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Cogénération biomassepar turbine à air chaud
Etienne Lebas5 décembre 2011
5 décembre 20112
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Historique
Fusion des sociétés ECOREN et LRCB Développement en mai 2011
Bureau d’étude bois-énergieEssaimage d’IFP Energies Nouvelles
Créé en janvier 2009
Bureau d’étude et d’ingénierie Pyrolyse et gazéification de la biomasse
Créé en mai 2008
Procédé de turbine à air chaud breveté par Etienne Lebas
Gazéifieur co-courant développépar Louis Rousseau
Procédé COGEBIO
5 décembre 20113
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Equipe
Etienne LEBASDocteur-ingénieur en Génie des Procédés15 ans de R&D pour IFP Energies NouvellesCombustion propre, capture du CO2, conversion de la biomasse
Christian BEDROSSIANAncien dirigeant d’une chaudronnerieDéveloppement du procédé de carbonisation CML avec le CIRAD8 usines en France, 2 en Chine
Louis ROUSSEAUInventeur de procédés de pyrolyse et de gazéificationExpert en thermique industrielle
8 salariés au 01/12/11
5 décembre 20114
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IOProduit : module de cogénération biomasse
Electricité verte
Module COGEBIOBiomasse
Chauffage
Puissance : 50 à 500 kWe100 kWe correspond à environ :-100 logements individuels, ou-15000 m² de locaux industriels
5 décembre 20115
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Turbine à gaz : cycle de Brayton
AirBrûleur
Gen.
Cheminée
Turbine Compresseur
Gazcombustible
Valorisationénergétique
00.050.1
0.150.2
0.25
0.30.350.4
0.450.5
0 10 20 30 40 50
Rapport de pression
Effic
acité
T = 800 °CT = 1100 °CT = 1500°CCycle de Brayton
5 décembre 20116
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Cycle « à récupération »
AirBrûleur
Gen.
Cheminée
Turbine
Compresseur
Gazcombustible
Valorisationénergétique
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 5 10 15 20Rapport de pression
Effic
acité
T = 800 °C
T = 1000 °C
T = 1200 °C
T = 1500 °C
Optimum
5 décembre 20117
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Air à 20 °C
Brûleur
Gen.
Cheminée
Turbine
Biomasse
Valorisationénergétique
Compresseur
Echangeur de chaleur
800-1000°C 300 °C
250 °C
700-950°C
1 bar
5 bar
Turbine à air chaud
Procédé COGEBIO
5 décembre 20118
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IORendement du cycle de turbine à air chaud
Source : S. CARRARA PhD Thesis
COT : Combustion Outlet Temperature
5 décembre 20119
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Procédé COGEBIO
Paramètres affectant le rendement électriqueTempérature de l’air entrée turbineTempérature des fumées entrée échangeurTempérature des fumées sortie échangeurPression haute du cyclePertes de charges
Performances recherchéesPression haute : 2,5 à 4,5 barTempérature de l’air entrée turbine : > 750°CTempérature des fumées entrée échangeur : > 850°CTempérature des fumées sortie échangeur : < 350°CPerte de charge minimale
5 décembre 201110
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Combustion de la biomasse
Chaudière à grille
Source : COMPTE.R.
5 décembre 201111
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IOMulticyclone haute température (1000°C)
5 décembre 201112
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IOEchangeur céramique rotatifhaute température
5 décembre 201113
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IOCOGEBIOMise en œuvre d’un gazéifieur
Air
Brûleur
Génératriced’électricité
Cheminée
Turbine Compresseur
Echangeurde chaleur
Productiond’eau chaudeBiomasse Gaz de synthèse
Gazéifieur
5 décembre 201114
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Air
Brûleur
Gen.
