et lorsque les turbines de Falun fonctionneront l’été à plein régime, elle pourra elle aussi fonctionner à pleine capacité.
La production est réalisée sur deux presses de quatre tonnes par heure. La sciure et les plaquettes, collectées dans les industries de la région, sont broyées, calibrées, séchées sur un sécheur à bande à basse température de 9 t/h de capacité, affinées avant de passer en granulation.

L'usine de granulés de Falun, avec à gauche un grand convoyeur aérien à spire qui amène la matière première, photo Frédéric Douard

L’usine de granulés de Falun, avec à gauche un grand convoyeur aérien à spire qui amène la matière première, photo Frédéric Douard

Un système de convoyage original

Convoyeurs à spire pour l'amenée du bois au sécheur, photo Frédéric Douard

Convoyeurs à spire pour l’amenée du bois au sécheur, photo Frédéric Douard

L’ensemble des produits transportés au sein de l’usine le sont par des convoyeurs à spires. Ces équipements sont fabriqués par l’entreprise PST basée près de Kalmar dans le sud de la Suède, une entreprise représentée dans l’Hexagone par France Biomasse.

Ces convoyeurs montrent de nombreux avantages. Grâce à sa souplesse, à son élasticité, la spire ne bourre pas, ne bloque pas, ne casse pas. Le convoyeur est piloté par variateur de fréquence, ce qui accroît encore ses capacités.

Côté maintenance, ce convoyeur étant fabriqué dans un acier spécial de plusieurs centimètres d’épaisseur, sa durée de vie est largement supérieure à celle des autres systèmes. Le revêtement intérieur de l’auge sur lequel travaille la spire est le plus souvent en PEHD, mais peut être aussi en acier dur voire en alliage de type Hardox (Creusabro) pour certains matériaux comme le mâchefer par exemple.

Une autre grande qualité de la spire est de pouvoir travailler dans tous les sens, y compris à la verticale. La spire permet ainsi d’optimiser les espaces de travail, sans aucune contrainte de fonctionnement, ce qui permet de réduire sensiblement les coûts de génie civil et d’infrastructures.

Ensemble de convoyeurs à spires dans l'usine de granulés de Falun, photo Frédéric Douard

Ensemble de convoyeurs à spires dans l’usine de granulés de Falun, photo Frédéric Douard

L’usine de Falun a ainsi mis à profit cette technologie et en utilise plusieurs centaines de mètres, à toutes les étapes de la production des granulés. Les vis instrumentées tout au long du processus, assurent un suivi des débits en temps réel dans la salle de contrôle.

Notons aussi que dans cette usine, l’ensemble des équipements transportant ou travaillant des matières sèches ont été mis à la masse de manière dense pour limiter les risques électrostatiques. Malgré cela, des systèmes de détection et d’arrosage automatique garantissent de tout sinistre dû au feu ou à l’explosion.

Détecteur de flamme FIREFLY dans un convoyeur sous le sécheur à bande, photo Frédéric Douard

Détecteur de flamme FIREFLY dans un convoyeur sous le sécheur à bande, photo FD

Un système de régulation unique de l’humidité

Convoyeurs verticaux à spire, photo Frédéric Douard

Convoyeurs verticaux à spire, photo Frédéric Douard

Dans la production de granulés, la partie la plus délicate du processus est la maîtrise en continue de l’humidité requise pour une compression optimale. Ce degré d’humidité, proche de 11 %, doit être très précis et très constant.

À Falun, l’usine utilise un système innovant de contrôle en continu de l’humidité de la matière première qui fonctionne par mesure de capacité et qui permet de corriger très précisément le taux d’humidité par apport de vapeur dans la matière au niveau du malaxeur juste avant l’entrée dans les presses.

Notons pour le folklore une recette de cuisine locale : chaque arrêt de presse se fait ici à l’avoine en grains pour faciliter les redémarrages.

Le stockage

Comme le principe de cette usine est de ne produire que l’été, à une période où l’on n’a pas besoin des granulés, il a été nécessaire de construire deux grands hangars pour attendre la saison hivernale et stocker 100 % de la production, et même plus si du stock de l’année précédente restait. Le granulé une fois produit est donc récupéré dans un petit silo métallique sur portique avant d’être conduit dans ces hangars qui ont été peints aux couleurs de la ville et de la Scandinavie toute entière, au Rouge de Falun.

Ludovic Dusch de France Biomasse en visite à Falun, photo Frédéric Douard

Ludovic Dusch de France Biomasse en visite à Falun, photo Frédéric Douard

Et pour terminer, une remarque sur la propreté de l’usine de granulés : à la demande du client, tout comme pour les deux unités de cogénération, elle a été particulièrement soignée, tout est parfaitement étanche à l’air, toutes les productions de poussières sont aspirées et filtrées et ça se voit !

Contacts :

  • Falu Energie & Eau : www.fev.se
  • EcoDC : www.ecodatacenter.se
  • Convoyeurs à spires PST : Patrik Nilsson – patrik@pst.se – www.pst.se
  • Contact PST et granulation en France : FRANCE BIOMASSE Ludovic Dusch – Asido Fery – Tél : 06 08 48 43 25 – 06 43 59 44 35 – info@francebiomasse.com – www.francebiomasse.com
  • Sécurité incendie : www.firefly.se représenté en France par BERTHOLD – www.berthold.fr

Frédéric Douard, en reportage à Falun

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