Vyncke équipe le réseau de chaleur de Säffle avec une chaudière à CSR de 10 MW

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Article paru dans le Bioénergie International n°88 d’octobre 2023

La Suède est un pays en avance sur son temps en matière d’énergies renouvelables, car celles-ci y couvrent déjà 60 % de ses besoins totaux en énergie. Le pays a été l’un des premiers au Monde à pratiquer le bois-énergie et le biogaz à échelle industrielle. Dans ce pays boisé à près de 70 %, les secteurs de l’industrie et de l’énergie mobilisent 75 % de l’accroissement naturel des forêts, en comparaison des 60 % en France. Ainsi, localement, dans certaines régions, comme c’est le cas dans le Värmland, une région que les Suédois appellent la Province du papier, les chiffres de la collecte approchent ceux de l’accroissement, ce qui limite aujourd’hui le développement des projets de bois-énergie. Car pour conserver une sylviculture durable et le principe d’une énergie renouvelable, le prélèvement annuel de bois ne doit pas excéder la valeur de l’accroissement. Les collectivités et les industriels qui souhaitent monter de nouveaux projets en énergie renouvelable, pour atteindre l’objectif d’une décarbonation totale du secteur de l’énergie du pays en 2045, doivent donc se tourner vers d’autres sources renouvelables. C’est le cas de la municipalité de Säffle et de son fournisseur d’énergie Adven, qui ont fait le choix d’un CSR, un Combustible Solide de Récupération qui ici correspond à la part non recyclable et à haute valeur calorifique de déchets industriels non dangereux.

Histoire et contexte

Säffle est une municipalité d’un peu plus de 9000 habitants, située dans le Värmland, sur la rive nord-ouest du plus grand lac de Suède, le Vänern. En 1998, la société de chauffage urbain Säffle Fjärrvärme, créée conjointement par la municipalité et la société de chauffage Värmevärden, a mis en service la centrale de chauffe de la Byälven, du nom de la rivière qui se jette dans le lac Vänern. Cette chaufferie a été judicieusement implantée à côté de l’usine de pâte à papier Nordic Paper Seffle, pour en valoriser la chaleur fatale, produite à partir de biomasse. De là, un réseau de chaleur de 23 km alimente les bâtiments publics, un certain nombre d’entreprises autour du centre-ville et 95 % de la population.

En 2017, alors que la disponibilité en chaleur fatale diminuait et que la papeterie Nordic Paper avait annoncé sa fermeture prochaine, la chaufferie de la Byälven faisait déjà appel depuis plusieurs années à d’autres énergies, dont le granulé de bois, pour compenser le manque de chaleur. C’est dans ce contexte économique difficile que la municipalité a fini par céder ses parts sociales à Värmevärden. Suite à cela, en 2019, avec les tensions locales sur les approvisionnements en bois et la baisse de disponibilité de chaleur fatale, l’entreprise a décidé de changer à nouveau de combustible et d’investir 28 millions € dans une nouvelle chaufferie de 10 MW qui fonctionnerait aux CSR.

Le réseau de chaleur, dont le besoin moyen de 55 GWh/an est stable depuis des années, était alors alimenté à 96 % en énergie renouvelable, partiellement par le surplus de chaleur en provenance de la papeterie et de sa chaufferie bois (un surplus qui pouvait atteindre 15 MW en pointe au début de l’aventure), et partiellement par la chaufferie à granulés de 2 × 5 MW mise en service sur le même site en 2011, et enfin très ponctuellement par deux chaudières d’appoint au fioul domestique totalisant 20 MW.

Parallèlement à cette évolution du marché, en 2020, Värmevärden a été intégrée au groupe finlandais Adven, pour constituer un fournisseur d’énergie durable qui affiche 9 GW de puissance installée. Consécutivement, en 2022, Adven comptait 600 employés, 1 320 M€ d’actif total, 6 TWh vendus sur plus de 350 sites en Suède, Finlande, Estonie, Lettonie, Norvège et Pays-Bas.

