Valorisation énergétique des biomasses sur le canton de Genève : contraintes et opportunités pour la mise en place d'une centrale à bois naturel

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Valorisation énergétique des biomasses sur le canton de Genève : contraintes et opportunités pour la mise en place d'une centrale à

bois naturel

FAESSLER, Jérôme, MERMOUD, Floriane, LACHAL, Bernard Marie & Etat de Genève

Abstract

Contraintes sur la ressource disponible : A la suite d'une journée de réflexion avec les principaux acteurs français et vaudois, le comité de pilotage pour le concept Biomasse a décidé de valider l'hypothèse de l'existence d'un potentiel régional mobilisable de 10'000 tonnes de bois naturel spécifiquement pour le canton, pour une durée déterminée de 20 ans.

Ces achats garantis permettraient de développer et structurer la filière bois-énergie des partenaires régionaux. Contraintes techniques : Hormis la ressource régionale réellement disponible à court et long terme, deux conditions vont fortement structurer la réalisation d'une centrale à bois naturel : 1. Premièrement, le transformateur doit avoir une taille critique pour pouvoir produire de l'électricité et doit - dans tous les cas - être piloté par la chaleur ; 2.

Deuxièmement, la valorisation de la chaleur – et donc le rendement énergétique - sera optimale en intégrant ce transformateur à bois dans un réseau de chauffage à distance (CAD) ayant d'autres ressources à disposition pour gérer les pointes de demande. Résultats des [...]

FAESSLER, Jérôme, MERMOUD, Floriane, LACHAL, Bernard Marie & Etat de Genève.

Valorisation énergétique des biomasses sur le canton de Genève : contraintes et opportunités pour la mise en place d'une centrale à bois naturel. Genève : Etat de Genève, 2011, 22 p.

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Concept Biomasse :

Valorisation énergétique des biomasses sur le canton de Genève : contraintes et opportunités pour la mise en place d’une centrale à bois naturel

Réalisé pour le service de l’énergie de l’Etat de Genève (Scane)

Carouge, septembre 2011

Jérôme FAESSLER Floriane MERMOUD

Bernard LACHAL

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Table des matières

Résumé synthétique ... 3 

1  Contexte général ... 5 

2  Ressource bois pour l’énergie ... 6 

3  Transformateurs ... 9 

4  Valorisations ... 10 

5  Scénarios théoriques ... 11 

5.1  Recommandations suite aux scénarios ... 14 

6  Contraintes territoriales ... 15 

6.1  Logistique d’approvisionnement ... 15 

6.2  Zones problématique du point de vue de la protection de l’air ... 17 

6.3  Réseaux (offre) et densité (demande) ... 19 

6.3.1  Réseaux existants ... 19 

6.3.2  Réseau à construire ... 20 

6.3.3  Process industriel ... 20 

7  Conclusions et recommandations ... 21 

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Résumé synthétique

Contraintes sur la ressource disponible

A la suite d’une journée de réflexion avec les principaux acteurs français et vaudois, le comité de pilotage pour le concept Biomasse a décidé de valider l’hypothèse de l’existence d’un potentiel régional mobilisable de 10'000 tonnes de bois naturel spécifiquement pour le canton, pour une durée déterminée de 20 ans. Ces achats garantis permettraient de développer et structurer la filière bois-énergie des partenaires régionaux.

Contraintes techniques

Hormis la ressource régionale réellement disponible à court et long terme, deux conditions vont fortement structurer la réalisation d’une centrale à bois naturel :

 Premièrement, le transformateur doit avoir une taille critique pour pouvoir produire de l’électricité et doit - dans tous les cas - être piloté par la chaleur ;

 Deuxièmement, la valorisation de la chaleur – et donc le rendement énergétique - sera optimale en intégrant ce transformateur à bois dans un réseau de chauffage à distance (CAD) ayant d’autres ressources à disposition pour gérer les pointes de demande.

Résultats des quatre scénarios théoriques évalués

Quatre scénarios aux caractéristiques marquées ont été évalués :

 Scénario 1 : chaudière à bois sans cogénération, CAD mono-ressource

 Scénario 2 : chaudière à bois avec cogénération, CAD multi-ressource avec prédominance bois

 Scénario 3 : chaudière à bois avec cogénération, très grand CAD multi-ressource

 Scénario 4 : chaudière à bois avec cogénération, process industriel

Globalement, les résultats montrent que les scénarios 2, 3 et 4 (avec cogénération) peuvent tout à fait être recommandés, même si leur rentabilité économique n’est pas automatiquement assurée. Le choix d’un scénario définitif dépendra de la configuration du lieu d’implantation et des besoins des utilisateurs. Dans tous les cas, le pilotage par la chaleur est primordial pour atteindre de bons rendements globaux.

