Cogénération
La cogénération (également appelée production combinée de chaleur et d'électricité, PCCE) est l'utilisation d'un moteur thermique ou d'une centrale électrique pour produire à la fois de l'électricité et de la chaleur utile.
Les centrales électriques conventionnelles émettent la chaleur créée comme sous-produit de la production d'électricité dans l'environnement par l'intermédiaire des tours de refroidissement, sous forme de gaz de combustion ou par d'autres moyens. La production combinée de chaleur et d'électricité permet de capter la chaleur dérivée à des fins de chauffage domestique ou industriel, soit très près de la centrale, soit - surtout en Scandinavie et en Europe de l'Est - pour la distribuer par des tuyaux afin de chauffer les habitations locales.
La chaleur des sous-produits à des températures modérées (100 à 180°C) peut également être utilisée dans les refroidisseurs à absorption pour le refroidissement. Une installation produisant de l'électricité, de la chaleur et du froid est parfois appelée régénération ou plus généralement : installation de rationnement polygène.
La cogénération est une utilisation thermodynamiquement efficace du combustible. Dans la production séparée d'électricité, une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur résiduelle, mais dans la cogénération, cette énergie effectue un travail utile (voir énergie).
La centrale de cogénération de Masnedø au Danemark. Cette centrale brûle de la paille comme combustible. La centrale chauffe les serres adjacentes.
Vue d'ensemble
Les centrales thermiques (y compris celles qui utilisent des éléments fissiles ou brûlent du charbon, du pétrole ou du gaz naturel), et les moteurs thermiques en général, ne convertissent pas toute leur énergie disponible en électricité. Dans la plupart des moteurs thermiques, un peu plus de la moitié est gaspillée sous forme de chaleur excédentaire (voir : Deuxième loi de la thermodynamique). En capturant la chaleur excédentaire, la cogénération utilise la chaleur qui serait gaspillée dans une centrale électrique classique, atteignant potentiellement un rendement de 70 %, contre 40 % au maximum pour les centrales classiques. Cela signifie qu'il faut consommer moins de combustible pour produire la même quantité d'énergie utile. En outre, moins de pollution est produite pour un avantage économique donné.
Il est rare qu'il y ait une correspondance exacte entre les besoins en chaleur et en électricité. Une centrale de cogénération peut soit répondre au besoin de chaleur (fonctionnement à la chaleur), soit être exploitée comme une centrale électrique avec une certaine utilisation de sa chaleur résiduelle.
La cogénération est plus efficace lorsque la chaleur peut être utilisée sur place ou à proximité. L'efficacité globale est réduite lorsque la chaleur doit être transportée sur de longues distances. Cela nécessite des tuyaux fortement isolés, qui sont coûteux et inefficaces ; alors que l'électricité peut être transportée le long d'un fil relativement simple, et sur des distances beaucoup plus longues pour la même perte d'énergie.
Un moteur de voiture devient une centrale de cogénération en hiver, lorsque la chaleur rejetée est utile pour chauffer l'intérieur du véhicule. Cet exemple montre que le déploiement de la cogénération dépend de l'utilisation de la chaleur dans le voisinage du moteur thermique.
Les centrales de cogénération sont couramment utilisées dans les systèmes de chauffage urbain des grandes villes, des hôpitaux, des prisons, des raffineries de pétrole, des papeteries, des stations d'épuration des eaux usées, des puits de récupération de pétrole par amélioration thermique et des installations industrielles ayant de gros besoins en chauffage.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la cogénération ?
R : La cogénération est la production simultanée d'électricité et de chaleur utile à l'aide d'un moteur thermique ou d'une centrale électrique.
Q : Comment les centrales électriques classiques éliminent-elles la chaleur créée comme sous-produit de la production d'électricité ?
R : Les centrales électriques classiques rejettent la chaleur créée comme sous-produit de la production d'électricité dans l'environnement par le biais de tours de refroidissement, de gaz de combustion ou d'autres moyens.
Q : Quelle est la différence entre les centrales électriques classiques et les centrales de cogénération en termes de production de chaleur ?
R : Dans les centrales électriques classiques, la chaleur produite comme sous-produit de la production d'électricité est rejetée dans l'environnement, tandis que dans les centrales de cogénération, la chaleur produite comme sous-produit est récupérée pour le chauffage domestique ou industriel, ou utilisée dans des refroidisseurs à absorption pour le refroidissement.
Q : Quel est l'avantage de la cogénération par rapport à la production séparée d'électricité ?
R : La cogénération est une utilisation plus efficace du combustible du point de vue thermodynamique, car l'énergie perdue sous forme de chaleur résiduelle dans la production séparée d'électricité est utile dans la cogénération.
Q : Qu'est-ce qu'une centrale de polygénération ?
R : Une centrale qui produit de l'électricité, de la chaleur et du froid est parfois appelée centrale de polygénération.
Q : Quelle est la plage de température des sous-produits thermiques qui peuvent être utilisés dans les refroidisseurs à absorption pour le refroidissement ?
R : La chaleur des sous-produits à des températures modérées (100 à 180 °C) peut également être utilisée dans les refroidisseurs à absorption pour le refroidissement.
Q : Où se fait la distribution de la chaleur des sous-produits à des fins de chauffage domestique ou industriel en Scandinavie et en Europe de l'Est ?
R : En Scandinavie et en Europe de l'Est, la distribution de la chaleur des sous-produits à des fins de chauffage domestique ou industriel se fait surtout par l'intermédiaire de canalisations pour chauffer les habitations locales.
