Cogénération | Production combinée de chaleur et d'électricité

La cogénération est également appelée production combinée de chaleur et d'électricité. Comme son nom l'indique, la cogénération fonctionne sur le principe de produire deux formes d'énergie différentes à partir d'une seule source de carburant. Parmi ces deux formes, l'une doit être de la chaleur ou de l'énergie thermique, et l'autre est soit de l'énergie électrique, soit de l'énergie mécanique.

La cogénération est le moyen le plus optimal, fiable, propre et efficace d'utiliser le carburant. Le carburant utilisé peut être du gaz naturel, du pétrole, du diesel, du propane, du bois, des déchets, du charbon, etc. Elle fonctionne sur un principe très simple : le carburant est utilisé pour générer de l'électricité, et cette électricité produit de la chaleur, qui est utilisée pour faire bouillir de l'eau afin de produire de la vapeur, pour le chauffage des espaces et même pour le refroidissement des bâtiments.

Dans une centrale électrique conventionnelle, le carburant est brûlé dans une chaudière, ce qui produit de la vapeur sous haute pression. Cette vapeur sous haute pression est utilisée pour entraîner une turbine, qui est ensuite connectée à un alternateur et donc pour entraîner un alternateur afin de produire de l'énergie électrique.

La vapeur d'échappement est ensuite envoyée au condenseur, où elle se refroidit et se transforme en eau, puis retourne à la chaudière pour produire davantage d'énergie électrique. L'efficacité de cette centrale électrique conventionnelle n'est que de 35 %. Dans une centrale de cogénération, la vapeur basse pression provenant de la turbine n'est pas condensée pour former de l'eau, mais est plutôt utilisée pour le chauffage ou le refroidissement dans les bâtiments et les usines, car cette vapeur basse pression de la turbine possède une forte énergie thermique.

La centrale de cogénération a une efficacité élevée d'environ 80 à 90 %. En Inde, le potentiel de production d'énergie à partir de centrales de cogénération est supérieur à 20 000 MW. La première centrale de cogénération commerciale a été construite et conçue par Thomas Edison à New York en 1882.

Comme le montre le diagramme ci-dessus, dans une centrale électrique traditionnelle, lorsque nous fournissons du carburant en entrée, nous obtenons de l'énergie électrique et des pertes en sortie, mais dans le cas de la cogénération, avec du carburant en entrée, la sortie est de l'énergie électrique, de la chaleur ou de l'énergie thermique et des pertes.

Dans une centrale électrique conventionnelle, avec 100 % d'énergie en entrée, seulement 45 % de l'énergie est utilisée et le reste, 55 %, est perdu, mais avec la cogénération, l'énergie totale utilisée est de 80 % et l'énergie perdue n'est que de 20 %. Cela signifie que la cogénération rend l'utilisation du carburant plus efficace et optimisée, et donc plus économique.

Nécessité de la cogénération

• La cogénération aide à améliorer l'efficacité de la centrale.

• La cogénération réduit les émissions atmosphériques de particules, d'oxydes d'azote, de dioxyde de soufre, de mercure et de dioxyde de carbone, qui contribueraient autrement à l'effet de serre.

• Elle réduit le coût de production et améliore la productivité.

• Le système de cogénération aide à économiser la consommation d'eau et les coûts liés à l'eau.

• Le système de cogénération est plus économique par rapport à une centrale électrique conventionnelle.

Types de centrales de cogénération

Dans un système typique de production combinée de chaleur et d'électricité, il y a une turbine à vapeur ou à gaz qui prend de la vapeur et entraîne un alternateur. Un échangeur de chaleur est également installé dans la centrale de cogénération, qui récupère l'excès de chaleur ou de gaz d'échappement du générateur électrique pour produire de la vapeur ou de l'eau chaude. Il existe essentiellement deux types de centrales de cogénération, tels que :

• Centrale de cogénération en cycle supérieur

• Centrale de cogénération en cycle inférieur

Centrale de cogénération en cycle supérieur

Dans ce type de centrale de production combinée de chaleur et d'électricité, l'électricité est générée en premier, puis la vapeur d'échappement ou de rebut est utilisée pour chauffer l'eau ou les bâtiments. Il existe essentiellement quatre types de cycles supérieurs.

1. Centrale de cogénération en cycle combiné supérieur - Dans ce type de centrale, le carburant est d'abord brûlé dans une chaudière à vapeur. La vapeur produite dans la chaudière est utilisée pour entraîner une turbine, qui à son tour entraîne un générateur synchrone produisant de l'énergie électrique. Les émanations de cette turbine peuvent être utilisées pour fournir de la chaleur utilisable, ou peuvent être envoyées à un système de récupération de chaleur pour produire de la vapeur, qui peut ensuite être utilisée pour entraîner une turbine à vapeur secondaire.

2. Centrale de cogénération en cycle supérieur à turbine à vapeur - Dans ce cas, le carburant est brûlé pour produire de la vapeur, qui génère de l'énergie. La vapeur d'échappement est ensuite utilisée comme vapeur de processus basse pression pour chauffer l'eau à diverses fins.

3. Centrale de cogénération en cycle supérieur à turbine hydraulique - Dans ce type de centrale de cogénération, un circuit de refroidissement d'eau est passé à travers un système de récupération de chaleur pour produire de la vapeur ou de l'eau chaude pour le chauffage des espaces.

4. Centrale de cogénération en cycle supérieur à turbine à gaz - Dans cette centrale de cycle supérieur, une turbine à gaz alimentée au gaz naturel est utilisée pour entraîner un générateur synchrone pour produire de l'électricité. Les gaz d'échappement sont envoyés à une chaudière de récupération de chaleur où ils sont utilisés pour convertir l'eau en vapeur, ou pour produire de la chaleur utilisable pour le chauffage.

Centrale de cogénération en cycle inférieur

Comme son nom l'indique, le cycle inférieur est exactement l'opposé du cycle supérieur. Dans ce type de centrale de cogénération, la chaleur excédentaire d'un processus de fabrication est utilisée pour produire de la vapeur, et cette vapeur est utilisée pour générer de l'énergie électrique. Dans ce type de cycle, aucun carburant supplémentaire n'est nécessaire pour produire de l'électricité, car le carburant est déjà brûlé dans le processus de production.

Configuration de la centrale de cogénération

• Centrales de production combinée de chaleur et d'électricité à turbine à gaz qui utilisent la chaleur résiduelle dans les gaz d'échappement sortant des turbines à gaz.

• Centrales de production combinée de chaleur et d'électricité à turbine à vapeur qui utilisent le système de chauffage comme condenseur de jet de vapeur pour la turbine à vapeur.

• Les piles à combustible à carbonate fondu ont un échappement chaud, très adapté au chauffage.

• Centrales électriques en cycle combiné adaptées pour la production combinée de chaleur et d'électricité.

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