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Engin à combustion externe de type Cycle Rankine Organique (ORC)

L'engin ORC Maxxtec est une plate-forme industrielle, autonome, robuste, de cogénération électrique à la biomasse alimentée de chaleur issue soit de copeaux de résidus forestiers humides, d'écorces, de résidus agro-alimentaires et/ou de copeaux de cultures énergétiques.

Ces unités de génération électrique se caractérisent par plusieurs particularités :

  • efficacité de génération électrique de l'ordre de 15%
  • système autonome ne nécessitant pas une supervision continue (caloporteur huile thermique à pression atmosphérique)
  • efficacité combinée excédant 90% pour des applications de cogénération
  • taux de modulation élevé - système fonctionnel à bas régime jusqu'à 15% du nominal
  • régime opérationnel de > 8000 hrs/an
  • modules de 300 KWe à 2 000 KWe  fabriqués en usine

 

Les sources de chaleur pour activer l'engin de type ORC sont multiples :

  • récupération de flux de chaleur industrielle > 400°C (gazeux ou liquide)
  • chaleur produite à partir de la biomasse forestière via un gazéificateur Chiptec Wood Energy System  idéalement adapté pour de la biomasse grossière avec un contenu en cendre de l'ordre de <5.0% et un contenu en humidité entre 6% et 55% w.c.
  • chaleur produite à partir de déchets ultimes et/ou des boues via un système de gazéification Waste2Energy

 

Un système type de cogénération de 1,5MWe avec un circuit de 8 MWth d'eau à 65ºC permet un cycle opérationnel de  8000 hrs/an avec une efficacité de génération électrique de 17%. (c.-à-d.-Le système ORC efficacité combinée en cogénération de 90%)

La réduction des émissions nocives dans notre atmosphère doit être un des objectifs prioritaires d'une politique énergétique responsable. Des pratiques de production d'énergie respectueuse de l'environnement et une utilisation prudente de l'énergie contribuera à nettoyer l'air que nous respirons et protéger le patrimoine des générations ultérieures.

Pour atteindre cet objectif Maxxtec-Adoratec développe, fabrique et implémente :

  • des systèmes de production d'électricité à partir de chaleur basse température ORC (cycle organique de Rankine) -  (énergie géothermique, thermique de déchets industriels, etc.).
  • des systèmes de production d'électricité ORC à partir de la biomasse
  • des systèmes de production d'électricité ORC à partir de la chaleur des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne

Une gamme de différentes technologies existent pour la production d'électricité à partir de la biomasse solide. L'une de ces technologies, qui a prouvée sa capacité opérationnelle depuis des années, est la technologie ORC. Au-delà de 50 centrales ORC de puissance électrique allant de 200 KW à 1 500 kW (par module) opèrent en Europe centrale depuis 1998. Pour l'instant, les installations ORC sont exploitées principalement en Italie, Autriche, Suisse et en Allemagne. La majorité de ces installations utilisent la biomasse forestière comme carburant solide.

Pour qu'une centrale à la biomasse soit exploitée pour une utilisation quotidienne, il est essentiel qu'elle livre une  disponibilité élevée et que les frais de fonctionnement et d'entretien soient aussi faibles que possible. Dans de nombreux cas, les centrales ne sont pas exploitées par les producteurs d'énergie mais bien par des entrepreneurs qui souhaitent exploiter à des fins de cogénération leurs matières résiduelles; en plus de leur corps de métier. Il est donc particulièrement important que la centrale soit autonome et nécessite peu d'attention. Les centrales ORC offrent cette possibilité, car ils peuvent être exploitées sans surveillance constante.

Bien entendu, l'efficacité est également déterminante puisque cela détermine la consommation de carburant, ce qui, outre les critères susmentionnés, est important en termes de viabilité économique. Pour les puissances électriques de moins de 2 MW, les centrales ORC s'avèrent plus efficaces que des turbines à vapeur conventionnelles.

Cette solution de cogénération électrique industrielle est alimentée par des résidus de parterre de coupes forestières, de copeaux de bois, de copeaux de cultures énergétiques et/ou de déchets ultimes triés.

Le système livré en modules autonomes, assemblés en usine, dans des puissance de l'ordre de 300 KWe de 2000 KWe,  produit de l'électricité et de l'eau chaude. L'électricité est générée dans un processus en boucle fermée fonctionnant à la pression atmosphérique.

Un Cycle Organique de Rankine (ORC) est l'utilisation d'un fluide organique au lieu de la vapeur d'eau dans un cycle Rankine classique. Il permet d'obtenir une vapeur surchauffée à plus basse température. La cogénération par cycle organique de Rankine présente plusieurs avantages sur la cogénération à vapeur.

Avantages

  • Cycle très performant
  • Efficacité élevée de la turbine (plus de 85%)
  • Durée de vie élevée
  • Silencieux
  • Maintenance réduite
  • Bonnes performances à charges réduites
  • Convient à tous types de combustible

 

Principe

Au lieu de la vapeur d'eau utilisée dans les cycles de Rankine traditionnels, un cycle organique de Rankine (ORC) fonctionne avec un fluide organique à grande masse molaire. La détente d'un tel fluide est en effet plus efficace que celle de l'eau à petite échelle. Pour son application à la cogénération à partir de biomasse, on utilise un caloporteur (huile thermique) et un fluide de travail de la famille des siloxanes.

La chaudière produit de l'huile thermique entre 290 à 320°C qui est envoyée dans un échangeur de chaleur permettant la vaporisation du fluide travail (l'évaporateur).Le fluide organique sous pression qui s'est vaporisé dans l'évaporateur est injecté dans une turbine. Après détente, il traverse un régénérateur pour un pré-refroidissement puis un condenseur où sa chaleur latente de condensation permet la production d'eau chaude. Il est ensuite comprimé avant de passer dans le régénérateur, dernière étape du cycle.

Les fumées de combustion de biomasse produites par la chaudière étant à un niveau thermique relativement élevé, il est généralement souhaitable de prévoir une valorisation énergétique de ces dernières, comme une production d'eau chaude et/ou un préchauffage de l'air de combustion.