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Enjeu biomasse

Bioénergies EDF EN 29 11 2005 Guillaume Bourtourault 01 40 90 23 48 g.bourtourault@siif-energies.fr. Enjeu biomasse. Les sources d’énergies renouvelables utilisées dans l’Union [Maniatis 2002]. Les bioénergies dans le bilan. Filière bio-carburants. Éthanol Huiles combustibles Méthanol

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Enjeu biomasse

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Presentation Transcript

  1. BioénergiesEDF EN29 11 2005Guillaume Bourtourault01 40 90 23 48g.bourtourault@siif-energies.fr EDF EN - DT

  2. Enjeu biomasse Les sources d’énergies renouvelables utilisées dans l’Union [Maniatis 2002] EDF EN - DT

  3. Les bioénergies dans le bilan Filière bio-carburants Éthanol Huiles combustibles Méthanol Hydrogène Électricité Thermique industriel Climatique collectif Climatique individuel 0,3 / 50,4 Mtep Filière bio-électrique Biomasse 2 / 450 TWh 1 / 32 Mtep Filière biochaleur 9 / 70 Mtep Chauffage des bâtiments : 44 Mtep dont 10 électriques et 10 biomasse Consommation totale d’énergie primaire en France : 275 Mtep EDF EN - DT

  4. Perspectives de développement EDF EN - DT

  5. 1 Les filières EDF EN - DT

  6. Sels minéraux Polluants Naturelle ou artificielle Cendres Rappel des enjeux techniques énergie solaire matière organique (C, H, O, N) énergétique CO2 + H20 Matière organique exposée à une agression chimique, biologique, ou physique CO2 + H20 bioénergie EDF EN - DT

  7. Rappel des enjeux techniques Une contribution nulle à l’effet de serre, mais pas à la pollution atmosphérique Eléments minéraux : P, K, Na, S, Cl, oligo-éléments, métaux lourds Polluants issus de la dégradation de la biomasse : - inorganiques : NOx, SOx, HCl, H2SO4, … - organiques : suies, goudrons, méthane, … EDF EN - DT

  8. La bioéconomie bioproduits biocombustibles biocarburants produits et co-produits Primaire : agriculture sylviculture … Biomasse renouvelable accumulable et locale bioélectricité Secondaire : agroalimentaire meubles panneaux restauration papier carton … déchets biochaleur Séquestration du CO2 Libération du CO2 EDF EN - DT

  9. Une énergie polymorphe EDF EN - DT

  10. Etat de l’art de la production d’énergie à partir de biomasse (hors biocarburants) • Amélioration de technologies établies • => combustion : rendement, émissions • Technologies de démonstration • => gazéification : applications, traitement du gaz • => méthanisation : applications, traitement du gaz • Montage de pilotes • => pyrolyse : production de biopétrole • Machines thermiques : • => Stirling • => ORC • => MAV EDF EN - DT

  11. Les technologies : le prix de l’innovation Investissement en €/kWe 10000 Stirling méthanisation 9000 8000 gazéification 7000 rustique 6000 5000 méthanisation gazéification 4000 à la ferme 3000 combustion pyrolyse 2000 1000 co-combustion 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Puissance en MWe EDF EN - DT

  12. La ressource : l’exemple français Energie disponible en ktep/an 4000 Déjection, Exploitation litières et lisiers forestière 3500 3000 Farines animales 2500 2000 Paille Déchets Industries du 1500 biodégradables bois 1000 Bois rebut Granulés 500 TCR Saule 0 Déchets 0 10 20 30 Coût du combustible en €/MWh PCI EDF EN - DT

  13. Les coûts de production Coût de production en €/MWh min estim. max. Investissement 20 60 30 Coût combustible 20 120 60 O&M 8 40 15 Cogénération -90 0 -40 Total hors cogénération 60 120 90 Total avec cogénération 30 80 65 EDF EN - DT

  14. 2 Les filières biochimiques EDF EN - DT

  15. Les filières biochimiques • Méthanisation • En décharge • En méthaniseur : différentes ressources et différentes tailles • À la ferme • Industriel • Paramètres : température, humidité, composition • Production électrique, cogénération, injection réseau, biocarburant • Fermentation alcoolique • À partir de sucres • Après hydrolyse chimique • Voies du futur : biochimie et synthèse biologique EDF EN - DT

