Étude énergétique et décarbonation pour un industriel de la chimie

Le site chimique, certifié ISO 50001, est spécialisé dans la production de substances chimiques.

Le groupement auquel il appartient est engagé dans une politique de développement durable et notamment dans la réduction de son empreinte environnementale.

Le principal émetteur de CO2 de l’usine est la combustion du gaz de la cogénération, les chaudières et l’incinérateur.

L’industriel recherche un partenaire pour l’accompagner dans la réalisation de projets de décarbonation et pour bâtir le plan d’actions de réduction des émissions de CO2 du site.

Pour répondre aux attentes du site, CORETEC a proposé de réaliser une étude énergétique et environnementale du site, afin de construire sa feuille de route décarbonation.

Cette étude est la première étape de l’accompagnement décarbonation que réalise Coretec pour ses clients industriels.

ENJEUX IDENTIFIES :

• Analyser les données de performances énergétiques et environnementales actuelles du site
• Définir des solutions permettant d’optimiser les consommations énergétiques et de limiter les émissions de CO2 de l’usine
• Obtenir une feuille de route claire et argumentée pour déployer des projets concrets.

OBJECTIFS DE L’ETUDE

• Réaliser / consolider le bilan énergétique et environnemental du site, en utilisant comme base la revue énergétique issue de l’ISO 50001.
• Identifier les potentiels d’optimisations énergétiques et les possibilités de substitution
• Etudier sommairement les solutions en termes de réduction de CO2 et montants d’investissement
• Etablir une synthèse des solutions envisageables et un plan d’actions associé.

PERIMETRE TECHNIQUE

L’usine fonctionne en continu 24h/24 et 7j/7 et effectue peu d’arrêts (tous les 6 ans).

Les sources d’énergie du site :

• Gaz naturel : consommation annuelle d’environ 200 000 MWh PCS/an.
• Electricité : consommation annuelle environ 20 000 MWh/an.
• Vapeur co-générée : consommation annuelle d’environ 70 000 MWh/an.

Empreinte carbone du site :

• Site soumis aux quotas CO2
• 60 000 tCo2/an
• Objectif 12 000 tCO2/an en moins d’ici 2030

Les usages gaz sont les principaux émetteurs de CO2 de l’usine, l’étude se concentre donc sur les installations et process consommant du gaz et de l’énergie thermique, à savoir :

• Equipements et installations consommant du gaz (chaudières vapeur, incinérateur)
• Installations et process consommant de la vapeur et des utilités
• Equipements et installations d’utilités (refroidissement process, air comprimé)
• Systèmes de chauffage

ETAT DES LIEUX

Coretec a commencé par analyser les données de performances énergétiques et environnementales actuelles du site.

La vapeur du site est consommée au sein de 4 unités : 2 ateliers, les séchoirs et les chauffages de 6 bâtiments. La consommation de vapeur est d’environ 6 000 t/an.

L’usine comporte également d’autres utilités : fluide thermique, eau de refroidissement, eau chaude non-valorisée, air comprimé et électricité.

Sources et puits de chaleur

Au cours de cette étude, nous avons identifié et étudié les sources de chaleur fatales et/ou les production qui pourraient potentiellement être décarbonées.

Les projets de récupération de chaleur se font sur des associations puits-source qui semblent les plus cohérentes, en prenant en compte :

• Cohérence des régimes de température,
• Proximité géographique/facilité d’intégration à l’existant
• Simultanéité de la source et du puit
• Simplicité et caractère « standard » de l’intégration proposée

Au total, 23 projets ont été envisagés et leur enjeu a été évalué.
Parmi ceux-ci, 7 ont été écartés de manière préliminaire.

Le client s’est ensuite positionné sur les différents projets et nous les avons classés en 3 catégories :

• 3 solutions principales
• 4 solutions annexes
• 9 solutions écartées

Solution 1 : Mise en place d’une boucle d’eau chaude de récupération sur process

L’eau chaude est récupérée sur 3 sources de chaleur fatales et redistribuée vers les différents consommateurs.
Les consommateurs sont raccordés en parallèle et chacun est régulé indépendamment des autres.

Principe de la solution : Le flux d’eau à réchauffer passe intégralement dans l’échangeur puis la bâche alimentaire, qui réchauffent la branche chaude.