4 Contraintes territoriales

Trois points vont structurer l’implantation dans le territoire cantonal d’une centrale à bois de quelques MW :

 Le trafic local induit par le projet pour le transport de la ressource bois ;

 Les contraintes liées à l’OPair excluant les zones situées dans les communes de la ville de Genève, de Carouge et du Grand-Saconnex ;

 Les besoins de se connecter à un réseau existant (CAD Lignon ou CADIOM) ou d’en construire un nouveau dans le but de mutualiser les ressources et d’optimiser l’utilisation de la chaleur sur une grande partie de l’année.

Recommandations

L’implantation d’une centrale à bois sur le canton de Genève alimentées par 10'000 tonnes de bois provenant de France voisine est possible. Un système de certification ou de label de la qualité du bois et de la provenance réellement régionale de ce bois devra être mis en place.

Les scénarios étudiés montrent que la cogénération peut se faire si le pilotage de la future installation se fait par la chaleur et s’implante dans un réseau de chauffage à distance suffisamment grand pour permettre une valorisation optimale et une mutualisation de la chaleur produite.

Vu l’ampleur du projet, il nous apparaît essentiel de faire un appel à projet public avec la liste des contraintes tout en laissant une certaine ouverture sur les différentes possibilités de valorisations.

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1 Contexte général

La direction générale de l'environnement du canton de Genève a été chargée par le Conseil d'Etat d'élaborer un concept de valorisation par cogénération des biomasses produites dans la région franco-valdo-genevoise (FVG) : bois naturel, bois déchet, coproduits agricoles, déchets organiques des ménages et des entreprises. Le groupe de travail mis en place dans ce cadre a notamment fait réaliser plusieurs rapports sur les différentes contraintes (techniques, économiques, institutionnelles)¹.

A la suite de ces rendus, une attention particulière a été mise sur le bois issu des forêts. En effet, le bois naturel semble être la ressource la plus logique à importer sur le canton de Genève : d’une part, les contraintes réglementaires sont faibles (contrairement aux déchets), d’autre part, la ressource est peu présente dans les frontières du canton mais relativement importante dans les départements limitrophes de l’agglomération FVG. Les instances politiques de ces départements souhaiteraient développer activement leurs filières bois-énergie, en parallèle de filières bois-matière.

La qualité intrinsèque du bois (faible contenu en eau, transportable et stockable) en fait un candidat intéressant dans une perspective de partenariat régional pour le développement de filières d’énergies renouvelables locales.

A la suite d’une journée de réflexion avec les principaux acteurs français et vaudois, le comité de pilotage pour le concept Biomasse a décidé de valider l’hypothèse de l’existence d’un potentiel régional mobilisable spécifiquement pour le canton, pour une durée déterminée de 20 ans.

Ces achats garantis permettraient de développer et structurer la filière bois-énergie des partenaires régionaux.

En tenant compte des nombreux projets en cours et selon les informations des partenaires français² et vaudois³, on peut raisonnablement tabler sur un scénario d’importation de 10'000 tonnes de bois séché à l’air (soit environ 25% de teneur en eau ou humidité relative – H_rel). Cette

1 Faessler, Mermoud, Lachal, 2011, Ressources, transformation et valorisation énergétique des biomasses, et plus particulièrement du bois naturel dans l’Agglomération franco-valdo-genevoise, réalisé par l’Université de Genève pour le service de l’énergie, DSPE, Genève.

Maradan D., 2011, Concept de valorisation de la biomasse : aspects économiques, réalisé par la Haute Ecole de Gestion pour le service de l’énergie, DSPE, Genève.

Lavallez C., 2011, Apports pour l’élaboration d’un concept de valorisation des biomasses : élements institutionnels, réalisé par Amstein&Walthert pour le service de l’énergie, DSPE, Genève.

2 Hélianthe, 2011, Coordination des acteurs français du bois énergie afin de déterminer un potentiel mobilisable pour le canton de Genève, réalisé pour le service de l’énergie, DSPE, Genève.

Prioriterre, 2011, Détermination du potentiel en bois énergie du département de la Haute Savoie pour le canton de Genève, réalisé pour le service de l’énergie, DSPE, Genève.

3 VAUD, 2008, analyse du potentiel de bois énergie disponible dans les forêts vaudoises, projet Bois-Eau, service des forêts, faune et nature, canton de Vaud.

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donnée quantitative a été retenue ici pour l’évaluation théorique (« ordre de grandeur ») de quelques scénarios d’utilisation locale de ce bois (voir chapitre 5).

2 Ressource bois pour l’énergie

Le bois peut être utilisé de nombreuses manières, à la fois dans des filières matière (bois d’œuvre, production de papier) ou dans des filières énergie (bois de feu, production de plaquettes forestières ou de pellets). Au niveau de l’agglomération franco-valdo-genevoise (AFVG), les filières matière sont quantitativement nettement plus importantes (> 80%) que les filières transformant directement le bois en énergie. Le canton de Genève fait exception avec une forêt jeune et aujourd’hui valorisée très majoritairement en énergie.

