Valoriser les chaleurs fatales : Identifier les principes de récupération

Sommaire
Médias

Présentation

1 - Identifier les principes de récupération

2 - Identifier les ressources énergétiques et les rejets de chaleur fatale

2.1 - Phase 1 : représentation d’un procédé
2.2 - Phase 2 : représentation des flux de matière sortants
2.3 - Phase 3 : construire les courbes composites des flux entrants et flux sortants
2.4 - Phase 4 : analyser les courbes composites
2.5 - Phase 5 : identifier les technologies de récupération et de valorisation de la chaleur fatale

3 - Appliquer les textes réglementaires et normes

4 - Identifier les technologies de valorisation des rejets de chaleur fatale

4.1 - Pompe à chaleur à haute température
4.2 - Groupe de froid à sorption (ab ou adsorption)
4.3 - Cycle ORC (organic Rankine cycle)
4.4 - Distillation et concentration des solutions aqueuses

5 - Financer les opérations de valorisation des chaleurs fatales

5.1 - Hiérarchisation des solutions techniques
5.2 - Respect des critères d’éligibilité

Tableau 1

6 - Notre conseil

6.1 - Mettez en priorité la récupération thermique et si possible interne au procédé
6.2 - Évaluez les différentes voies de soutien financier via le Fonds Chaleur géré par l’Ademe ou les certificats d’économie d’énergie

7 - Erreurs à éviter

7.1 - Ne négligez pas l’étude de faisabilité et l’analyse coûts-avantages
7.2 - Ne rejetez pas – a priori – une solution technique sans un minimum d’étude
7.3 - Ne rejetez pas trop vite une solution technique
7.4 - Ne négligez pas la concordance de température
7.5 - Ne sous-estimez pas les contraintes de localisation
7.6 - N’oubliez pas la pérennité des besoins et de la ressource
7.7 - N’ignorez pas les aspects organisationnels et contractuels
7.8 - N’omettez pas les contraintes techniques et de maintenance
7.9 - N’oubliez pas l’innovation organisationnelle

8 - Abréviations et acronymes

9 - Glossaire

Références

Présentation

Auteur(s)

Christophe MARVILLET : Professeur du Conservatoire national des Arts et Métiers, membre du laboratoire LAFSET (CNAM, Paris), président du Greth (Groupement de recherche sur les échangeurs thermiques)

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INTRODUCTION

Les besoins en énergie thermique répondent aux exigences des procédés divers : séchage, concentration ou distillation, chauffage et apport thermique aux réacteurs chimiques. Ces besoins sont couverts pour 60 % par des combustibles fossiles (gaz, fioul, charbon), 30 % par l’énergie électrique et le reliquat pas des ressources diverses (renouvelables, biomasse…).

Au cours de ces processus, des quantités importantes de chaleur sont libérées à plus bas niveau de température. Une part de cette chaleur est directement valorisée en étant réinjectée dans le procédé ou pour permettre un préchauffage des flux entrants ; une autre part est rejetée à l’atmosphère sans valorisation.

Pour valoriser ces pertes nettes, notamment en dessous de 200 °C, différentes technologies de valorisation énergétique sont envisageables. Au-delà de 200 °C, peu de technologies de valorisation sont disponibles, si ce n’est les récupérateurs thermiques.

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Version archivée 1 de déc. 2022 par Christophe MARVILLET

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-fic1802

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1. Identifier les principes de récupération

Le diagramme de Sankey pour un four à combustible présente les différentes transformations de l’énergie thermique issue de la combustion dans un four : seule une part minime est effectivement valorisée (20 à 40 %), la part restante est perdue dans les fumées et dans les pertes vers l’ambiance.

Les chaleurs fatales constituent la différence entre l’énergie thermique fournie par la chambre de combustion et la chaleur utile. Elles constituent plus de 51 TWh en France pour des rejets à des températures supérieures à 100 °C ; pour des températures comprises entre 100 et 200 °C, ce gisement s’établit à 28 TWh.

En dessous de 200 °C, on note les solutions suivantes :

les récupérateurs thermiques qui doivent permettre le préchauffage des fluides entrants (par exemple, l’air de combustion dans le cas d’un four) ;
les pompes à chaleur à haute température pour permettre de produire de la chaleur à haute température à partir d’une source thermique à plus bas niveau de température ;
les groupes à sorption pour produire de l’énergie frigorifique à partir de chaleur à température suffisante ;
les machines ORC (organic rankine cycle) pour la production d’électricité ;
les procédés de distillation ou de concentration.

Pour compléter cet ensemble de principes et de technologies de valorisation, les dispositifs de stockage thermique permettent de gérer un déphasage temporel entre la période de disponibilité des chaleurs fatales et la période d’usage de celles-ci.

Bien entendu, le choix de l’une ou autre de ces technologies suppose un ensemble d’analyses et d’évaluations pour aboutir à leur mise en place.

Identifier les ressources énergétiques (fluide, flux et température) nécessaires au procédé : c’est l’objet d’un audit énergétique de répondre à ce point particulier.
Évaluer les rejets de chaleur fatale à partir de plan de mesurage ou d’évaluation via des bilans...

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