La nouvelle chaufferie équipée par Vyncke

Pour utiliser le CSR, Adven a consulté au niveau international et c’est le constructeur de chaudières à biomasse belge Vyncke qui a été sélectionné. Concepteur et constructeur de chaudières industrielles à biomasse depuis 1912, l’entreprise belge est aussi implantée en Suède depuis 2018 depuis le rachat du constructeur de brûleurs multicombustibles PetroBio basé à Göteborg. Durant plus de 110 années, Vyncke a construit une vaste expérience sur la combustion de biomasses agricoles et forestières très variées partout dans le Monde, mais aussi plus récemment dans la combustion des bois-déchets, bois souillés ou bois de démolition, dont les critères de combustion et les traitements de fumée sont identiques à ceux de la combustion des déchets ménagers. C’est donc sans difficulté, qu’à l’apparition de la demande en combustion de CSR, le fabricant a pu se positionner avec succès sur ce nouveau marché.

La chaudière Vyncke mise en service à Säffle en octobre 2021 dispose d’une puissance de 10 MW, fonctionne en eau surchauffée à 109 °C et 18 bar de pression, et affiche un rendement global de 86 %, par l’usage notamment d’un économiseur en aval de la chaudière. De conception classique à grilles mobiles, elle est capable de consommer un large panel de biomasses et de combustibles recyclés tout en respectant les normes de rejets atmosphériques de la Directive européenne 2000/76/CE qui encadre l’incinération des déchets.

Pour parvenir à ces performances de souplesse dans le choix du combustible et de respect des limites de rejets, le constructeur belge a mis à profit une grille de combustion spécialement conçue pour la combustion des CSR léger « en duvet », connue sous le nom de DWS-Fornax-FW. Cette grille hybride est une combinaison entre une grille semi-refroidie à l’eau, utilisée pour les combustibles à haute teneur en humidité, et une grille entièrement refroidie à l’eau, utilisée pour les combustibles secs. La grille DWS-Fornax-FW est, avec la DWS-Vulcan-FW, l’un des deux systèmes de combustion hybrides développé par Vyncke pour la valorisation de combustibles à très haut pouvoir calorifique, « homogènes dans leur hétérogénéité » et présentant une faible densité. En comparaison d’une grille biomasse DWS-Hybrid classique, les grilles à CSR présentent des barreaux fixes et mobiles refroidis par eau ainsi qu’une géométrie de barreaux spécifique permettant l’injection d’air primaire sous grille tout en limitant les envolées de ce combustible fin et léger.

Concernant les équipements de convoyage de combustible à la chaudière et d’évacuation des cendres, Vyncke a travaillé avec son partenaire italien Trasmec. L’installation génère à l’année 3200 tonnes de cendres de grille et 650 tonnes de cendres volantes, l’ensemble étant destiné à l’enfouissement.

Un dispositif de traitement des fumées semblable à ceux de l’incinération

La chaudière de Säffle, au même titre que les chaudières à déchets ménagers, répond aux critères de la directive sur l’incinération, et notamment au maintien en température des gaz de combustion durant au moins deux secondes à plus de 850 °C. Il faut savoir que ce niveau de température est tout à fait classique dans une chaudière industrielle à biomasse, mais pas forcément en permanence, car la température des gaz y dépend de la charge de la chaudière, c’est-à-dire de sa puissance de fonctionnement. Or, avec les déchets ou les bois pollués, la réglementation impose que ce maintien de température soit garanti à tous les instants, dans n’importe quel cas de figure, même si le combustible change ou si la puissance de la chaudière baisse.