Les scieries produisent des quantités importantes de connexes qui peuvent être valorisés énergétiquement sur place - sous réserve d’utilisateur proche -, la chaleur ne se transportant que localement. Il n’existe aucune scierie d’importance sur le territoire de l’AFVG.

Quantitativement, l’enjeu énergétique de la biomasse dans la somme des besoins énergétiques de l’AFVG reste faible, de l’ordre du pourcent. Les ressources en biomasse ont fait l’objet de différents rapports de la part de l’Université de Genève⁴. Deux importantes incertitudes rentrent en ligne de compte pour estimer le gisement mobilisable pour le bois-énergie des forêts de la région :

1. taux réel d’accessibilité potentielle pour la récolte forestière : lié avant tout au foncier et à l’accessibilité physique (routes, logistique), il dépend aussi de paramètres financiers (rentabilité d’exploitation), écologiques (récolte raisonnée des rémanents) et sociaux (acceptabilité des propriétaires) ;

2. répartition entre l’utilisation matière et la valorisation directe en énergie, sachant que la filière matière est considérée comme prioritaire par les pouvoirs publics et en général financièrement plus rémunératrice.

Même s’il s’agit d’un marché international, l’option prise dans ce rapport est de traiter de la ressource régionale pouvant être écologiquement exploitée.

Aujourd’hui, selon nos calculs, la ressource locale (périmètre AFVG) encore potentiellement mobilisable pour l’ensemble de la région est, selon la valeur des paramètres pris en compte, comprise entre 40 et 160 GWh, soit environ 8'000 à 32'000 tonnes de bois anhydre. A l’avenir, cette ressource sera mobilisée par plusieurs autres utilisateurs que le canton de Genève. A chaque

4 Faessler, Aeberhard, Lachal, 2010, Valorisation énergétique des biomasses, rapport R5, Université de Genève.

Faessler, Lachal, 2010, notes explicatives sur la ressource bois : compléments au rapport R5, Université de Genève.

Disponibles sous http://www.cuepe.ch/html/recherche/rapport_l.php?id=61

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élargissement du périmètre, la ressource mobilisable et le nombre d’autres consommateurs augmentent.

A titre de comparaison, la production brute de l’ensemble des forêts du canton de Genève est de 8'000 tonnes de bois anhydre. Près de la moitié (3'600 tonnes) est déjà prélevée et environ 1’000 tonnes pourraient encore être valorisés, dont 90% pour la filière énergie directe. Le solde de 3'400 tonnes anhydre correspond aux quantités que le service des forêts ne désire pas exploiter afin d’améliorer d’une part la biodiversité locale et de développer d’autre part la forêt genevoise (recapitalisation).

Ces chiffres ne sont pas du tout équivalents à la consommation totale réelle de bois sur le territoire cantonal, qui dépasse déjà largement la capacité de mobilisation des forêts genevoises mais qui reste mal déterminée. La consommation de bois basée uniquement sur les chaudières subventionnées par le Scane et le fond des collectivités (fond dit L240) correspond à des valeurs plus proches de 10'000 tonnes de bois anhydre, soit environ 50 GWh⁵. Depuis 2006, les demandes pour le subventionnement de chaudières à bois n’ont pas dépassé la somme de 2 MW.

Un troisième chiffre correspond aux statistiques de l’office cantonal (OCStat) qui mesure la vente de bois à Genève. Celle-ci est en moyenne d’environ 5'700 tonnes ces sept dernières années. Ces données n’intègrent ni l’humidité, ni la provenance du bois, ni les achats de bois hors du territoire cantonal. Selon l’OCStat, les 4'800 tonnes de bois séché à l’air du canton de Genève sont intégrés dans cette statistique.

5 Le chiffre de 42 GWh était estimé en 2006, mais tenait déjà compte de plusieurs demandes non encore réalisées comme la chaufferie de Cartigny (source : Van Sprolant W., Lagares F., 2006, Bilan des installations de chauffage au bois subventionnées sur Genève. Situation au 1^er trimestre 2006, Scane, DT, Genève).

8

Les données françaises des départements de l’Ain et de la Haute-Savoie font état d’un potentiel d’exportation sur le canton de Genève de maximum 12'000 tonnes de bois séché à l’air (voir Tableau 1) :

Ressource bois-énergie mobilisable spécifiquement pour le canton de Genève

Périmètre Energie en GWh

Tonnes de bois effectif (séché à l’air - 25% H_rel)

Tonnes de bois

équivalent anhydre Sources

Canton de Genève 4.5 1’200 900 UNIGE (R5)

Département Ain 26 à 45 7'000 à 12’000 5'250 à 9’000 ^HELIANTHE

Département Haute-Savoie 0 0 0 PRIORITERRE

District de Nyon (Vaud) 4 à 12 1'100 à 3’200 800 à 2’400 ^{UNIGE (R5)6} SOMME AFVG pour GE 34 à 62 9'300 à 16’400 6’950 à 12’300

Tableau 1 : Ressource bois régionale potentiellement mobilisable pour une valorisation énergétique sur le canton de Genève

Au vu des nombreux projets en cours, on tiendra compte dans ce rapport d’un scénario d’importation de 10'000 tonnes de bois séché à l’air, ce qui représente environ 36 GWh.

