Etude d’avant-projet : création d’une chaufferie biomasse 15 MW pour un site industriel

Le site concerné est un site industriel dans le secteur du bois.

Il fabrique chaque année environ 20 000 tonnes de produits et souhaiterait doubler sa capacité de production prochainement.

Il utilise de la vapeur dans son process et cette augmentation nécessitera un besoin en vapeur plus important, passant d’environ 6 t/h à 11 t/h en cas de conservation du gaz pour le réchauffage de l’air du nouveau process, et environ le double si la technologie retenue utilise des batteries vapeur.

Dans ce cadre, le site souhaite étudier la mise en place d’une chaufferie biomasse vapeur qui pourrait subvenir aux besoins actuels et futurs de l’usine, en substituant des chaudières gaz. La chaufferie serait alimentée par du bois de type plaquettes forestières, mais aussi des déchets de bois issus de son process de fabrication.

Un projet qui permettra de réduire significativement les émissions de CO2 du site !

PERIMETRE TECHNIQUE

Coretec a été sollicité par l’énergéticien en charge de cette étude d’opportunité afin de l’accompagner dans la définition des solutions.

La prestation comprend l’étude d’installation d’une nouvelle chaufferie vapeur biomasse complète avec :

• Stockage et convoyage biomasse
• Chaudière biomasse
• Traitement des fumées, carneaux et cheminée
• Gestion des cendres et des effluents
• Réseaux vapeur, eau alimentaire, purges, évents et alimentations électriques jusqu’aux interfaces à créer sur l’existant
• Sécurités, instrumentation et automatisme
• Bâtiment chaufferie et intégration sur site.

Dans ce cadre, Coretec a évalué le besoin actuel et futur et a dimensionné l’installation en tenant compte des contraintes des chaudiéristes consultés.

ENJEUX IDENTIFIES

• Analyser le contexte du projet : chaufferie gaz actuelle, augmentation des capacités de production, taux de couverture de la biomasse,…
• Etudier le contexte réglementaire en fonction des combustibles (plaquettes et poussières de bois issues du process)
• Dimensionner et configurer une solution optimisée de la chaufferie vapeur biomasse
• Être force de proposition pour intégrer des variantes complémentaires, type condensation des fumées, afin d’augmenter la performance de l’installation.
• Identifier l’ensemble des aspects techniques et économiques associés au projet.
• Définir la solution technique et budgéter le projet.

BILAN DE L’EXISTANT

Le site consomme principalement de la vapeur pour faire fonctionner son process.

En quelques chiffres :

• Environ 50 GWh de consommation énergétique
• Plus de 7 000 tonnes de CO2 émises chaque année
• Environ 4 M€ dépensés en facture énergétique chaque année*

La consommation énergétique de l’usine se répartit de la manière suivante :

• 75% de consommation de gaz pour la production de vapeur
• 5 % de consommation de gaz pour des usages annexes
• 20% de consommation d’électricité

* Hypothèse des coûts de l’électricité à 100€/MWh et gaz à 70€/MWh PCS

La production de vapeur représente environ 2,5 M€ en 2022 et environ 6 M€ à horizon 2028, avec l’augmentation de sa capacité de production.

BESOINS DE VAPEUR

Actuellement, la production de vapeur est assurée par une chaudière au gaz naturel. Nous avons observés que le besoin du site évolue entre 5 et 7 t/h.

Schéma actuel de la demande de vapeur par jour :

Les projections de besoins en vapeur, à horizon 2026, auront plus que doublé.

À la suite d’une analyse de plusieurs scénarios, nous avons retenu une solution de référence qui est une chaudière 15 MW biomasse bi combustible – vapeur 17b, assurant une production nominale en vapeur de 23 t/h.

En prenant en compte la solution de chaufferie 23 t/h, voici les projections du besoin actuel et futur de vapeur sur 1 an :

TRAITEMENT DE FUMEES

Les poussières issues du process et à valoriser sont chargés en différents polluants. Coretec a aidé le client à définir les choix technologiques pour l’abattement de ces polluants.

INSTALLATION D’UNE CHAUDIERE BIOMASSE BI-COMBUSTIBLE DE 15 MW

Cette solution consiste en l’installation d’une chaudière vapeur de 15MW bi combustible assurant une puissance chaufferie de 23 t/h, soit le double de la chaufferie actuelle.

Elle accepte 2 types combustibles : les plaquettes forestières et les poussières de bois issues du process de production du site, ce qui lui permet de valoriser ses déchets.

Il s’agit de chaudières spécifiques, notamment du fait de la combustion de poussières de bois.