Pour garantir cela, deux règles entrent en jeu. La première est de ne jamais fonctionner en deçà du minimum technique de la chaudière, une valeur qui dépend du combustible utilisé : à Säffle, elle est de 40 % de la puissance nominale de la chaudière, et donc à 4 MW. Le deuxième dispositif, clairement indiqué dans la loi quant à lui, est la présence d’un brûleur auxiliaire au foyer principal, capable de se mettre en marche automatiquement dès que les capteurs de température du foyer détectent un abaissement de la température de flamme s’approchant des 850 °C. Sur ce point, Vyncke a proposé un brûleur rétractable de 5 MW construit par sa filiale suédoise PetroBio dont c’est la spécialité. PetroBio est en effet un fournisseur important de brûleurs de démarrage et de charge auxiliaire pour chaudières industrielles. Et dans le projet de Säffle, de par sa localisation, PetroBio a également agi en tant que partenaire local de Vyncke dans ses relations avec les sous-traitants et prestataires de services tiers locaux.

Toujours concernant les émissions, Vyncke a également intégré un système complet d’épuration des gaz de combustion fourni par le constructeur allemand Lühr. Il s’agit d’un filtre à manches qui élimine les poussières et capte en même temps tout une série de polluants grâce à un mélange de bicarbonate de sodium et de charbon actif pulvérisé sur ses manches. Le bicarbonate neutralise les gaz acides tels que l’acide chlorhydrique (HCl), le fluorure d’hydrogène (HF) et le dioxyde de soufre (SO), et le charbon actif capte les dioxines, furanes et métaux lourds. Tous ces produits sont récupérés par décolmatage des manches avec les cendres volantes et mis en décharge pour déchets dangereux. Enfin, pour la réduction des oxydes d’azote (NOx), au vu de la présence importante de cet élément dans le combustible, Vyncke a choisi une réduction catalytique sélective (SCR) à l’ammoniac, en aval du filtre à manches. L’ensemble de ces traitements consomme 500 tonnes de bicarbonate, 90 tonnes d’ammoniaque et 10 tonnes de charbon actif par an.

Un ballon tampon XXL

La chose qui frappe le plus en arrivant devant la chaufferie de la Byälven, c’est cette tour de 50 mètres de haut et de 13 m diamètre, juste à côté du local chaudière. C’est en fait un ballon d’accumulation d’eau chaude qui fait tampon entre la production de la chaudière qui doit être stable, toujours à 40 % minimum de sa puissance nominale pour respecter les normes d’émissions atmosphériques, et les besoins du réseau qui eux ne sont stables ni dans la journée, ni dans la semaine, ni sur l’année. Le bureau d’étude a ainsi dimensionné un ballon d’accumulation spectaculaire de 2 300 m³ qui permet de stocker 200 MWh, c’est-à-dire la production de la chaudière à son minium technique de puissance durant 50 heures. Le réseau est ainsi capable de ne rien distribuer pendant deux jours, ou un week-end, alors que sa chaudière principale fonctionne dans les règles !

Les énergies d’appoint

Aujourd’hui la production primaire annuelle totale de la chaufferie est de 67 GWh et correspond à la puissance souscrite par les 290 abonnés du réseau qui est de 25 MW, une puissance en réalité jamais appelée en totalité au même moment, par foisonnement des besoins.

À l’origine du projet, en 1998, la chaleur fatale pouvait apporter en pointe jusqu’à 15 MW, et elle était supplée en cas de besoin par deux chaudières à fioul de 10 MW qui fonctionnaient très peu. Ensuite, à partir de 2011, avec la baisse de la disponibilité en chaleur fatale, l’opérateur a dû construire une chaufferie à granulés de bois de 2 × 5 MW à côté de la première. Elle a servi et sert toujours de premier appoint, pour limiter l’usage du fioul, sachant que la Suède pénalise fortement l’usage des combustibles fossiles depuis 1991 avec sa taxe carbone et sa taxe sur l’énergie qui se chiffrent aujourd’hui à 350 € par m³ de fioul ! Notons que l’exploitant paye aussi la taxe carbone sur 50 % du tonnage de CSR, celui-ci étant constitué à 50 % de produits d’origine fossile, soit 100 €  × 10 000 tonnes de CO2.

La chaufferie à granulé a fonctionné de manière continue et importante durant une dizaine d’années, jusqu’à l’arrivée des 10 MW de CSR qui assurent aujourd’hui 91 % des besoins. La contribution des granulés au mix n’est plus que de 8 %, pour une consommation de 1200 tonnes par an, et la contribution du fioul est de 1 %.

