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Auteur(s)
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Claude LÉVY : Ingénieur de l’École centrale de Paris - Ingénieur conseil en thermique et en énergétique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Toute production d’énergie mécanique et par suite électrique, à partir d’un combustible quelconque, se fait avec dégagement de chaleur vers une source froide. La cogénération consiste à utiliser cette chaleur plutôt que de la perdre à l’atmosphère. La cogénération permet donc des économies d’énergie et, consécutivement, une réduction des coûts globaux des énergies produites.
La cogénération englobe toute une série de procédés (dénommés aussi cycles, filières ou systèmes) dont certains font appel à des techniques complexes. Elle s’applique à de très nombreux cas d’utilisations tant dans l’industrie qu’en génie climatique. Elle s’étend sur une très grande échelle de puissance électrique : de la dizaine de kilowatts pour les petits moteurs alternatifs à plus de 50 MW dans les grandes centrales thermoélectriques de chauffage urbain ou d’usine. Sa connaissance intègre une vaste gamme de techniques.
Le but principal de la cogénération est économique, aussi son étude doit‐elle montrer :
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comment on peut la mettre en œuvre (technologie) ;
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comment elle peut être financièrement rentable.
À cet effet, ce sujet fait l’objet de trois articles :
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les techniques de cogénération, traitées dans ce texte, décrivent les différents matériels et les principes courants et présentent les schémas d’installation en donnant leurs performances ;
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la cogénération dans l’industrie ;
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la cogénération en génie climatique.
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Caractéristiques techniques
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1. Généralités
1.1 Définitions
On appelle cogénération (ou encore production combinée chaleur force), un système dans lequel, en brûlant un combustible primaire, on produit simultanément de l’énergie mécanique et de l’énergie thermique.
Le combustible primaire est généralement un produit fossile commercialisé : charbon, gaz naturel, GPL (gaz de pétrole liquéfié), fuel lourd ou domestique ; il peut s’agir aussi de bois ou de biomasse, ou encore d’un produit de récupération : biogaz, ordures ménagères, déchets industriels, gaz fatals, etc. L’énergie mécanique, disponible sur l’arbre de la machine motrice, est utilisée pour entraîner une autre machine tournante (ventilateur, compresseur) ou le plus fréquemment un alternateur qui fournit du courant électrique. L’énergie thermique est disponible soit directement, soit après transformation, sous la forme d’un fluide caloporteur facilement utilisable : vapeur, eau chaude, eau surchauffée, air chaud, etc.
Il n’est pas nécessaire de rappeler que pour produire de l’énergie mécanique ou de l’électricité au moyen de chaleur, il faut disposer d’une source chaude et d’une source froide. Dans une centrale thermique classique la source froide est prise dans l’environnement : air atmosphérique ou eau de rivière ; la chaleur qu’elle absorbe est en général totalement perdue. Il s’ensuit que le rendement global d’un tel système est faible, largement inférieur à 50 %. En France, le rendement moyen des centrales thermiques de EDF est de 36 %. Au contraire, dans une cogénération, la chaleur de la source froide n’est pas perdue : elle se retrouve en presque totalité dans un fluide caloporteur ; le rendement global d’une cogénération va donc être supérieur : 65 à 90 % suivant les cas (figure 1).
En France, l’électricité est d’abord produite par les centrales hydrauliques et nucléaires. Mais celles‐ci sont normalement insuffisantes en périodes hivernales. EDF met alors en route des centrales thermiques classiques consommant, comme la cogénération, des combustibles fossiles, mais avec des rendements inférieurs. La cogénération permet donc un gain énergétique au niveau national.
La cogénération est aussi utilisée pour entraîner directement des machines...
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