Exemple de pratique

Charmey : Chauffage urbain vert issu des forêts de la Gruyère

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Dans la commune idyllique de Val-de-Charmey, Romande Energie Services SA montre comment les ressources locales et la technique la plus moderne se combinent parfaitement : Grâce à la revitalisation du réseau régional de chauffage à distance et à l'utilisation d'une centrale de chauffage au bois hautement efficace, les résidus de bois régionaux sont systématiquement transformés en énergie neutre en CO2, ce qui renforce non seulement la création de valeur locale, mais constitue également un exemple éclatant d'approvisionnement durable en chaleur dans les régions préalpines.

Le choix en faveur des installations de gazéification du bois permet aujourd'hui de produire de l'électricité supplémentaire dans les centrales thermiques des réseaux de chauffage à distance de Puidoux et Charmey. Le gaz de bois produit est utilisé dans des moteurs à gaz avec des générateurs raccordés. Il a ainsi été possible de réaliser dans ces centrales énergétiques une exploitation flexible de la chaleur et de l'électricité en fonction des besoins. Pour Giulio Caimi, chef de projet, une chose est sûre : «Grâce à l'expertise et au savoir-faire de Romande Energie Services, l'utilisation des énergies renouvelables et des sources d'énergie locales peut être mise en œuvre avec succès».»

Produire de la chaleur et de l'électricité avec des copeaux de bois de l'environnement

A Charmey, la centrale bois-énergie d'origine, composée de trois chaudières, qui alimentait en chaleur l'ancien réseau, devait être remplacée. Romande Energie, l'un des plus importants fournisseurs d'électricité de Suisse romande avec plus de 300’000 clients finaux dans près de 300 communes, a décidé, dans le cadre de cette rénovation, de réaliser une production d'électricité supplémentaire. La production combinée de chaleur et d'électricité est particulièrement avantageuse pour répondre aux besoins accrus en électricité en hiver. En revanche, la poursuite de l'utilisation des copeaux de bois, qui repose sur une base d'approvisionnement ancrée dans la région, était une certitude. C'est pourquoi l'évaluation de la technique de gazéification du bois avec couplage chaleur-force et une technique ORC (Organic Rankine Cycle), c'est-à-dire une technologie de turbine à vapeur utilisant un autre fluide de travail que la vapeur d'eau, a été réalisée.

Les rendements convaincants d'une centrale de cogénération ont finalement conduit au choix d'un moteur à gaz comme générateur primaire d'électricité. Mais la technique de gazéification du bois offrait également des avantages essentiels par rapport au chauffage au bois pur, car elle convient au traitement direct de copeaux de bois fraîchement coupés, donc encore humides, qui garantissent des conditions de processus optimales. Avec le principe de gazéification à contre-courant choisi, aucun séchage n'est plus nécessaire, contrairement à la gazéification à co-courant. La gazéification du bois permet également de supprimer le nettoyage coûteux des fumées, car la combustion du gaz de bois est nettement plus propre que la combustion normale du bois. Les mesures habituelles lors de la combustion du bois, à savoir la réduction des émissions de particules, etc. ne sont pas non plus nécessaires.

Lors de l'utilisation du gaz de bois, on utilise une installation de condensation et un électrofiltre humide avant de l'utiliser directement dans le moteur à gaz. D'autre part, le processus de gazéification permet de produire en parallèle à la fois du gaz de pyrolyse et - en combinaison avec un refroidisseur de gaz - une huile de pyrolyse composée principalement de composés goudronnés, qui peut également être utilisée pour produire de l'énergie.

Le rendement du gazéificateur à lit fixe et à contre-courant, un système de puissance combiné de la société allemande ReGaWatt GmbH, est d'environ 85%. «Le rendement, les dimensions et le mode de fonctionnement sont parfaitement adaptés à la taille du réseau de chauffage urbain. De plus, les différentes phases de la gazéification, du séchage, de la pyrolyse, de la réduction avec la libération des gaz souhaités ainsi que de l'oxydation ont été parfaitement étudiées. En tant que physicien formé à l'EPFZ, j'ai toujours été très intéressé par ces processus», explique Giulio Caimi.

Alors que la centrale de Puidoux a pu être mise en service dès 2018 et injecte chaque année environ 7,2 GWh de chaleur dans le réseau, la centrale de Charmey est un peu plus grande et produit plus de 11 GWh, mais n'a été lancée que fin 2019, afin de bénéficier de l'expérience de Puidoux. La commune de Charmey soutient ce renouvellement de l'approvisionnement en chaleur par sa collaboration partenariale et par sa volonté de pouvoir continuer à proposer une source d'énergie renouvelable grâce aux gisements de bois situés dans son environnement proche. Les copeaux de bois sont livrés dans l'entrepôt existant et sont acheminés au fur et à mesure des besoins sur le tapis roulant vers le gazéificateur. Les petites particules de bois sont alors tamisées puis comprimées afin de pouvoir alimenter l'unité de gazéification avec une taille de plaquette optimale.

