Que sont la cogénération et la micro-cogénération ?

La cogénération consiste dans la plupart des cas à produire de l'électricité et de la chaleur utile au sein d'une même centrale. © Pixabay

Que peut donc bien être la cogénération ? Si vous n’en avez jamais entendu parler ou désirer approfondir vos connaissances, vous êtes au bon endroit. Ce guide vous présentera non seulement les grands principes de ce système de production mais vous en dira également plus sur la micro-cogénération au gaz naturel.

Principe de la cogénération

Le principe de base de la cogénération est de produire deux formes d’énergie différentes simultanément. Le processus doit avoir lieu au sein de la même installation et dans la plupart des cas, il est question de chaleur et d’électricité. Mais pour mieux comprendre son mécanisme, intéressons-nous d’abord brièvement au fonctionnement d’une centrale électrique classique.

Une centrale thermique classique est une centrale électrique qui a pour but de produire de l’électricité. Pour y parvenir, elle utilise la chaleur délivrée lors d’une réaction chimique propre à chaque type de centrale. En Belgique, la vapeur créée à ce moment-là provient soit de la fission nucléaire (55%), soit de la combustion d’énergies fossiles (gaz et charbon, à hauteur de 20 % chacun). C’est la pression engendrée par cette vapeur qui va faire tourner une turbine qui elle-même va actionner un alternateur. Celui-ci produira alors de l’électricité.

Mais il y a un problème : ces mécanismes ne transforment que 40 % de l’énergie dégagée en électricité. Les 60 % restants, présents sous forme de chaleur, seront perdus et évacués à la sortie de la turbine. Résultat, un gaspillage énergétique important. Alors que faire ? L’idée fut de récupérer la chaleur restante afin de la réserver à d’autres usages.

Le mécanisme de la cogénération utilise une partie de la chaleur produite pour activer un moteur (à combustion externe ou interne), une turbine ou une pile à combustible pour produire de l’électricité. Celle-ci est soit consommée directement par l’installation, soit réinjectée sur le réseau électrique public pour alimenter les ménages et industries. L’autre partie de la chaleur restante est valorisée pour chauffer un circuit d’eau grâce à un échangeur thermique. Ensuite, cette eau est destinée au chauffage des entreprises et bâtiments publics, à des systèmes industriels mais aussi à l’eau chaude sanitaire.

Schéma de la cogénération

Plusieurs combustibles peuvent servir à produire de la chaleur :

  • le gaz naturel ;
  • le fioul ;
  • le bois ;
  • le biogaz issu de la fermentation de matières organiques ;
  • des ordures ménagères.

L’objectif principal de ce système est clair : limiter au maximum les pertes. La cogénération permet ainsi de garantir un rendement énergétique pouvant atteindre dans l’ensemble 85 %. À titre de comparaison, il n’est que de 35 % dans le cas d’une centrale classique.

Cogénération : utilisation industrielle

La cogénération est habituellement plus rentable lorsqu’elle est utilisée à une échelle industrielle. La chaleur et la vapeur étant inhérentes au mécanisme de production des grandes centrales, elles peuvent servir toute l’année à la cogénération.

Certaines centrales de cogénération ont un volume très important. Leur taille se rapproche des installations classiques au gaz ou au charbon.

À noter que la cogénération permet d’alimenter de nombreuses entreprises. Leur secteur d’activités est large : la chimie, le papier, l’automobile, la métallurgie, l’agro-alimentaire… La plupart des unités de cogénération se situent donc chez des clients dont la demande en chaleur industrielle est élevée.

Atouts de la cogénération

  • La production d’énergie/chaleur près des endroits de consommation est plus intéressante financièrement et plus fiable que lorsque la production est éloignée ;
  • La cogénération permet de valoriser de 30 % à 40 % d’énergie supplémentaire par rapport aux centrales thermiques classiques qui ne récupèrent pas la chaleur. Ce rendement permet de diminuer les émissions polluantes et gaz à effet de serre ;
  • Les cogénérations utilisant du biogaz et de la biomasse participent à la réduction de notre dépendance aux énergies fossiles ;
  • La cogénération comporte un avantage par rapport aux énergies renouvelables. En effet, celles-ci dépendent du climat (vent, ensoleillement…) alors que la cogénération non. Les combustibles dont elle se sert sont majoritairement toujours disponibles. Elle constitue donc une certaine garantie dans l’approvisionnement de l’électricité.

