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Article publié dans le Bioénergie International n°43 de mai-juin 2016

Modue ORC dans une unité de cogénération au biogaz, photo Dürr Cyplan

Modue ORC dans une unité de cogénération au biogaz, photo Dürr Cyplan

L’ORC, ou machine à Cycle Organique de Rankine, s’appuie sur les principes du cycle thermodynamique de Rankine (Fig.1) qui utilise traditionnellement la vapeur d’eau comme fluide de travail dans des turbines à vapeur. Ici, la vapeur est remplacée par un fluide caloporteur organique (gaz ou huile), permettant à ces machines de transformer efficacement l’énergie thermique en électricité à partir de 85°C seulement.

Figure 1_Principe del'ORC, schéma Novid

Figure 1 – Principe del’ORC, schéma Novid

Plusieurs champs d’application

  • intégration dans les unités de méthanisation pour maximiser la production d’électricité et valoriser l’énergie thermique non utilisée (Fig.2a et 2b)
  • intégration dans les chaudières à biomasse pour mettre en place une cogénération électricité / eau chaude (Fig. 3)
  • valorisation de l’énergie résiduelle industrielle.
  • Fig2a - Méthaniseurs et ORC à haute température, schéma Novid

    Fig2a – Méthaniseurs et ORC à haute température, schéma Novid

Selon la température et le niveau de pollution en particules fines de la source d’énergie thermique, on peut identifier 3 concepts d’intégration de l’ORC sur des installations existantes ou futures

  1. Injection directe : recommandée pour des températures de fluides allant de 250°C à 550°C et une faible pollution à particules fines (ex : unités de méthanisation – Fig.2a).
  2. Transmission de l’énergie thermique via un circuit d’eau chaude ou surchauffée : regroupement de toutes les sources thermiques éligibles (ex : fumée et chaleur du circuit de refroidissement des moteurs à gaz) à la transformation électrique par un ORC via des échangeurs de chaleur dans un circuit d’eau chaude ou surchauffée (85°C < T < 250°C). Recommandé, si les besoins thermiques en aval sont faibles ou inexistants.
  3. Utilisation d’un circuit intermédiaire d’huile thermique : si la température de l’énergie thermique dépasse 550°C ou si la source de l’énergie thermique est fortement polluée, l‘intégration d’un échangeur fumée/huile thermique transférant l’énergie thermique à l’ORC devient indispensable (ex : chaudières à biomasse – Fig.3).
  4. Fig2b - Méthaniseurs et ORC à basse température, schéma Novid

    Fig2b – Méthaniseurs et ORC à basse température, schéma Novid

Une large gamme de machines

  • supportant des températures des sources thermiques allant de 85°C à 1200°C (on parle d’ORC-BT ou Basse Température pour des températures variant de 85°C à 250°C, et d’ORC-HT ou Haute Température pour des températures supérieures à 250°C)
  • avec une puissance variant de 5 à 5000 kW
  • opérant soit en production électrique uniquement, soit en cogénération (électricité et eau chaude entre 70 et 90°C).

Cette combinaison d’options permet de trouver la réponse adaptée à chaque situation.

Figure 3 - ORC et chaudière à biomasse, schéma Novid

Figure 3 – ORC et chaudière à biomasse, schéma Novid

Plusieurs avantages non négligeables

Tout d’abord des avantages écologiques :

  • transformation de l’énergie thermique en électricité, même à des basses températures
  • production d’électricité sans ressources fossiles et sans émissions de gaz nocifs
  • Module ORC, photo Dürr Cyplan

    Module ORC, photo Dürr Cyplan

Qui se traduisent en avantages économiques :

  • un meilleur rendement électrique avec une production d’électricité en hausse de 7 à 10% par rapport à celle de l’unité de méthanisation (et donc un chiffre d’affaire proportionnellement en hausse)
  • Un temps de retour sur investissement (TRI) entre 3 et 7 ans, grâce à la maturité technologique de l’ORC

Enfin, l’évolution de la règlementation est très favorable à l’optimisation de la production d’électricité, confortant l’ORC comme une technologie d’avenir.

Auteur et contact : Frank DIEDERICH, Gérant NOVID-Consulting
Conseil et vente des modules ORC Dürr (www.durr-cyplan.com)
Z.I. de Franchepré – F-54240 Joeuf (Metz)
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