Valoriser les chaleurs fatales : Identifier les ressources énergétiques et les rejets de chaleur fatale

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

L’analyse est menée suivant plusieurs phases.

2.1 Phase 1 : représentation d’un procédé

Dans le Schéma des flux matières et énergétiques pour un procédé, les flux de matière entrants (en bleu) dans le procédé sont définis, pour chaque flux, par :

le type de fluide, caractérisé notamment par sa capacité thermique si le fluide est à l’état vapeur ou liquide, sa chaleur latente si le fluide est susceptible d’être vaporisé ou condensé ;
le débit massique ;
la température initiale du flux et la température à atteindre (celle du procédé Tpr).

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2.2 Phase 2 : représentation des flux de matière sortants

Dans le Schéma des flux matières et énergétiques pour un procédé, les flux de matière sortants (en rouge) dans le procédé sont définis, pour chaque flux, par :

le type de fluide, caractérisé notamment par sa capacité thermique si le fluide est à l’état vapeur ou liquide, sa chaleur latente si le fluide est susceptible d’être vaporisé ou condensé ;
le débit massique ;
la température initiale proche de la température du procédé et la température finale escomptée.

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2.3 Phase 3 : construire les courbes composites des flux entrants et flux sortants

Les flux entrants déterminent l’énergie thermique à apporter pour amener l’ensemble des flux à la température du procédé, tandis que les flux sortants déterminent l’énergie thermique disponible et valorisable. La figure Représentation des courbes composites présente ces courbes composites des flux entrants et sortants avec les axes suivants :