Nous conseillons néanmoins de s’assurer par un label ou un système de certification de la qualité du bois et de la provenance réellement régionale de ce bois importé par le canton. Un exemple pourrait être la convention signée en Alsace entre la région et l’association Fibois Alsace qui prévoit notamment le lancement d’une marque baptisée « alsace combustible bois naturel »⁷.

6 Données compilées des arrondissements de Nyon et Rolle à partir du projet Bois-Eau du canton de Vaud (voir la référence complète dans la note 3).

7 Actu-environnement, 6 juin 2011, http://www.actu-environnement.com/ae/news/contrat-filiere-foret-bois-alsace- 12712.php4

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3 Transformateurs

Les grandes contraintes liées aux transformateurs ont déjà été explicitées dans un précédent rapport⁸. Quelques points-clés sont résumés ci-dessous :

Le rendement énergétique global (chaleur et/ou électricité) dépend de la puissance et atteint 70 à 85% dans le meilleur des cas (voir tableau 4 annexé à la fin du document).

 Idéalement, il faudrait éviter de descendre en-dessous de 70% de la puissance nominale d’une chaudière à bois. Sinon, les rendements se dégradent fortement, entraînant d’une part des émissions polluantes plus importantes et d’autre part une augmentation de la consommation de ressource pour une prestation identique.

 Etant données les contraintes d’exploitation (nécessité d’une maintenance qualifiée et d’un suivi de l’installation), environnementales (nécessité de traitement des fumées), techniques (notamment pour la production d’électricité, si on veut obtenir des rendements électriques acceptables), les installations de petite puissance (<1 MW) ne sont pas optimales (« taille critique »). A l’inverse, les installations de grande puissance (>10 MW), même si elles permettent des économies d’échelle importantes, posent des problèmes d’approvisionnement (difficulté à mobiliser la ressource), d’occupation de l’espace (les infrastructures nécessitent environ 10 fois plus d’espace que le gaz à puissance égale), et de valorisation de la chaleur produite (existence de gros preneurs à proximité).

 En se basant sur un gisement de 10'000 tonnes de bois séché à l’air, les contraintes techniques de taille critique minimale pour la production d’électricité sont dépassées même si la rentabilité économique n’est pas automatiquement assurée.

 Les émissions de PM10 sont plus importantes dans les chaudières à bois par rapport à une chaudière à gaz. Ces émissions peuvent être correctement gérées à l’aide d’électrofiltres performants, avec un surcoût d’investissement non négligeable - de l’ordre du million de chf pour une chaufferie de la taille de celle de Cartigny (2 MW_th).

8 Faessler, Mermoud, Lachal, 2011, Ressources, transformation et valorisation énergétique des biomasses, et plus particulièrement du bois naturel dans l’Agglomération franco-valdo-genevoise, Université de Genève.

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4 Valorisations

Concernant les différentes valorisations, les grandes contraintes ont déjà été explicitées dans un précédent rapport⁹.

Dans tous les cas, la plus grande partie de l’énergie est transformée en chaleur, mais la valorisation électrique est seule à être massivement soutenue par les pouvoirs publics, des deux côtés de la frontière. A l’obligation de rachat, s’ajoutent une durée garantie (de l’ordre de 20 ans) et un prix garanti pouvant s’élever jusqu’à 31 cts le kWh¹⁰ dans le modèle suisse (RPC, Reprise à Prix Coûtant) pour les plus petites unités de cogénération et un peu moins côté français. Le prix de la chaleur est, selon les cas et à l’heure actuelle, compris entre 10 et 16 cts le kWh (réseau CAD compris).

De fait, si l’on veut optimiser le rendement énergétique global, il faut piloter l’installation sur les besoins de chaleur. Ce pilotage implique de définir en amont les besoins réels de chaleur : processus industriel ou chauffage de logements et/ou d’eau chaude sanitaire (ECS) ?

Cela détermine le type de prestations (ruban ou pointe) et la puissance nominale de la centrale à bois. Cette centrale à bois peut alimenter un réseau de chauffage à distance (CAD) ne dépendant que de cette centrale (mono-ressource) ou un réseau CAD étant aussi alimenté par d’autres ressources (multi-ressource).

