Valoriser les chaleurs fatales : Identifier les technologies de valorisation des 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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4. Identifier les technologies de valorisation des rejets de chaleur fatale

Sélectionner les technologies de valorisation nécessite la connaissance des paramètres suivants :

température et débit massique de sources thermiques (sources froides et chaudes) ;
puissance thermique récupérable à partir des courbes composites ;
fluides et leurs propriétés thermophysiques.

Différentes solutions techniques sont envisageables.

4.1 Pompe à chaleur à haute température

Fonction : capter l’énergie thermique (rejet de chaleur fatale) de la source froide et valoriser cette énergie dans un cycle à compression ou à sorption, pour permettre le réchauffage de la source chaude.
Limite des conditions d’usage : source froide <80 °C- source chaude <130 °C.
Critère de performance : COP, coefficient de performance = rapport de la puissance thermique à la source chaude et de la puissance du compresseur : 2 à 3.

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4.2 Groupe de froid à sorption (ab ou adsorption)

Fonction : capter l’énergie thermique (rejet de chaleur fatale) pour alimenter le générateur de vapeur du groupe de froid et valoriser cette énergie dans un cycle à sorption, pour permettre une production de froid et assurer le refroidissement de la source froide.
Limite des conditions d’usage : générateur <220 °C- source froide >0 °C.
Critère de performance : COP, coefficient de performance = rapport de la puissance thermique à la source froide et de la puissance du générateur : 0,5 (cycle mono-étagé) à 1,2 (cycle bi-étagé).

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4.3 Cycle ORC (organic Rankine cycle)

Fonction : capter l’énergie thermique (rejet de chaleur fatale) pour alimenter l’évaporateur d’un cycle moteur de Rankine et permettre la production d’énergie électrique.
Limite des conditions d’usage : générateur <300 °C- source froide...

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