Choix d’une technologie de conversion du biométhane en énergie

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Soit D’où

Pour faciliter l’hydrolyse des déchets, il est recommandé que le volume d’eau soit égal à celui de déchets.

Donc

Aussi, le volume de méthane qui peut être produit par jour étant estimé à 67 m³, nous allons prévoir un volume pour le dôme du digesteur qui stockera le biogaz produit.

Le volume nécessaire pour le digesteur est donc

Pour prévenir d’éventuelles surproductions, nous allons installer un digesteur de volume .

Toutefois, le digesteur sera équipé d’une soupape de sécurité pour faire échapper le biogaz en cas de surproduction afin d’éviter une surpression à l’intérieur du digesteur.

4.2. Production d’énergie électrique à partir du biométhane

4.2.1. Choix d’une technologie de conversion du biométhane en énergie électrique

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Afin de choisir la technologie la plus appropriée, nous devons tenir compte à la fois des paramètres techniques et économiques.

Les principaux paramètres à prendre en considération dans le choix de la machine sont donc:

 La puissance électrique à installer ;

 La consommation en méthane de chaque machine ;

 Le niveau de développement et le coût de chaque machine.

4.2.1.1. Différentes technologies de conversion disponibles

Les technologies courantes de valorisation du biogaz en énergie électrique sont les moteurs à gaz, les moteurs dual-fuel (à allumage par injection), et la turbine à gaz. Leurs gammes de puissances varient généralement de 30KW à 15MW. Le tableau 4.1 présente ces technologies et leurs puissances.

Tableau 4.1 : Différentes technologies et leurs puissances [13]

Technologies Gamme de puissance

Moteurs à gaz 30KW-3,6MW

Moteurs dual-fuel 30KW-300KW

Turbine à gaz 1,2MW-15MW

Les plages de variation de puissance électrique de chaque machine étant fixée, il est nécessaire de situer la puissance à installer par rapports aux différentes plages afin de choisir les technologies possibles.

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4.2.1.2. Puissance électrique à installer

L’appel de puissance électrique de l’Abattoir a été évalué au chapitre 1.

La puissance trouvée est P= KW.

En se référant au tableau 4.1, on peut remarquer que cette puissance n’appartient pas à la fourchette admissible pour une turbine à gaz (1,2 MW -15 MW). Nous pouvons donc écarter cette technologie. Par contre les autres technologies (moteur à gaz et moteur dual-fuel) restent applicables. Nous allons donc effectuer un choix final en fonction des autres paramètres.

4.2.1.3. Energie électrique que peut produire chaque type de machine

Dans l’optique d’opérer un choix qui tient compte de la consommation en biométhane de chaque technologie, nous allons évaluer l’énergie électrique que peut produire chaque type de machine à partir de la quantité de biométhane disponible par jour.

La puissance électrique dépend de la capacité de la machine à convertir la puissance primaire en puissance électrique, elle dépend donc du rendement électrique de la machine. Cette puissance peut être déterminée par l’équation 4.3.

Par ailleurs, il faut savoir que le rendement des machines se dégrade s’il elles ne fonctionnent pas à leur charge nominale. Par exemple, pour un moteur, qui aurait un rendement nominal de 37 %, avec un taux de charge de 80 %, le rendement serait dégradé à 90 % du rendement nominal, c’est à dire

33,3 %. [13]

Ainsi, en restant dans l’hypothèse d’un taux de charge de 80%, la puissance électrique effective disponible peut être déterminée par la formule 4.4.

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La production d’électricité est également influencée par la disponibilité du gaz et celle de la machine. En effet, il arrive qu’il n’y ait plus d’arrivée de gaz du fait d’une défaillance en amont. Sur une installation avec un digesteur, elle peut être provoquée par un retard au niveau de l’alimentation du digesteur en biomasse par exemple. Sur une décharge, on voit souvent des variations dans le débit et le taux de méthane du fait de la variété des déchets enfouis.la disponibilité du biogaz est en général compris entre 98 % et 90 %. [13]

Les machines qui produisent l’électricité ne sont pas non plus toujours disponibles, que ce soit des moteurs ou des turbines. Les arrêts pour maintenance ou pour réparation impactent la production d’électricité. Chaque heure où la machine est à l’arrêt est une heure de production d’électricité en moins. En général, la disponibilité des moteurs à gaz est comprise entre 97 % et 90 %. Celle des micro-turbines est entre 98 % et 94 %. Les micro-turbines ont pour avantages d’être souvent en série, donc quand l’une est en panne, les autres peuvent continuer à produire de l’électricité.

Ainsi, pour connaître l’énergie électrique produite, il faut prendre en compte le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation , la disponibilité du

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En utilisant l’équation 4.9, nous pouvons déterminer l’énergie électrique que peut produire chaque technologie.

 Pour le moteur à gaz, sa disponibilité est 90% et son rendement tourne autour de 33%. [13]

 Pour le moteur dual-fuel, sa disponibilité est 90% et son rendement tourne autour de 40%. [13]

Le tableau 4.2 résume ces résultats.

Tableau 4.2 : Energie électrique produite par chaque technologie Différentes technologies Energie électrique produite

( )

Moteur à gaz

Moteur dual-fuel

4.2.1.4. Etude comparative du moteur à gaz et du moteur dual-fuel

Le moteur à gaz fonctionne à 100% au biogaz. L’inflammation du mélange carburé air-gaz dans la chambre de combustion est assurée par

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l’étincelle électrique jaillissant entre les électrodes d’une bougie, d’où le nom : moteur à allumage commandé. Il est intéressant pour des installations de moyenne à grande taille. Son principal avantage est qu’il consomme uniquement le biogaz, mais son utilisation présente l’inconvénient d’interrompre l’approvisionnement en électricité en cas de panne au niveau de la chaîne de gaz. [14]

Le moteur dual-fuel, quant à lui, est un moteur dérivé du moteur Diesel.

Le mélange (combustible/air) est allumé à l’aide d’une faible quantité de carburant diesel, laquelle est injectée sous une pression élevée dans la chambre de combustion où elle s’auto enflamme. Il utilise conjointement du fioul et du méthane en continu, pour lisser les fluctuations de composition du biogaz.

Ce type de moteur présente l’inconvénient d’une consommation de 5 à 15% de carburant diesel, ce qui alourdit les coûts d’exploitation. Les charges d’une installation avec moteur dual-fuel sont élevées surtout à cause de la tendance sans cesse croissante des prix des produits pétroliers et qui ne sont pas toujours disponibles. [14]

Le moteur à gaz est donc la technologie qui convient le mieux à la valorisation du biogaz en énergie électrique dans le cadre de notre projet.

4.2.2. Dimensionnement de l’unité de production d’énergie