9 Faessler, Mermoud, Lachal, 2011, Ressources, transformation et valorisation énergétique des biomasses, et plus particulièrement du bois naturel dans l’Agglomération franco-valdo-genevoise, Université de Genève.

10 Pour une puissance de 500 kWél, la rétribution est de 26.4 cts/kWh et descend à 24.2 cts/kWh pour 1'000 kWél

(OFEN, 2010, directive relative à la rétribution du courant injecté à prix coûtant – RPC)

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5 Scénarios théoriques

Afin de mieux visualiser les différentes options pour valoriser le bois prévu, quatre scénarios simplifiés avec des caractéristiques bien marquées sont explicités ci-dessous. Ces scénarios se basent sur une importation de 10'000 tonnes de bois séché à l’air, soit environ 36 GWh de ressource brute avant transformation (Tableau 2) :

Tableau 2 : scénarios théoriques pour la valorisation de 10'000 tonnes de bois séché à l’air

Au niveau de la prestation induite de ces scénarios, il est possible d’estimer les surfaces potentiellement chauffées en se basant sur les puissances de dimensionnement qui sont généralement comprises entre :

 60 W/m² pour les bâtiments existants ;

 30 W/m² pour les bâtiments à haute performance énergétique (type « Minergie ») ;

Les surfaces déduites de ces puissances de dimensionnement correspondent à des ordres de grandeur qui devront être réévalués lors d’un futur projet selon le site choisi et la typologie des bâtiments connectés au CAD (neuf, existant ou plus probablement mixte).

Unités Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Scénario 4

Nom du scénario CAD mono-

ressource CAD multi-

ressource Très grand

CAD Process

Industriel Quantités de Bois

Tonnes

séché à l’air 10’000

GWh 36

Rendement global % 80 75 75 75

part thermique % 80 60 60 60

part électrique % - 15 15 15

Heures équivalentes à puissance nominale

(dimensionnement) heures 2’000 4’000 8’000 8’000

Puissance chaudière bois MW_th ~ 15 ~ 6 ~ 3 ~ 3

Puissance électrique bois MW_él - ~ 1 ~ 0.5 ~ 0.5

Energie chaleur bois GWh 29 22 22 22

Energie électrique bois GWh 0 5 5 5

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Les flux d’énergie annuels de ces quatre scénarios peuvent être représentés de manière schématique selon les figures suivantes (Figure 1, Figure 2, Figure 3 et Figure 4) :

Figure 1 : scénario 1 CAD mono-ressource Bois (100% énergie du CAD)

Figure 2 : scénario 2 CAD multi-ressource Bois (80% énergie du CAD)

Figure 3 : scénario 3 très grand CAD avec du Bois (40% énergie du CAD)

Figure 4 : scénario 4 Process industriel avec du Bois (10% jusqu’à 100% énergie)

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Les diagrammes de puissance nominale de ces quatre scénarios peuvent aussi être représentés de manière schématique selon les figures suivantes (Figure 5, Figure 6, Figure 7 et Figure 8) :

Figure 5 : scénario 1 CAD mono-ressource Bois (100% puissance du CAD)

Figure 6 : scénario 2 CAD multi-ressource Bois (40% puissance du CAD)

Figure 7 : scénario 3 très grand CAD avec Bois (10% puissance)

Figure 8 : scénario 4 Process industriel avec Bois (10% jusqu’à 100% puissance)

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5.1 Recommandations suite aux scénarios

En dehors du fait qu’on ne produit pas d’électricité dans le premier scénario, celui-ci a un fort désavantage par rapport aux autres scénarios en raison d’un surinvestissement pour la puissance de la chaudière. Afin d’éviter des baisses significatives de rendement, ce type de système doit être réalisé avec plusieurs chaudières avec des puissances différentes, ce qui permet de mieux gérer les périodes d’hiver, d’été et d’entre saison, mais ce qui amène aussi de la complexification au système de contrôle. En réalité, il serait à ce moment sans doute plus pertinent de réaliser un chauffage à distance multi-ressource plutôt qu’uniquement se baser sur la ressource bois. La taille d’un système avec 10'000 tonnes de bois séché à l’air en input énergétique est assimilable à un réseau 5 fois plus grand que celui réalisé à la commune de Cartigny (réseau CAD alimenté à 100% bois).

Le second scénario permet d’optimiser l’utilisation de la chaleur tout en produisant de l’électricité pendant plus de la moitié de l’année, rendant le projet plus rentable économiquement. Ce type de système peut être assimilé à un réseau de quartier multi ressources ou le bois serait arrêté pendant environ 4 mois en été.

Le troisième scénario est très intéressant en théorie étant donné la production électrique et la valorisation de chaleur pratiquement annuelle (ruban). Ce type de système est complémentaires si plusieurs autres ressources ne devant pas fonctionner en ruban sont couplées aux 10'000 tonnes de bois.

