Trigéneration : Raréfaction des energies fossiles vers de nouvelles solutions

La trigénération est définie comme la production simultanée d’électricité, de chaleur et de froid à partir d’une installation alimentée par une même source d’énergie primaire telle le gaz naturel ou le gazole. L’électricité est produite via des moteurs ou turbines à gaz et la chaleur est récupérée au moyen d’une série d’échangeurs sur les circuits de refroidissement des fluides et des fumées d’échappement, dans le but d’optimaliser la consommation d’énergie primaire.

Tout ou partie de la chaleur récupérée, sous forme d’eau chaude ou de vapeur basse pression, sert à alimenter les réfrigérateurs à absorption ou à adsorption pour la production de froid.

Cet article développe un modèle de caractérisation de la trigénération en définissant en particulier les conditions et l'index d'économie d'énergie par rapport à la production séparée. Cet article souligne l'importance du choix de la référence en production séparée sur l’évaluation de l'économie d'énergie et des émissions évitées que peuvent procurer les systèmes de trigénération cf. www.123energy.net .

Dans plusieurs secteurs industriels et dans le secteur tertiaire, les applications des systèmes de cogénération se multiplient à un rythme significatif.

La production simultanée d'électricité et de chaleur (eau chaude ou vapeur) par cogénération se trouve en effet soutenue par un certain nombre de motivations convergentes. Le consommateur bénéficie d'économies financière et d'énergie; les entreprises de services énergétiques (y compris les producteurs et les distributeurs d'électricité) y voient un moyen de développer leurs marchés dans de nouveaux créneaux qui s'inscrivent bien dans le processus de libéralisation du marché des énergies et qui bénéficient d'un soutien politique; la collectivité y trouve un triple avantage environnemental, de préservation des stocks d'énergie fossile et d'émergence de nouveaux emplois.

L'avantage énergétique est maximal lorsque ce sont les besoins thermiques qui pilotent le dimensionnement et le régime de fonctionnement des systèmes de cogénération.

L'électricité produite est optimale si elle est reprise par le réseau local à des conditions correctes, si les besoins locaux d'électricité sont insuffisants. Un paramètre crucial conditionnant la faisabilité et la rentabilité des systèmes est donc le devoir d'utilisation de la puissance thermique disponible en cogénération.

Bon nombre de consommateurs – industriels et tertiaires – ont également des besoins de froid, soit répartis uniformément sur l'année, soit liés à l'évolution cyclique des conditions climatiques. Certaines de ces entreprises et presque toute en Afrique et au Moyen Orient ont des besoins en froid satisfaits par des groupes frigorifiques à compression alimentés par de l'électricité.

Les unités de réfrigération par absorption (URA) ou par adsorption produisent du froid en consommant de la chaleur. Leur combinaison avec des unités de cogénération permet de produire du froid en plus des deux formes d'énergie finale de la cogénération classique : c'est la trigénération.

Etant donné le développement futur du marché de la trigénération  aussi bien dans les industries du Nord que dans les pays en développement, appelés à accroître la fiabilité de leur approvisionnement électrique et à des prix raisonnables, aussi bien en zones rurales qu’urbaines, une méthodologie d’analyse de ces systèmes s’avère être un instrument particulièrement utile.

Principe des unités de réfrigération par absorption:

L'absorption est un mécanisme qui permet à un élément liquide de capter de grandes quantités de vapeur des substances disposant d'une affinité moléculaire avec lui. Le cycle à absorption diffère du cycle classique  par la présence dans une branche  d'un ensemble générateur-absorbeur au lieu d’un compresseur.

Le fonctionnement d'un cycle idéalisé peut être décrit comme suit.

Le réfrigérant pur sortant de l'évaporateur rentre dans l'absorbeur où il est mis en contact avec une solution liquide absorbante. Il se condense alors et libère sa chaleur de vaporisation. Une quantité importante de chaleur devra être extraite pour conserver une température suffisamment faible, nécessaire pour entretenir le mécanisme. La solution composée de l'absorbant et du réfrigérant ainsi formée est pressurisée au moyen d'une pompe. Elle est ensuite envoyée au générateur, où l'absorbant et le réfrigérant sont séparés par distillation, le second étant nettement plus volatil. Cette opération s'effectue à haute température et permet, moyennant apport de chaleur, l'évaporation du réfrigérant qui continue alors comme dans le cycle classique. L'absorbant, resté sous forme liquide, est détendu au moyen d'une vanne et injecté dans l'absorbeur, et le cycle peut recommencer.

En pratique, il est impossible de séparer totalement le réfrigérant et l'absorbant par distillation. La solution pauvre sortant du générateur sera alors composée d'un mélange d'absorbant et de réfrigérant dont la concentration en ce dernier sera inférieure à celle de la solution riche quittant l'absorbeur.

Pour finir trigénération cumule les avantages de la cogénération (production électrique et thermique avec un rendement dépassant les 80% ) et apporte une nouvelle dimension la production du froid.

Pour plus d'information www.123energy.net

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