Cependant, tous les mix plaquette/poussière ne sont pas acceptés : chaque fournisseur de chaudière possède ses contraintes et « impose » son mix. Sur cette base, CORETEC a évalué la part de plaquette, poussière et gaz en fonction des contraintes des fournisseurs et des dimensionnements retenus.

Cette solution permet une décarbonation maximisée de 65 GWh/an de vapeur et un taux de couverture biomasse d’environ 90%.

Schéma des flux de l’installation prévue :

Cette opération nécessite un CAPEX après subventions d’environ 25 000 k€, soit un TRI inférieur à 10 ans.
Une solution permettant de valoriser 65 GWh/an, équivalent à une économie d’environ 3 500 k€ et de 2 000 tonnes de CO2 émises chaque année.

Le projet est éligible au financement BCIB, soit un apport pour l’industriel au titre de cet Appel à Projet ADEME d’environ 7 000 k€.

*hypothèse du prix du gaz naturel à 70€/MWh PCS.

VALORISATION DES CO-PRODUITS

Actuellement, le site valorise ses co-produits (déchets de bois) sous 3 formes :

• Recyclés dans le cadre du procédé de fabrication
• Vente en directe à des filières de valorisation
• Evacués par des sociétés de traitement de déchets

A moyen terme, l’objectif serait de :

• Optimiser le procédé de découpe des lignes de production afin de limiter le volume de co-produits sur le site
• Favoriser le recyclage dans le process
• Utiliser les poussières de bois en tant que combustible pour produire de la vapeur décarbonée

Approvisionnement :

Les besoins en combustibles de l’installation de chaufferie biomasse sont estimés à environ 80 000 MWh PCI /an.
Cela représente environ 15 000 tonnes de plaquettes forestières par an pour une alimentation à 100% par des plaquettes forestières.
Pour une installation en mix énergétique avec plaquettes et poussières, on estime 7 500 tonnes de chaque combustible par an.

Stockage :

La solution prévoit un stockage actif de 60m2 et un stockage passif de 1 300 m3 pour les plaquettes forestières.
Cela assurera environ :

• 3 jours d’autonomie, en considérant que la chaufferie fonctionne avec 100% de plaquettes et à pleine charge.
• 5 jours d’autonomie, à charge moyenne de la chaudière et 100% de plaquettes
• 10 jours d’autonomie, à charge moyenne et mix des 2 combustibles à 50/50

Pour ce qui est des poussières, elles seront stockées dans un silo de 500m3, permettant de conserver 10 tonnes sur 10h de production.

Valorisation des cendres :

Concernant la valorisation des cendres issues de la combustion de la chaudière, il est prévu de les conserver sous foyer et les fournir à la filière agricole afin de les utiliser par co-compostage ou épandage.

SUBVENTION :

Appel à projet BCIB de l’ADEME

Ce projet est éligible à l’appel à projet de l’ADEME BCIB (Bois Chaleur pour l’Industrie du Bois), à hauteur d’environ 7000k€.

Le BCIB soutient les projets biomasse supérieurs à 4 000 MWh/an pour chauffer des industries du bois manufacturières.
La spécificité de cet appel à projet est qu’il vise la production de chaleur renouvelable à partir de co-produits de l’industrie du bois. Il permet ainsi de répondre aux besoins de séchage et assurer une autonomie énergétique, en réduisant l’usage des énergies fossiles.

POINTS FORTS :

• Une visibilité et un coût de l’énergie stable sur la durée grâce à l’utilisation d’un combustible de type biomasse, notamment issu du process,
• Un design technique adapté à l’installation, intégrant les co-produits du site dans le procédé de production de la vapeur,
• Un impact significatif sur l’empreinte carbone du site, lui permettant de s’inscrire dans un processus de décarbonation en valorisant en interne un co-produit.

LE MOT DU CHARGE D’ETUDES

Qu’est-ce qui fait que ce sujet est intéressant à étudier ?

C’est un sujet qui a nécessité des échanges approfondis avec des chaudiéristes biomasse sur plusieurs enjeux de combustion spécifiques pour bien appréhender leurs contraintes et les intégrer dans l’évaluation du taux de couverture biomasse, un enjeu fort pour le client !

Des difficultés lors de l’étude ?

C’est un sujet qu’il a fallu traiter très rapidement du fait d’échéances courtes dans le dépôt d’un dossier BCIB / ADEME. N’hésitez pas à bien anticiper les durées d’étude dans les projets où vous avez une échéance forte !

Pierre Ozanam – Chargé d’études