Le quatrième scénario peut se justifier pour un ou quelques preneurs connus et qui perdurent dans le temps, rendant le système économiquement intéressant grâce à l’utilisation élevée des transformateurs (8'000 heures de fonctionnement). Il s’agit là d’un scénario lié à un projet spécifique.

Globalement, l’objectif de faire de la cogénération montre que les scénarios 2, 3 et 4 peuvent tout à fait être recommandés. Le choix d’un scénario définitif dépendra de la configuration du lieu d’implantation et des besoins des utilisateurs.

Dans tous les cas, le pilotage par la chaleur est primordial pour atteindre de bons rendements globaux.

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6 Contraintes territoriales

Trois contraintes territoriales ont été prises en compte ici : la logistique de l’approvisionnement de la ressource, les zones problématiques du point de vue de la protection de l’air et les réseaux de chauffage à distance existants ou à créer.

6.1 Logistique d’approvisionnement

Le bois doit être séché à l’air et broyé en plaquettes. Ceci est de la responsabilité du vendeur des plaquettes forestières. Au vu des capacités de broyage des départements limitrophes par rapport aux besoins genevois, il n’y aura pas de problèmes à ce niveau (voir les rapports d’Hélianthe et Prioriterre déjà cités).

Le bois a un avantage stratégique par rapport à d’autres ressources biomasses : il peut être stocké pendant suffisamment de temps pour permettre la valorisation optimale de la chaleur produite lors de sa transformation. C’est pourquoi des surfaces de stockage adaptées sont nécessaires si l’on veut utiliser cette propriété intrinsèque du bois. Ces surfaces peuvent être soit chez le producteur de plaquettes, soit chez le consommateur de plaquettes.

Pour fixer les ordres de grandeur, on peut évaluer le stockage et le trafic induit des différents scénarios à l’aide des estimations suivantes :

 Stockage : 1m² surface = env. 1 à 1.5 tonnes de bois séché à l’air ;

 Transport : camions de 100 m³, soit environ 20 tonnes de bois par camion ou environ 75 MWh par camion (pour du bois séché à l’air) ;

 Trafic de 500 camions par an et exclu le dimanche et les jours fériés (env. 300 jours ouvrables) ;

 Trafic de pointe estimé selon la puissance nominale durant une période de 48 heures (correspond à un weekend très froid avec livraisons le vendredi et le lundi) ;

 Besoins de stockage hivernaux estimé grossièrement pour 150, respectivement 75, 35 et 35 camions selon les scénarios 1, 2, 3 et 4.

16

 Besoins de stockage estivaux estimé grossièrement pour 15 (~ 10% puissance nominale), respectivement 0 (arrêt chaudière en été), 35 et 35 (identique à l’hiver) camions selon les scénarios 1, 2, 3 et 4.

On aboutit au tableau estimatif suivant (voir Tableau 3) :

Unités Scénario 1 Scénario 2 Scénarios 3 et 4 Nb d’heures de fonctionnement nominal h 2’000 4’000 8’000

Puissance Thermique MW_th 15 6 3

Trafic journalier moyen (sur 300 jours) camions

/jour Env. 1.7

Trafic journalier de pointe (hiver) camions

/jour 8 3 2

Besoins de stockage pour 1 mois d’hiver m² Env. 2'500 Env. 1'200 Env. 600 Besoins de stockage pour 1 mois d’été m² Env. 250 0 Env. 600

Tableau 3 : ordre de grandeur du trafic induit et des besoins de surfaces des différents scénarios

Globalement, le scénario 1, avec ses pointes instantanées beaucoup plus importantes que les scénarios 2, 3 et 4, pose de problèmes de quantités de camions journaliers en hiver. On peut même imaginer que pour passer un weekend très froid sans livraison, une quinzaine de camions devraient livrer le vendredi pour être sûr de fournir la prestation de chauffage jusqu’au lundi. Cela représente tout de même un silo de minimum 1'500 m³ proche de la chaufferie. En cas de disposition d’un stockage local (halle couverte de 25m sur 100m remplie de bois), le trafic journalier maximum pourrait être diminué à 2 ou 3 camions par jour en plein hiver. L’avantage d’une délocalisation en France du stockage est donc contrebalancé par les problèmes de trafic de pointe induit. Il s’agira de définir une stratégie lors d’un éventuel projet concret.

Les scénarios 2, 3 et 4 permettent une meilleure répartition dans l’année du trafic induit et une complémentarité avec d’autres sources d’énergie bienvenue en cas de panne ou de problèmes de livraisons.

17

6.2 Zones problématique du point de vue de la protection de l’air Ces dernières années, les valeurs limites d’immissions (VLI) journalières (50 µg/m³) de l’ordonnance sur la protection de l’air (OPAIR) sont dépassées 5 à 40 fois par an selon la météo dans toutes les stations de mesures du canton de Genève¹¹. Les stations rurales sont globalement moins touchées que les stations urbaines et ont des VLI annuelles respectant la législation (20 µg/m³). Du point de vue de la protection de l’air, les zones d’immissions les plus sensibles sont donc celles du centre-ville.