Inconvénients de la cogénération

Thermomètre
© iStock

L’utilisation de la cogénération ne présente pas que des avantages. Elle induit également de nombreux obstacles à franchir. La chaleur est par exemple une source d’énergie dont le transport est difficile sur des distances importantes. Des pertes inévitables d’énergie surviennent. Quant à son stockage, il engendre des frais élevés.

Il est donc primordial que les installations de cogénération se situent près de lieux où la consommation de chaleur est importante. Si ce n’est pas le cas, la récupération de chaleur n’est ni intéressante, ni rentable. Par exemple, près des centrales nucléaires, les maisons se font rares… La solution est dès lors de construire aux alentours des moyennes et grandes villes et des entreprises des plus petites centrales réservées à l’alimentation en chauffage. L’électricité produite, considérée à ce moment-là comme un « produit secondaire », est réinjectée dans le réseau.

Autre inconvénient : le mécanisme de la cogénération ne permet pas de modifier aisément la quantité d’électricité et de chaleur produite. Conséquence : impossible de s’adapter à la consommation de ces deux énergies.

Enfin, la rentabilité de la cogénération est dépendante du prix des combustibles si elle utilise du pétrole ou du gaz. Une vision à long terme est difficile à établir lorsqu’il s’agit d’évaluer les coûts plusieurs années plus tard.

La micro-cogénération

Si la cogénération existe à une échelle industrielle, elle est également applicable à un plus petit niveau. Elle est alors dénommée « micro-cogénération ». Dans ce cas, elle concerne directement les clients résidentiels qui peuvent changer leur chaudière pour profiter de ce système. Elle est toutefois mise en place la plupart du temps dans des immeubles à appartements, des hôpitaux ou pour chauffer des installations telles qu’une piscine.

Principe de la micro-cogénération

La micro-cogénération au gaz naturel vous permet de vous chauffer, de disposer d’eau chaude sanitaire mais aussi d’électricité. Si vous emménagez dans un nouveau logement ou remplacez votre chaudière, c’est une possibilité qui s’offre à vous. Point de vue pratique, l’installation n’est habituellement pas plus grande qu’une chaudière à condensation.

Avant de placer un système à cogénération, pensez à la rentabilité de votre investissement. Plus vous aurez besoin d’un nombre d’heures de chauffage important, plus votre centrale fonctionnera et plus elle sera rentable.

Cela signifie que si votre habitation est bien isolée ou passive, vous n’avez pas grand intérêt à faire installer un système de micro-cogénération. En effet, une demande faible en chaleur ne vous fera tirer aucun bénéfice de ce type de mécanisme. Comme point de repère, considérez que votre consommation de chaleur annuelle doit au moins atteindre 15 000 kWh pour garantir la rentabilité de l’installation.

Prix d’une unité de micro-cogénération

Le prix oscille entre 7 000 et 10 000 euros. Une installation de micro-cogénération est donc plus coûteuse qu’une chaudière à condensation classique. Mais l’amortissement est rapide, le système consommant peu de combustible et produisant de l’électricité.

Comment fonctionne ce mécanisme ?

Comme dans le cas d’une chaudière traditionnelle, la chaleur du brûleur gaz va alimenter le chauffage et la production d’eau chaude. Mais ici, elle va également servir à activer un moteur Stirling. Celui-ci actionnera un cylindre et le mouvement engendré dégagera de l’énergie qui sera par la suite transformée en électricité grâce à un alternateur.

L’électricité produite sera suffisante pour assurer la majorité de la consommation du ménage. S’il y a un surplus de production, il sera injecté sur le réseau électrique. C’est également le cas pour les panneaux photovoltaïques.

Quel est le montant de la prime ?

1. Région de Bruxelles-Capitale

Bruxelles Environnement a mis en place une prime pour les personnes investissant dans une installation de micro-cogénération. Elle varie entre 3 500 euros et 4 500 euros selon votre type de revenus. Attention, ces montants sont à multiplier par la racine carrée de la puissance électrique de l’installation.

En outre, la prime a été plafonnée à 30 % du montant de la facture.

2. Région wallonne

La prime s’élève à 20 % des coûts de la facture (TVA comprise) avec un plafond de 15 000 euros par installation.

3. Région flamande

Pas de prime.

Par ailleurs, le système des certificats verts (CV) vous permet également de profiter d’un bénéfice supplémentaire en fonction de la quantité d’électricité produite annuellement par la chaudière. Assurez-vous toutefois des conditions d’octroi et des montants exacts de chaque prime auprès de votre gestionnaire de réseau de distribution.

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