Phasage proposé pour lisser l’investissement :

• Phase 1 : Récupération sur une partie du process et valorisation sur CTA.
• Phase 2 : Récupération complémentaire sur bâche et valorisation sur réseau de chauffage.

Ce projet est éligible au Fonds Chaleur, articulé avec les CEE spécifiques jusqu’à 30% du montant global.

Performance projetée :

Schéma fluide de l’ensemble et tracé des tuyauteries EC prévues :

Solution 2 : Chaudière VP électrique 5 T/h

La production de vapeur moyenne pression est essentiellement effectuée par du gaz naturel.

Principe de la solution : Une chaudière électrique de 5 t/h sera mise en place en complément des chaudières existantes.

Ce projet est éligible à l’AAP Décarb ’Flash sur le volet « chaudière industrielle électrique », pouvant aller de 30 à 45% du montant d’investissement global.

Performance projetée :

Schéma du projet d’installation chaudière électrique :

Solution 3 : Economiseur en aval de l’incinérateur

L’équipement concerné est un incinérateur de traitement thermique d’effluents liquides aqueux et azotés. Celui-ci est confronté à deux difficultés principales : le niveau de NOx trop élevé et une chaudière fortement encrassée côté eau.

Pour compenser la perte de performance de la chaudière, une dilution d’air en aval de celle-ci a été mise en place pour garantir la température.

2 projets annexes sont en cours concernant l’incinérateur : remplacement de la chaudière et mise en place d’une DéNOx.

Principe de la solution : Installer un économiseur qui préchauffe l’eau alimentaire en amont de la chaudière de récupération pour récupérer de l’énergie sur les fumées en sortie de filtration.

Ce projet est éligible à une subvention unitaire sur l’économiseur sous forme de CEE spécifique. Il est également éligible à une subvention sur le projet global de remplacement de la chaudière.

Performance projetée :

Schéma représentatif de la solution :

Autres possibilités envisagées :

• Amélioration traitement d’eau : Production d’eau déminéralisée.
• Changement chaudière incinérateur
• Production de fluide Thermique par chaudière électrique : Remplacement chaudière gaz

BUDGET ET FINANCEMENTS

Bilan : comparatif des solutions

FEUILLE DE ROUTE PROPOSEE

7 projets ont été retenus pour la feuille de route, à horizon 2030, permettant d’atteindre la réduction de 12 000 tCO2/an.

Les projets envisagés dans la feuille de route sont les suivants :

• 2024/2025 : Mise en place d’une boucle d’eau chaude (2 phases)
• 2026 : Chaudière VP combustible décarboné
• 2026 : Traitement eau
• 2027 : Chaudière VP incinérateur (hors économiseur)
• 2027 : Economiseur aval chaudière VP incinérateur
• 2029 : Chaudière FT électrique 400 kW
• 2030 : Chaudière VP électrique 5 t/h

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

« L’intérêt principal du sujet vient pour moi des deux phases complémentaire de l’étude qui ont permis d’accompagner le client et de coconstruire une feuille de route avec lui. Dans un premier temps l’étude macroscopique d’une grande variété de projets a permis d’en évaluer les principaux enjeux (CO2, financiers, stratégiques) et de les hiérarchiser avant de les présenter de manière synthétique au client. Dans un deuxième temps, l’étude plus détaillée des projets retenus par le client ont permis de les développer de manière plus opérationnelle par du dimensionnement d’équipements, des échanges avec fournisseurs ou de l’établissement de schémas hydraulique de principe. »

Des difficultés lors de l’étude ?

« Un des principaux défis de l’étude a été le volume important d’informations échangé client : collecte de données, évaluation d’hypothèses à retenir, validation de points de faisabilité opérationnelle de solutions envisagées… Ceci est directement lié au nombre important de projets initialement proposés et a demandé un investissement important de la part du client pour suivre les propositions faites et répondre aux sollicitations. Cet échange régulier et nourri a été une des clés du succès de l’étude. »

Pierre Ozanam – Chargé d’études

Pour les sites industriels :

• Des solutions techniques existent
• Les financements et subventions sont disponibles
• Qu’attendez-vous pour limiter votre impact environnemental ?

L’apport de Coretec dans vos projets :

• Expertise technique spécialisée sur les centrales de production d’énergie
• Indépendance
• Maitrise d’un accompagnement global des projets (étude/conception/réalisation/suivi des performances)
• Nombreux retours d’expérience

Intéressé par ce type de projet ? Prenez contact avec nous !