  16. La méthanisation chaleur chaleur chaleur biomasse humide 50 kt/an biogaz 6 000 000 Nm3/an digesteur 20 MWth Moteur ou turbine à gaz épuration 1,3 MWe électricité 10 000 MWhe/an digestat à composter compost 19 kt/an chaleur • - Chaleur principalement utilisée dans le procédé • Faible rendement électrique • Voie de traitement des déchets EDF EN - DT

  17. Le traitement du biogaz EDF EN - DT

  18. Le traitement du biogaz EDF EN - DT

  19. Le traitement du biogaz Éléments majoritaires :CH4 + CO2 > 95 % Éléments traces :COV, soufrés, halogénés, siloxanes, …< 1% v. (env. 577 composés) Soufrés : protéïnes, gypse, sols Halogénés : CFCs, PVC, résines Siloxanes : cosmétiques, lubrifiants, construction EDF EN - DT

  20. 3 Les filières thermochimiques EDF EN - DT

  21. La combustion • Procédé traditionnel = combustion sur grille • Lits fixes, fluidisés, flux entraîné • Mode d’introduction de la biomasse • Air primaire, secondaire, tertiaire • Extraction des cendres Grille vibrante, inclinée, fixe, mobile, en escalier, … Vitrifié, humide, sec … EDF EN - DT

  22. La chaufferie à plaquettes EDF EN - DT

  23. Introduction de la biomasse • étanchéité • retour de flamme • montée en température • répartition sur la grille • dévolatilisation • régularité • temps de séjour • mélanges EDF EN - DT

  24. La combustion • Adéquation entre combustible et procédé • préparation : homogénéité, propriétés de combustion • Automatismes : humidité, gestion des stocks • Mélanges : rôle de la fosse • Comportement des cendres : • Fusion : teneur en Mg, K, Na • Proportion : 1 à 40% • Corrosion : Cl, S • Performance • Rc = 90 % vapeur EDF EN - DT

  25. Les technologies : la filière vapeur Usage Chaleur Usage Chaleur Eau Condenseur Chaudière Turbine ou Moteur Vapeur HP Vapeur BP BOIS 30 à 90 bars 0,1 à 4 bar électricité vapeur vapeur vapeur EDF EN - DT

  26. Chaudière déchets bois La cogénération papetière turbines Vap BP et MP Vap BP parc à bois  lavage  épuration  blanchiment  épuration  séchoir cuisson liqueur blanche liqueur noire évaporation clarification Vap BP liqueur noire concentrée four à chaux Vap BP et MP caustification combustion Vap HP liqueur verte turbine EDF EN - DT

  27. La combustion : ancienne et mature, mais limitée • parce que la biomasse est hétérogène et peu énergétique • température et pression de chaudière limitée • grosses installations • émissions polluantes • parce que la vente de chaleur est nécessaire à l’équilibre économique • utilisation de la vapeur pour la production électrique limitée • parce que la ressource est dispersée, et les coûts de transport élevés • les installations sont petites, décentralisées, proches de la ressource • les pertes thermodynamiques et hydrodynamiques sont élevées • => gazéification EDF EN - DT

  28. Gazéification de la liqueur noire EDF EN - DT

  29. Gazéification de la liqueur noire EDF EN - DT

  30. Gazéification de la liqueur noire liqueur noire • - on tire des étapes de lavage le soufre « volant » • - on produit une liqueur de cuisson polysulfure de très bonne qualité (haute « sulfidité ») en mélangeant le soufre liquide obtenu avec la liqueur blanche • - on améliore ainsi le rendement en pulpe de 1,9% cendres liqueur blanche gazéification gaz brut lavage du gaz soufre gaz épuré liqueur de cuisson de haute qualité synthèse méthanol / DME EDF EN - DT

  31. 4 La gazéification EDF EN - DT

  32. La pyrolyse - gazéification EDF EN - DT

  33. La gazéification • Lit fixe, lit fluidisé bouillonnant • Jusque 2 MWe avec combustible bois • Installation commerciale en cogénération : DK, F, A, B • Lit fluidisé circulant • Jusque 10 MWe avec TAC et plus avec chaudière • En cocombustion • Flux entraîné • fusion des cendres • problème de préparation de la charge EDF EN - DT

  34. La gazéification : les réactions en jeu • Gazéification • C + 1/2 O2 à CO C + O2 à CO2 • C + H2O à CO + H2 • Equilibres • CO + H2O à CO2 + H2 • CO + 3 H2 à CH4 + H2O • Et synthèses • CO + 2 H2 à CH3OH • CO + 2 H2 à -- CH2-- + H2O EDF EN - DT

