B.2 Fonctionnement des chaudières

i. Préelle vs. Pconsigne L

consigne (en valeurs horaires). La droite noire représente l’égalité entre puissance fournie et puissance de consigne au temps t.

a Figure 38 met en relation la puissance fournie par les deux chaudières en fonction de leur puissance de

Figure 38 : Puissance fournie en fonction de la puissance de consigne au temps t (valeurs horaires) ; en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière

De manière générale, on constate que la puissance fournie est généralement plus élevée que la consigne,

ii. Mode stand-by/30%

Durant le suivi, nous avons noté que les chaudières fonctionnent souvent dans un mode oscillant entre minimum technique (30% de charge) et stand-by, à cause du surdimensionnement des chaudières, particulièrement problématique au moment des faibles demandes. La Figure 39 présente pour l’année 2011 le pourcentage du temps où la puissance de consigne est inférieure ou égale à 30% (données journalières) :

d’environ 30% pour la grande chaudière et 50% pour la petite chaudière. La petite chaudière devait réglée en 2012 de manière à ne pas dépasser sa puissance maximale. D’après le constructeur, la puissance maximale devrait être respectée à 10% près pour éviter une usure prématurée de la chaudière (notamment les réfractaires).

Figure 39 : Temps de fonctionnement en dessous de 30% de la puissance nominale ; en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière

Cette part est en moyenne de 17% pour la grande chaudière en 2011, particulièrement au printemps avant le basculement de la grande vers la petite chaudière. A noter que cette part peut varier grandement d’une année à l’autre en fonction de la date où le basculement des chaudières est effectué.

Elle est par contre de plus de 70% pour la petite chaudière (soit une grande partie de la période estivale), à cause de son surdimensionnement évoqué au paragraphe III.A.2. Ce fonctionnement prolongé à de faibles taux de charge en alternance avec des périodes de stand-by peut être préjudiciable pour la durabilité des réfractaires de la chaudière, malmenés par les chocs thermiques à répétition liés aux changements de régime de fonctionnement. Il

est forteme harg

paragraphe III.C.4.b).

La Figure 40 présente la température des fumées du taux de charge des chaudières en moyenne horaire sur toute l’année 2011.

nt péjorant pour les émissions de CO, qui sont plus importantes à faible taux de c e (cf.

III.B.2.b Fumées

Figure 40 : Température (moyennes horaires) ; en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière

vés. La température des fumées est relativement élevée (150-250°C) pour les deux chaudières (plus élevée pour la grande chaudière que pour la petite

peut rentrer deux valeurs correspondant aux conditions extrêmes de fonctionnement (30%

et 10 chaudière interpole entre les deux pour les taux de charge intermédiaires.

La com arge partielle, on règle en général un taux d’oxygène résiduel dans les fumées plus impo xcès d’air suffisant. Les valeurs de consigne sont ajustées régulièrement par l’exploitant en fonction de la qualité du combustible essentiellement. Le Tableau 9 présente à titre d’exemple

urant la période de mesure).

des fumées en fonction du taux de charge de la chaudière

On observe que la température des fumées augmente avec le taux de charge de la chaudière, ce qui s’explique par le fait que l’échangeur est moins performant lorsque les débits sont éle

à même taux de charge). Les pertes thermiques par les fumées vont représenter l’essentiel des pertes d’énergie de la chaudière (cf. paragraphe III.C.3.c).

ii. Taux d’oxygène résiduel

Le taux d’oxygène résiduel dans les fumées est une consigne réglable en fonction du taux de charge de la chaudière : l’exploitant

0% de charge), et l’automate de la bustion étant plus difficile à ch

rtant pour atteindre un e

quelques valeurs de consigne programmées pour les deux chaudières de Cartigny (NB : les valeurs de consigne ont donc varié d

Tableau 9 : Exemples de valeurs de consigne d’oxygène résiduel pour les deux chaudières

date modification

taux de charge 30% 100% 30% 100% 30% 100% 30% 100%

consigne excès d'air GC 9% 8% 7.5% 6.5% 9.5% 8.5%

consigne excès d'air PC 9% 8% 9.5% 8.5% 7.5% 6.5%

21.02.2011 01.03.2011 10.03.2011 25.03.2011

La Figure 41 présente le taux d’oxygène résiduel dans les fumées pour les deux chaudières en fonction du taux de charge (moyennes horaires).

Figure 41 : Taux d’oxygène résiduel dans les fumées en fonction du taux de charge de la chaudière (moyennes horaires) ;

n électrique

Une installation comprenant une chaudière bois met en jeu de nombreux auxiliaires consommant de l’électricité (convoyage du bois, moteurs, ventilateurs…). La Figure 42 présente la consommation électrique des deux chaudières de Cartigny en fonction de la puissance thermique fournie (valeurs horaires).

en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière

Globalement, le taux d’oxygène résiduel dans les fumées diminue lorsque le taux de charge augmente. En dessous de 30% de taux de charge, on observe une zone erratique liée à des périodes de fonctionnement alternant stand-by et 30% (minimum technique). En dessus de 30% par contre, on observe des valeurs plus cohérentes avec la diminution attendue, en notant que le taux d’oxygène résiduel dans les fumées est plus important pour la grande chaudière que pour la petite.

III.B.2.c Consommatio

Figure 42 : Consommation électrique des chaudières en fonction de la puissance fournie ; en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière

On note que la petite chaudière consomme moins d’électricité à puissance thermique égale, ce qui n’est pas étonnant puisque les auxiliaires de la grande chaudière ne sont pas dimensionnés pour fonctionner aux faibles puissances.

Pour la grande chaudière, la consommation électrique varie entre 0.008 et 0.03 kWh électrique / kWh thermique, (COP=30 à 125) alors que pour la petite, elle est d’environ 0.008 kWh électrique / kWh thermique sur toute la gamme de puissance (COP=125).

Il

seules. Par contre, PERDURA ble de la chaufferie (incluant

leur distribuée (d’après [PERDURANCE; 2010], l’électricité de pompage représente de l’ordre de 40% de l’électricité totale consommée par l’installation).

est difficile de trouver d’autres études similaires pour comparer la consommation électrique des chaudières NCE [2010] a retenu des valeurs pour l’ensem

notamment la consommation des pompes réseau) allant de 20 à 40 kWh électriques/MWh utile. Dans le cas de Cartigny, l’analyse des factures d’électricité sur l’année 2011 a fait état de 183 MWh consommés pour 4 GWh vendus, soit un ratio d’environ 46 kWh électriques/MWh utile. Cette valeur est légèrement supérieure à celles proposées par [PERDURANCE; 2010] mais cela pourrait s’expliquer par la faible densité du réseau, qui induit une électricité de pompage importante par rapport à la cha