Etude de faisabilité : récupération de chaleur fatale pour le site agroalimentaire de JDE

Coretec a été sollicité par Jacobs Douwe Egberts (JDE) pour réaliser une étude concernant la récupération d’énergie fatale de son site industriel à Andrézieux-Bouthéon.

Ce site d’agroalimentaire produit du café moulu en sachets et des dosettes en capsules d’aluminium. Il possède aujourd’hui 19 lignes de production de dosettes et sachets de café moulu. Un projet d’extension d’usine avec 2 nouvelles lignes de production de dosettes est envisagé.

En lien avec les ambitions de JDE en termes de réduction de ses émissions de CO2, le site a réalisé un audit énergétique et souhaite maintenant évaluer les solutions de récupération et de valorisation de chaleur fatale sur les lignes de production.

PERIMETRE TECHNIQUE

Les sources d’énergies fatales identifiées sont les fumées des 3 fours de torréfaction et les fumées issues des catalyseurs.

Les puits de chaleur potentiels étudiés sont :

• Préchauffer l’air comburant des brûleurs des fours
• Créer une boucle commune d’eau chaude, alimentée par la récupération sur les fours de torréfaction et par celle sur les compresseurs, afin d’alimenter des consommateurs d’eau chaude de l’usine (chauffage, process).
• Alimenter le Réseau de Chauffage Urbain de la Ville d’Andrézieux-Bouthéon, passant à proximité du site

ENJEUX IDENTIFIES

• Clarifier les données de base, et notamment les données des flux de chaleur fatale à valoriser et des consommateurs potentiels (RCU/préchauffage air process/boucle EC), afin de réaliser des bilans énergétiques,
• Définir les solutions permettant de récupérer de la chaleur fatale et de la valoriser en interne ou en externe
• Calculer les gains énergétiques et environnementaux (émissions de CO2) des différentes solutions.
• Comparer les solutions sur la base de critères économiques (investissement et exploitation), de risque process, techniques et de performances énergétiques/environnementales.

Au regard des flux générés (fumées) et consommés par JDE (air de combustion et eau chaude notamment), ce projet parait intéressant techniquement et économiquement et doit permettre de réduire l’empreinte carbone de l’usine ainsi que sa facture énergétique.

L’étude menée doit aboutir à un outil d’aide à la décision pour la poursuite ou non du projet et pour sélectionner la ou les meilleure(s) solution(s) à mettre en place.

3 SOURCES DE CHALEUR IDENTIFIEES POUR RECUPERER DE L’ENERGIE

Fumées des torréfacteurs

Une campagne de mesure instrumentée a été réalisée pour qualifier et quantifier les fumées issues des deux fours de torréfaction, au niveau de leur cheminée d’extraction avec :

• Mesure du débit
• Mesure de la température
• Mesure de la composition : teneur en H2O, en O2 et en CO2
• Mesure du niveau de pression sur 3 points des circuits aérauliques

Le potentiel moyen de puissance récupérable a été évalué autour de 380kW en fonctionnement. Compte tenu de la disponibilité estimée et du potentiel de récupération par torréfacteur, on peut espérer valoriser environ 1.5GWh/an.

Monotone de température

Compresseurs d’azote

La quasi-totalité de l’énergie électrique consommée par les compresseurs azote est récupérable sous forme d’eau chaude à hauteur d’environ 340kW. L’enjeu annuel de valorisation est de 2.7GWh.

Compresseurs d’air

5 compresseurs existants font déjà l’objet d’une récupération et valorisation d’énergie pour le chauffage des ateliers. La puissance de récupération est de 400kW pour une valorisation d’environ 2.7GWh en période de chauffe, mais elle est perdue sur la période estivale faute de disponibilité de puits énergétiques.

3 PUITS DE CHALEUR IDENTIFIEES POUR VALORISER L’ENERGIE RECUPEREES

Air comburant torréfacteurs

L’air comburant des brûleurs des torréfacteurs sont des puits de chaleur potentiels. Les 3 brûleurs principaux sont les puits énergétiques les plus conséquents. Il a été estimé, sur ces 3 puits de chaleur, une valorisation de 350MWh pour une puissance totale installée d’environ 300kW.

Chauffage du site

Le chauffage du site est réalisé par la récupération de chaleur existante sur les compresseurs d’air et un appoint au gaz naturel.

Le chauffage site représente environ 10% de la consommation gaz et constitue un puit potentiel de valorisation des 3 sources qualifiées précédemment.
La consommation annuelle de gaz à destination du chauffage du site sur la saison de chauffe est estimée à environ 900MWh PCI, ce qui constitue sa capacité à valoriser pour une puissance installée de 150kW.

