Cogénération - Définition

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- Introduction - Principe de la cogénération - Technologies - Interprétation du rendement - La cogénération en Europe - Avantages

Interprétation du rendement

Les hauts rendements affichés par les unités de cogénération sont calculés de la façon suivante :

où :

$P e l e c$ est la puissance électrique produite.
$\dot{Q}_{chaleur.utile}$ est la puissance thermique extraite des gaz d'échappement.
$\dot{Q}_{combustible}$ est la puissance thermique fournie par le combustible.

Scientifiquement, l'addition d'un grandeur électrique et thermique n'a que peu de sens car ce sont deux formes d'énergie différentes. À titre d'exemple avec les pompes à chaleur, le ratio de chaleur produite par l'électricité consommée atteint souvent 400 %, mais on parle dans ces cas de coefficient de performance (COP) et non de « rendement ». De même que le COP, le « rendement cogen » ainsi défini n'est pas limité à 100 %.

Une approche plus rigoureuse consiste à considérer deux rendements, respectivement électrique et thermique. Cela permet également de garder l'information concernant le ratio d'électricité et de chaleur.

$\eta_{elec} = \frac{P_{elec}}{\dot{Q}_{combustible}}$ et $\eta_{therm} = \frac{\dot{Q}_{chaleur.utile}}{\dot{Q}_{combustible}}$

Le lecteur averti notera encore une fois que le « rendement thermique » ci-dessus n'est toujours pas limité à 100 % dans les cas de systèmes incluant une pompe à chaleur. Pour plus de détails, voir COP.

La cogénération en Europe

De fortes inégalités demeurent en Europe. La production française d'électricité par cogénération n'était que de 3 % en 2000, et de 50 % supérieure aux besoins électriques du pays au Danemark. la Commission européenne a produit un paquet «sécurité énergétique» et a publié le 13 novembre 2008 une Communication sur la mauvaise transposition de la directive sur la cogénération. Tous les états étaient en retard et seuls 8 sur 22 avaient envoyé leurs rapports complets à la commission, qui a à cette occasion adopté des lignes directrices pour le calcul de l'électricité produite à partir de la production combinée de chaleur et d'électricité. En 2006 seuls 366 TWh d'électricité (10,9 % de la production totale d'électricité) a été produit en cogénération.

En France, la cogénération a représenté 11 % de la production totale d'électricité de l'UE en 1998. Si cette part augmentait jusqu'à 18 %, des économies d'énergie pourraient représenter de l'ordre de 3 à 4 % de la consommation brute totale de l'UE.
De 2000 à 2003, en l'absence de législation claire concernant les conditions de rachat par EDF, pratiquement aucun projet de cogénération n'a vu le jour en France. La directive 2004/8/CE du Parlement européen et du Conseil du 11 février 2004 concernant la promotion de la cogénération sur la base de la demande de chaleur utile dans le marché intérieur de l'énergie, et l'envolée du coût des énergies fossiles, permettent de supposer que la cogénération prendra plus d'importance en France dans les années à venir.

Avantages

Le rendement d’une centrale de production électrique, qu'elle fonctionne au combustible nucléaire, au fioul ou au charbon, ne dépasse guère les 40 %, le reste de l'énergie produite étant dispersée dans l'environnement (cours d'eau, atmosphère) sous forme de chaleur. La cogénération fait donc une meilleure utilisation de l'énergie primaire contenue dans le combustible.
Nous savons que les réserves de combustibles fossiles sont limitées et nous devons donc en faire usage avec parcimonie. La cogénération amène alors à faire des économies d'énergie fossile grâce à sa meilleure utilisation de l'énergie primaire du combustible.
Le transport sur de longues distances de l'énergie électrique produite de façon centralisée génère d'importantes pertes supplémentaires "en ligne", par effet Joule, et implique des infrastructures coûteuses, polluantes visuellement.
La cogénération, lorsqu'elle se substitue à une production d'énergie à partir de pétrole ou de gaz, limite l’émission des polluants et de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Comparaison de rendements typiques

Une turbine à gaz équipée d'une chaudière de récupération peut produire environ 33 mégajoules d'électricité et 50 mégajoules de chaleur à partir de 100 MJ de carburant.

Si les mêmes quantités de chaleur et d'électricité étaient produites séparément, il faudrait consommer environ 100 MJ de carburant pour le groupe électrogène, (moteur diesel et alternateur, rendement typique de 33 %), plus 55 MJ pour la chaudière (avec un rendement typique de 90 %), soit 155 MJ au total.