Concernant les émissions de particules fines, celles-ci sont principalement liées au trafic routier (diesel et poids lourds) au rail (abrasion) et à la construction (machines de chantier). La part liée aux chauffages reste très faible (Figure 9) :

Figure 9 : émissions de PM10 selon les sources (source : Plan de mesure OPAIR 2003-2010, Etat de Genève)

Par mesure de précaution, le service de protection de l’air interdit aujourd’hui la mise en œuvre ou le renouvellement de chauffage au bois de plus de 350 kW dans certaines zones urbaines¹² et souhaite limiter ces installations aux zones rurales. Actuellement, si l’installation est correctement

11 Etat de Genève, 2011, Qualité de l’air 2010, service de protection de l’air, DSPE, Genève.

12 Sur les communes de la ville de Genève, de Carouge et du Grand-Saconnex (Scane et SPair, 2011, Complément au formulaire de requête EN-GE4 concernant les installations productrices de chaleur alimentées au bois ou aux dérivés de bois, voir sous http://etat.geneve.ch/dt/energie/a_votre_service-directives_formulaires_relatifs_nouvelle_loi_energie-11772.html ).

18

dimensionnée et équipée de filtres à particules, les émissions peuvent être très limitées et n’impacter que faiblement les quantités totales émises par les différentes sources du canton.

Pour fixer les ordres de grandeur et à titre d’exemple, une chaudière à bois équipée d’un électrofiltre ou d’un filtre à manche a un facteur d’émission poussières d’environ 3 g/GJ (¹³). La grande majorité (95%) de ces poussières fines sont généralement des PM10, dont trois quarts (en poids) sont constituées de PM1. Pour une chaudière consommant 36 GWh de bois (selon les scénarios prédéfinis), on obtient donc une émission annuelle d’environ 0.39 tonnes de poussières, à comparer aux 700 tonnes actuellement émises dans le canton de Genève (Figure 9).

A ce chiffre, il faudrait encore rajouter l’effet de l’approvisionnement de la ressource (transport par camions) sur le canton, les distances dépendant du lieu d’implantation choisi. Ensuite, l’effet global sur l’AFVG devrait être analysé selon différents scénarios d’approvisionnement.

13 ADEME, 2008, Evaluation des performances énergétiques et environnementale de chaufferies biomasse, étude réalisé par LECES, IOSIS Industries et Micropolluants technologie, contrat 0601C0137, Angers.

ADEME, 2009, campagne de mesures de particules à l’émission de chaufferies biomasse, étude réalisé par IRH Ingénieur Conseil, Angers.

19

6.3 Réseaux (offre) et densité (demande)

6.3.1 Réseaux existants

Il existe aujourd’hui sur le canton de Genève deux réseaux de chaleur à distance d’importance : CAD Lignon et CADIOM (Chaleur à Distance des Ordures Ménagères).

Deux extensions (vers Meyrin et vers Vieusseux) ainsi qu’une liaison des deux réseaux actuels sont en cours de construction. La carte ci-dessous avec le Rhône passant au milieu montre le schéma des différents réseaux et de leurs extensions (Figure 10) :

Figure 10 : réseaux existants (orange) et en cours de développement (violet) – modifié d’après M. Friedli SIG

Dans le cas des scénarios 2 et 3 (grand CAD), la logique voudrait que la nouvelle installation soit implantée dans la zone d’influence des CAD existants et connectée à ces infrastructures, permettant ainsi la valorisation réelle et optimale de la chaleur.

20 6.3.2 Réseau à construire

Une alternative à la connexion aux réseaux existants serait de profiter du développement de certaines zones du canton. Par exemple, le futur quartier implanté sur la plaine de l’Aire, proche de la zone industrielle de Plan-les-Ouates, pourrait voir la construction d’un nouveau réseau CAD multi-ressource en parallèle. De même, les zones situées à l’est du canton (trois-chênes, proche d’Annemasse) sont intéressantes à plus d’un titre : d’une part, ces zones sont densément peuplées et ne possèdent pas de grand CAD à l’heure actuelle ; d’autre part, le futur train régional (CEVA) ainsi que de nombreuses nouvelles constructions seront implantées ces prochaines années (communaux d’Ambilly, gare de Chêne-Bourg et d’Annemasse, etc…).

Les opportunités de développement d’un réseau multi-ressource alimenté partiellement au bois (et peut-être transfrontalier ?) devront donc être étudiées de manière fine et détaillée dans ces zones.

Ces nouveaux développements permettraient probablement d’optimiser l’efficacité technique et économique d’une centrale à bois de quelques MW.