Du Combustible Solide de Récupération norvégien

La ville de Säffle se situe à moins de 100 km de la frontière norvégienne. Étant donné la forte demande suédoise en combustibles de substitution aux énergies fossiles, le CSR disponible le plus proche vient de la région norvégienne voisine. Celui-ci est livré en vrac par camions à la chaufferie de Säffle et présente un contenu énergétique de 3,3 MWhPCI/tonne. À leur arrivée, les camions passent au pont-bascule avant de décharger dans une fosse de réception. Une grue automatisée déplace les matériaux vers le silo de 1 900 m³ qui peut assurer trois jours d’autonomie. La granulométrie maximale des CSR normalement réceptionnés est de 30 cm. La réception de produits peu ou non broyés est aussi possible, car la chaufferie dispose de son propre broyeur. Le grappin assure également le mélange des produits dans le silo et charge la trémie d’alimentation de la chaudière. Un contrat a été signé avec le fournisseur norvégien Geminor AS pour 20 000 tonnes de CSR par an.

Une nouvelle génération de chaufferies à déchets à petite échelle

Lorsqu’on parle de valorisation énergétique des déchets, en France comme dans beaucoup de pays européens, le grand public est marqué par l’image ancienne d’usines d’incinération géantes et polluantes. Si l’aspect polluant était encore parfois une réalité dans certains endroits à la fin du vingtième siècle, aujourd’hui toutes ces installations ont été modernisées, mises aux nouvelles normes ou démantelées.

La nouveauté, depuis quelques années, est que la valorisation énergétique de la fraction résiduelle combustible des déchets est envisageable dans des installations de plus petites tailles, moins complexes, moins chères et mieux réparties sur le territoire, évitant ainsi de promener les déchets sur de longues distances, et tout cela sans compromettre la qualité des émissions. Cette opportunité a été rendue possible par deux évolutions : la montée en qualité de la combustion dans les chaudières à biomasse et à déchets de bois, et la montée en qualité du combustible grâce au tri et au recyclage réalisé en amont des chaudières. Ces deux facteurs font que ces installations n’ont plus rien à voir avec les fours d’incinération des ordures brutes dont l’objectif premier est de faire place nette sans polluer à partir d’une matière tout-venant, sans pouvoir viser la haute performance énergétique, au vu de la très médiocre qualité du « combustible ».

Dorénavant, une solution économique et performante existe à l’échelle locale pour éviter la mise en décharge des déchets combustibles ultimes, mais aussi pour éviter de concentrer cette valorisation sur de grandes installations très coûteuses en logistique. Une installation comme celle de Säffle fonctionne avec seulement quatre personnes à l’année !

Une autre évolution notable, due là aussi à la montée en gamme des chaudières à biomasse, c’est la flexibilité de ces générateurs qui sont capables de brûler proprement des déchets industriels non dangereux, mais tout aussi bien un très large spectre de biomasses, ce qui procure une souplesse économique aux approvisionnements et dessine des perspectives rassurantes quant à la pertinence de ces investissements dans le temps, et ce dans un Monde en évolution de plus en plus rapide.

Ces équipements de taille modeste deviennent ainsi des outils de politique locale d’autonomie énergétique. Ils permettent de remplacer facilement les énergies fossiles par des énergies durables et locales et de réaliser enfin une transition énergétique qui ne va malheureusement pas aussi vite que l’accélération du dérèglement climatique.

Contacts :

• Adven Säffle :
 Håkan Andersson / +46 200 75 16 50 – Hakan.Andersson@adven.com – www.adven.com
• Vyncke Francophonie :
 Jérôme Béarelle / +33 619 883 353 – JBE@vyncke.com – www.vyncke.com
• PetroBio : Johanna Lindén
 / +46 31 335 49 50 – johanna.linden@petrobio.se – www.petro.se/en

Frédéric Douard, en reportage à Säffle