Optimiser la combustion de la biomasse pour la production de chaleur et d’électricité
Près de la moitié de la demande énergétique de l’UE est absorbée par le chauffage et le refroidissement, la biochaleur étant responsable de près de 90 % de toute la chaleur renouvelable en 2017. L’exploitation de la chaleur produite lors de la combustion de la biomasse pour produire de l’électricité et du chauffage dans une centrale de production combinée chaleur et électricité (PCCE), fonctionne bien pour les unités de moyenne et grande taille. On en trouve un grand nombre dans toute l’Europe, notamment en Scandinavie. Le projet Biofficiency, soutenu par l’UE, a été mis en place pour optimiser la production de bioénergie à partir de centrales de PCCE alimentées à la biomasse. Il a permis de concevoir une centrale de PCCE à la biomasse de nouvelle génération que les partenaires industriels du projet prévoient de commercialiser.
Produire des biocarburants de meilleure qualité
Contrairement aux combustibles fossiles traditionnels utilisés dans les centrales thermiques, la biomasse est une matière première non uniforme. Sa composition varie en fonction du type, de l’origine et de la saison et peut contenir des éléments inorganiques nocifs tels que le chlore, le sodium et le potassium. Ceux-ci peuvent causer des problèmes lors de la production de vapeur à haute température. Les problèmes consistent notamment à déposer une couche isolante de cendres sur les surfaces d’échange, ce qui augmente les coûts d’exploitation en raison de la maintenance et des arrêts. Pour rendre utilisables des matériaux auparavant difficiles à traiter et éliminer les éléments nocifs, Biofficiency a étudié trois technologies de prétraitement différentes: la torréfaction avec et sans lavage, la carbonisation hydrothermale et l’explosion de biomasses à la vapeur avant la combustion. Ensuite, le projet a étudié l’utilisation d’additifs minéraux qui capturent les composants problématiques dans la phase gazeuse de la combustion et interdisent ainsi les réactions nocives dans la chaudière. Les deux approches ont été testées à des échelles allant du laboratoire à la grandeur réelle, dans deux systèmes de combustion différents (combustible pulvérisé et lit fluidisé). Les essais ont permis de s’assurer qu’elles fonctionneraient dans des applications réelles. Les modèles ont également permis à l’équipe de simuler le comportement de la combustion et la formation de cendres pour comprendre les processus plus en détail. Après avoir démontré que ses techniques amélioraient effectivement les performances de combustion dans les chaudières à biomasse, l’équipe a fourni un modèle de centrale de PCCE, avec des températures de vapeur plus élevées allant jusqu’à 600 °C à moyenne ou grande échelle (environ 300 MWth d’apport de combustible). En plus d’être très efficace, leur nouvelle technique pourrait réduire considérablement les émissions par rapport aux centrales au charbon et aux petites centrales de PCCE à la biomasse, à un coût compétitif. Le projet a également exploré et évalué les utilisations des cendres de biomasse pour éviter qu’elles ne soient mises en décharge. L’une des utilisations possibles recensées est celle qui consiste à les incorporer dans des matériaux de construction, tels que les géopolymères.
Répondre à la demande future
La bioénergie n’est pas seulement très efficace pour la production combinée de chaleur et d’électricité, elle peut également réduire les émissions de CO2 de manière significative par rapport aux combustibles fossiles. Cela est particulièrement vrai pour le secteur du chauffage, où elle peut réduire la dépendance au charbon si elle est utilisée dans des centrales de PCCE de moyenne à grande taille, qui sont beaucoup plus performantes que les systèmes de chauffage de petite taille. Bien que plus complexe sur le plan technologique, la bioénergie offre une alternative viable aux énergies renouvelables, telles que l’énergie éolienne ou solaire. Comme la bioénergie ne dépend pas des fluctuations des conditions météorologiques, elle est mieux à même de répondre aux besoins d’un approvisionnement en chaleur axé sur la demande des foyers privés connectés aux réseaux de chauffage. La bioénergie à moyenne et grande échelle pour l’électricité et le chauffage industriel ou urbain combiné devrait augmenter de 160 % en 2020 par rapport à 2010, alors que les quotas d’émission de carbone deviennent plus stricts. «Il faut trouver de nouveaux moyens d’utiliser efficacement les matières premières bon marché et actuellement inutilisées pour répondre à cette augmentation de la demande», explique Sebastian Fendt, coordinateur du projet.
Mots‑clés
Biofficiency, biomasse, chaleur, refroidissement, énergie, énergies renouvelables, matières premières, bioénergie, électricité, émissions de carbone, combustion