De manière simple et pour fixer les ordres de grandeur, les surfaces potentiellement chauffées (250'000 à 500'000 m² selon les scénarios) équivalent à environ 1 à 2% de l’ensemble des immeubles résidentiels du canton¹⁴.

6.3.3 Process industriel

Une implantation dans une zone industrielle hors des CAD existants est également possible s’il existe des besoins de process spécifiques et durables (scénario 4).

14 Soit 23 millions de m² pour environ 12'500 objets selon l’étude de Khoury J., 2009, Rénovations énergétiques des bâtiments résidentiels dans le canton de Genève, éléments-clés de la période post-Kyoto: Etude de cas de deux rénovations MINERGIE, master MUSE 005, Université de Genève.

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7 Conclusions et recommandations

L’implantation d’une centrale à bois - avec les caractéristiques décrites ici - sur le canton de Genève est possible, sous réserve d’un accord formel avec des partenaires régionaux pouvant fournir la ressource nécessaire. Nous conseillons de s’assurer par un label ou un système de certification de la qualité du bois et de la provenance réellement régionale de ce bois importé par le canton.

Les scénarios étudiés montrent que la cogénération peut se faire si le pilotage de la future installation se fait essentiellement par la chaleur et s’implante dans un réseau de chauffage à distance (existant ou à créer) suffisamment grand pour permettre une valorisation optimale et une mutualisation de la chaleur. La valorisation de cette chaleur devra probablement être organisée en coopération avec les Services Industriels de Genève (SIG), qui détiennent majoritairement les deux grands réseaux CAD du canton.

Une alternative aux CAD serait d’avoir un projet avec un ou plusieurs preneurs spécifiques qui garantissent l’utilisation toute l’année de la chaleur (process industriel).

Vu l’ampleur du projet de valorisation de 10'000 tonnes de bois, il nous apparaît essentiel de faire un appel à projet public avec la liste des contraintes tout en laissant une certaine ouverture sur les différentes possibilités de valorisations.

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ANNEXE Tableau 4: Récapitulatif des technologies sur le marché pour la production de chaleur et/ou d’électricité à partir de bois

Remarque : tous les rendements sont exprimés selon l’énergie utile (autoconsommation déduite) rapportée à la ressource entrante.

Sources :

Cogénération à partir de biomasse : La filière combustion/vapeur en petite puissance, Rapport final, ADEME, Biomasse Normandie et Heat Technics, 2001.

Participation à un colloque : State-of-the-art technologies for small biomass co-generation, organise par la Task 32 de l’IEA, 7 octobre 2010, actes disponibles en ligne : www.ieabcc.nl.

State-of-the-art and future developments regarding small-scale biomass CHP systems with a special focus on ORC and stirling engine technologies, Obernberger, I., Carlsen, H., Biedremann, F., International Nordic Bioenergy Conference, 2003.

Pyrolyse et gazéification de la biomasse pour la production d’électricité, Procédés et acteurs, ADEME, CIRAD, 2001.

Site internet du bureau d’étude ECOREN, www.ecoren.fr .

Technologie Fluide Gamme de 

puissance

Rendement  électrique

Rendement  global annuel 

max

Etat de la filière

Comportement  à charge  partielle

Avantages Inconvénients

Appareil domestique eau chaude <10 kWth ‐ 70‐85% éprouvé moyen

Chaudière collective eau chaude >500 kWth ‐ 80% éprouvé moyen

Turbine vapeur >1 MWe

1<P<5 12‐15%

5<P<10 15‐20%

1<P<5 15‐20%

5<P<10 20‐25%

‐combinaison des 2 >10 MWe +5% coût élevé à petite P

‐soutirage >qq 10 MWe +5% ‐5% usages thermiques 

possibles coût élevé à petite P

Moteur à Vapeur vapeur <1.5 MWe 5‐15% 75% éprouvé bon coût d'exploitation 

élevé Cycle Organique de 

Rankine (ORC) huile thermique <3 MWe 10‐16% 75% éprouvé moyen

pas de cycle à haute  pression (huile  thermique)

coût

rdt élec. limité

Moteur Stirling air chaud <150 kWe 10‐20% 80% démonstration bon possible à petite P coût

Gazéification +

‐ moteur à gaz >100 kWe 20‐30% 80% bon

‐ turbine à gaz >1 MWe 20‐30% 80% moyen

‐ cycle combiné >qq 10 MWe 30‐40% 85% moyen coût élevé à petite P

‐ injection réseau gaz ou  carburant

valorisation découplée 

de la production coût élevé à petite P démonstration

75%

30%

CHAUDIERE + …

VOIE THERMO‐ CHIMIQUE

VOIE THERMIQUE

vapeur

gaz de synthèse

coût rdt élec. limité par la  thermodynamique rdt élec. valorisation thermique 

difficile (basste t°)

‐contre‐pression

‐condensation

simplicité des  installations

éprouvé moyen