Utilisation combinée du gaz de bois produit

Le moteur à gaz installé, de type Jenbacher 416, fonctionne avec 16 cylindres et atteint une puissance électrique de 770 kW et une puissance thermique de près de 900 kW. Grâce au turbocompresseur, un fonctionnement avec une température d'admission d'air plus élevée et à une altitude plus élevée est favorisé, ce qui est important à Charmey, à près de 900 mètres d'altitude. Avec quatre soupapes de culasse conçues selon des simulations d'écoulement optimisées, les conditions de refroidissement et de compression sont appropriées.

La combinaison du moteur à gaz et de la chaudière à gaz, tous deux alimentés par l'installation de gazéification du bois, permet des modes de fonctionnement flexibles. Si seule la chaleur est nécessaire, par exemple pendant la journée en été, un minimum de 430 kW de puissance thermique peut être réglé. Si l'on a besoin de chaleur et d'un maximum d'électricité, on obtient par exemple 1151 kW à 85 °C et 382 kW à 60 °C, tandis que 770 kW de puissance électrique sont disponibles. Si un maximum de chaleur est nécessaire, il est possible d'atteindre une puissance thermique d'environ 2600 kW. Deux réservoirs tampons largement dimensionnés (Swiss Solartanks d'une capacité de 75 m3 chacun) servent à flexibiliser davantage la production de chaleur.

L'installation de Charmey peut donc être adaptée de manière optimale aux besoins du réseau de chaleur local. Les Bains de la Gruyère constituent un important consommateur de chaleur. Giulio Caimi confirme : «Nous avons profité du fait que les Bains peuvent produire une basse température pour réaliser le réseau avec trois tuyaux, afin que l'eau froide des Bains permette une utilisation optimale de l'énergie dans la centrale. Pour cela, nous avons construit une installation de condensation dans la chaufferie, ce qui augmente l'efficacité énergétique à plus de 100 pour cent».»

En raison de la rénovation de la centrale énergétique, il y a également suffisamment de puissance disponible pour une extension du réseau. Celui-ci a déjà été réalisé en direction du centre du village. La température de départ est de 90 °C, le retour de 60 °C. L'extension du réseau a permis d'améliorer l'ancien approvisionnement en chaleur des piscines, qui était défavorable en raison de températures de départ trop élevées, ces installations étant désormais desservies par le retour plus frais. Dans l'ensemble, la nouvelle centrale énergétique offre des capacités suffisantes pour une nouvelle extension du réseau.

Giulio Caimi explique : «La charge de base du réseau de chaleur est couverte par la combinaison d'un moteur à gaz et d'une chaudière à gaz. Vient ensuite, pour environ la moitié des heures de fonctionnement, l'utilisation de la condensation des gaz de fumée et une chaudière à mazout sert à couvrir les pointes de charge ou à constituer une réserve de secours». Tant la nouvelle installation de Puidoux que celle de Charmey ont été ajustées dans le cadre d'une phase d'optimisation, ce qui a permis au personnel de se familiariser davantage avec cette installation complexe.

informations :
Giulio Caimi
Directeur du chauffage urbain
Romande Energie Services SA
1028 Préverenges
giulio.caimi@romande-energie.ch
romande-energie.ch
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Giulio Caimi, chef de projet des nouvelles installations de gazéification du bois et responsable du chauffage à distance chez Romande Energie Services SA, est convaincu que cette technologie présente des avantages essentiels pour les réseaux de chauffage à distance de taille moyenne.
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Depuis l'automne 2019, la centrale énergétique rénovée est en service pour continuer à alimenter le réseau de chauffage urbain de Charmey en énergie renouvelable.
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La gazéification du bois comme point de départ pour le moteur à gaz et le foyer à gaz, qui fournissent de la chaleur et de l'électricité en tant que système intégral.
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Les copeaux de bois fraîchement récoltés sont acheminés par l'ascenseur de transport (à droite) vers la gazéification du bois.
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Au bas du gazéificateur de bois, haut de trois étages, les cendres sont évacuées et transportées dans le conteneur placé à l'extérieur.
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Le moteur à gaz permet désormais de produire également de l'électricité dans la centrale thermique de Charmey. Grâce à la nouvelle gazéification du bois, ce couplage chaleur-force est devenu réalisable.
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Le moteur à gaz installé fonctionne avec 16 cylindres et atteint des puissances électriques et thermiques de près de 1200 kW.
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Partie supérieure de la combustion du gaz : en association avec le moteur à gaz, il est possible d'avoir un mode de fonctionnement flexible.
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La centrale énergétique de Charmey fonctionne avec des copeaux de bois de la région et se distingue par sa façade en bois.
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Le complexe thermal - Bains de la Gruyère - représente un important consommateur de chaleur et permet d'optimiser la consommation d'énergie grâce à sa consommation à basse température.

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