  35. La gazéification Composition du gazsec de PRME Composition du gaz sec de Güssing H2 35 %CO 25 %CO2 25 %CH4 10 %N2 5 % H2 5 %CO 16 %CO2 14 %CH4 5 %N2 58 % • Performances • gaz combustible à 40 - 70 % • 4 - 15 MJ / Nm3 (GN = 36 MJ) • Rendement de conversion énergétique jusque 80% • Rendement électrique jusque 32 % EDF EN - DT

  36. Les gazéifieurs [1] biomasse Lit fixe co-courant Comburant et agent gazéifiant Thermogaz et fumées Lit fluidisé bouillonnant Thermogaz et fumées Cendres biomasse Cendres volantes et particules organiques biomasse Cendres Thermogaz et fumées Comburant et agent gazéifiant Comburant et agent gazéifiant Lit fixe contre-courant Cendres EDF EN - DT

  37. Les gazéifieurs [2] Thermogaz et fumées • Lit fluidisé circulant Lit, cendres volantes, et particules organiques biomasse cendres Comburant et agent gazéifiant thermogaz fumées Lit, charbon, cendres Lit fluidisé circulant allotherme à 2 chambres Cendres volantes Lit, charbon, cendres biomasse Agent gazéifiant Comburant Cendres de lit EDF EN - DT

  38. Les gazéifieurs [3] Gaz et vapeurs syngaz Comburant biomasse Gaz de synthèse Charbon Lit chaud thermogaz Comburant Lit haute température Combustion partielle des vapeurs Cendres vitrifiées biomasse Lit froid et char Gaz de combustion Combustion partielle du charbon Comburant Cendres EDF EN - DT

  39. Installation de Louvain (B), société Xylowatt EDF EN - DT

  40. Xylowatt : une solution « emballée » EDF EN - DT

  41. Güssing EDF EN - DT

  42. Güssing EDF EN - DT

  43. Güssing Gazéifieur FICFB à vapeur Filtre à manches Colonne de lavage au biodiesel Moteur à gaz Jenbacher Chaudière à gaz Puissance combustible = 10 MWth Capacités = 2 MWe + 5 MWth rélec = 20% et rglobal = 70% EDF EN - DT

  44. La gazéification : les difficultés • Les clés de la technologie • Introduction de la biomasse • Apport de la chaleur nécessaire à la gazéification • Lavage du gaz • Qualité des cendres • Problème des rejets • Rejets solides : cendres chargées en charbon, suie, goudrons et lit • Rejets liquides : • organiques : gazéifiés • aqueux : recyclés, incinérés ou traités EDF EN - DT

  45. La gazéification : les enjeux • Tolérance combustible • Temps de séjour peut être long : Güssing, PRME • Agent de gazéification adapté • Eau intervient directement dans les équilibres • Avantages d’un combustible gaz • Gaz épuré avant combustion : NH3, Cl, S • Flamme mieux maîtrisée, niveaux de température contrôlés (cocombustion, reburning, vitrification des cendres) • TAC ou MAG, avec possibilité de cycle combiné, y compris dans de petits systèmes • Gaz de synthèse réducteur utilisable par l’industrie (biocarburant 2G) EDF EN - DT

  46. 5 Les bioénergies et le Groupe EDF EDF EN - DT

  47. Activités et compétences du Groupe EDF EN - DT

  48. Activités et compétences du Groupe • EnBW : ingénierie expérimentée, investissement, exploitation, SEM, préparation du combustible et traitement de déchets, ISKA • Dalkia : chaufferies et biogaz en France, logistique via ONYX, compétence cogénération, cocombustion en République Tchèque, R&D • EDF : assistance technique et commerciale, R&D • EDF Energy : cocombustion • ESTAG : petits moyens de production innovants • EDF Polska : cocombustion • TIRU et U-Plus : valorisation des déchets EDF EN - DT

  49. Activités et compétences du Groupe EDF EN - DT

  50. Acteurs et marchés • Les grands acteurs producteurs industriels • - Electrabel, RWE, Eon, EPR • - sinon encore très éclaté • - les jeux sont en train de se faire : exemple de VelcanEnergy • Les équipementiers • - technologies passent de main en main, sauf certaines bien affirmées comme la paille danoise • - fabrication délocalisée • - rôle particulier de l’Inde • Les producteurs de biomasse • - effets d’annonce (Brésil, ONF) • - jeu de la poule et de l’oeuf • - géostratégie à l’est de l’Europe EDF EN - DT

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