Cheminée
Turbine Compresseur
Echangeur de chaleur
900°C 300 °C
176 °C
750°C
1 bar
3,5 bar
Eau 60°C Eau 80°C
120 °C
500°C
Biomasse Gaz de synthèse
Gazéifieur
COGEBIOTempératures et pressions
5 décembre 201115
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Gazogène 1930-1950
5 décembre 201116
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Principe du gazéifieur
Lit fixe co-courant Lit fixe contre-courant
5 décembre 201117
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Gazéifieur Gasclean
Composition molaire du gaz de synthèse
5 décembre 201118
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5 décembre 201119
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Grandes puissancesProduction des
biocarburants et d’H2
Moyennes à grandes puissancesChaleur et cogénération centralisée Production de
biocarburants et d’H2
Petites puissancesChaleur et cogénération
décentraliséeApplication
Forte8 à 1008 à 1001 à 1000,01 à 100,1 à 3Teneur en
particules (g/Nm3)
<0,11 à 301 à 301 à 230,015 à 330 à 150Teneur en
goudrons (g/Nm3)
O2, VapeurO2, VapeurAir, O2
Air/vapeurO2/vapeur
Air, O2Air/vapeurO2/vapeur
AirAir/vapeur
AirAir/vapeur
Agent degazéification
Très sensiblePeu sensiblePeu sensiblePeu sensibleTrès sensiblePas sensibleVariabilité ducombustible
< 15%5 à 60%5 à 60%10 à 55%< 25%< 60%Humidité ducombustible
< 1< 20< 20< 5020 à 1005 à 100Granulométrie ducombustible (mm)
DémoDémoCommercialCommercialCommercialCommercialStade de
développement
> 5010 à 10010 à 1005 à 25< 22 à 30Plage de
puissance (MW)
Flux forcéLFDLFCLFBCo
courantContrecourant
Réacteur
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Pilote de démonstration
Gazéifieur
Turbine à air chaud
5 décembre 201121
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Échangeur haute température
Température des fumées en entrée : 900 °CTempérature de l’air en sortie : 750 °C
5 décembre 201122
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Pilote de démonstration
5 décembre 201123
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Avantages
Augmentation du rendement par rapport aux technologies actuelles
Rendement électrique > 20 %Rendement global > 70 %
Baisse de l’investissement spécifique (€/kW installé)
Un coût de production de 3000 €/kW est accessibleChaleur disponible à 300°C
Meilleure valorisation de la chaleur produite (vapeur basse pression, séchage par air chaud)
5 décembre 201124
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Applications
Réseau de chaleurCentre aquatiqueHôpitalEtablissement scolaireImmeuble (bureaux, résidentiel)Industrie
Séchage du boisLaiterie – FromagerieAgro-alimentaireHangars de stockage
5 décembre 201125
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IOProduction de chaleur additionnelle
Air
Brûleur
Génératriced’électricité
Chaudière
Turbine Compresseur
Echangeurde chaleur
Productionde chaleurBiomasse
Gaz de synthèse
Gazéifieur
Productionde chaleur
5 décembre 201126
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Exemple : réseau de chaleur
Heures
Puissance(kW)
300
800
1300
Production de chaleur de 300 kWthassociée à une production électrique de 100 kWeProduction complémentaire de chaleur à partir de gaz de synthèse de 0 à 500 kWth
Combustible fossile
5 décembre 201127
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Simulation économiqueCOGEBIO COGEBIO
CaractéristiquesPuissance électrique (kW) 100 100Puissance thermique (kW) 300 300Durée de production annuelle (heures) 7000 7000Production électrique (MWh) 700 700Production thermique (MWh) 2100 2100Tarif de la biomasse (€/MWh) 25 25Tarif de vente de l'électricité (€/MWh) 200 80Valorisation de la chaleur (€/MWh) 40 40
Investissement (€) 650 000 325 000Matériel 500 000 250 000Génie civil, installation 100 000 50 000Etudes, Maitrise d'œuvre 50 000 25 000
Coûts opératoires (€) 95 500 95 500Combustible 87 500 87 500Maintenance 8 000 8 000
Revenus annuels (€) 224 000 140 000Electricité 140 000 56 000Chaleur 84 000 84 000
Gain annuel (€) 128 500 44 500
Temps de retour brut (années) 5.1 7.3
5 décembre 201128
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Partenaires