Réseau de chauffage urbain

Le réseau de chauffage urbain fonctionne en mixité énergétique entre octobre et mai : gaz naturel et biomasse mensuelle. La puissance installée est de 17MW en saison de chauffe avec la chaudière biomasse et 11MW gaz en période estivale.
L’intérêt de cette solution est d’effacer la consommation de gaz naturel qui représente 19 GWh/an. Les potentiels de valorisation identifiées sont les suivants :

• Période estivale : 2,2GWh
• Intersaison : 750MWh
• Période hivernale : 1,9GWh

Les solutions retenues ont donc été de :

• Valoriser l’énergie des fumées des torréfacteurs pour préchauffer l’air comburant des brûleurs principaux
• Récupérer de la chaleur sur les fumées des torréfacteurs avec des batteries fumées/eau chaude et la valoriser sur le réseau de chauffage urbain.

SOLUTION : VALORISATION DES FUMEES DE TORREFACTION SUR L’AIR COMBURANT DES BRULEURS

Le principe de cette solution consiste à réchauffer l’air comburant du brûleur principal avec les fumées issues de l’oxydateur.

Le débit des fumées ainsi que les températures (350°C) sont relativement stables et présentent de bonnes conditions pour une valorisation.

Il est donc envisagé de remplacer les 3 bruleurs principaux par des bruleurs gaz naturel à flamme libre de même puissance, admettant une alimentation d’air comburant à 250°C.

Schéma de valorisation sur air comburant + RCU

Cette opération nécessite un CAPEX d’environ 900k€, avec un TRI d’environ 6 ans. Une solution permettant de valoriser 1.5GWh/an, équivalent à une économie de 145k€ annuel.

Le projet est éligible au financement Fonds Chaleur à hauteur de 15%, soit un coût pour l’industriel de 765k€ avec un TRI d’environ 5 ans.

Cette solution permettra d’éviter l’émission de 329 Tonnes de CO2 chaque année.

*hypothèse du prix du gaz naturel à 100€/MWh PCI

SOLUTION : RECUPERATION DE CHALEUR PAR BATTERIES FUMEES EAU ET VALORISATION SUR RESEAU DE CHAUFFAGE URBAIN

Le principe de cette solution est de combiner la récupération de chaleur sur les fumées avec le réchauffage du réseau de chauffage urbain.

Cette solution viendra en complément de la solution précédente avec une batterie fumées eau en aval de la batterie fumées air.

Elle permet de :

• Conserver la solution valorisation sur les bruleurs
• Avoir un niveau de température suffisant en sortie de batterie fumées / eau pour réchauffer le RCU

L’opération nécessite un CAPEX complémentaire d’environ 800k€, avec un TRI d’environ 5ans. Une solution permettant de valoriser 3.5GWh/an, équivalent à une économie de 105k€ annuel.

Le projet étant éligible aux fiches de financement CEE, le coût pour l’industriel revient à 520k€ avec un TRI d’un peu moins de 5 ans.

Cette solution permettra d’éviter l’émission de 790 Tonnes de CO2 chaque année.

*hypothèse d’un prix de rachat de la chaleur produite de 30€/MWh, pour un coût de gaz naturel à 100€MWh PCI.

SUBVENTIONS

Solution 1 : VALORISATION DES FUMEES DE TORREFACTION SUR L’AIR COMBURANT BRULEUR

Financement Fonds Chaleur / Contrat de chaleur renouvelable patrimonial ou territorial

Le Fonds Chaleur vise à soutenir des projets de production de chaleur à partir d’énergies renouvelables, de récupération d’énergie et de réseaux de chaleur. Il subventionne les projets jusqu’à 30% de leur coût d’investissement et concerne les grandes entreprises.

Il a été évalué pour ce projet un financement à hauteur de 15% du projet, soit 135k€.

Dans le cas où le projet ne serait pas éligible à Fonds Chaleur, le contrat de chaleur renouvelable patrimonial ou territorial s’applique.

Solution 2 : RECUPERATION DE CHALEUR PAR BATTERIES FUMEES EAU ET VALORISATION SUR RESEAU DE CHAUFFAGE URBAIN

Fiche RES-CH-108 – Récupération chaleur fatale pour valorisation vers un réseau de chaleur.

Le projet est éligible à la fiche CEE :

• Energie valorisée : 3.5GWh/an
• 50GWh cumac valorisables (5.5€/MWh cumac), soit une dotation de 275k€.

Elle n’est pas éligible à Fonds Chaleur car le cadre de l’opération, le projet fait l’objet d’une fiche standardisée.

BILAN : TABLEAU DE SYNTHESE

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

Cette étude d’avant-projet fait suite à une étude d’opportunité, c’est donc un pas en avant vers la concrétisation d’un projet ambitieux de récupération de chaleur fatale.

Des difficultés lors de l’étude ?

Le but était de rassurer le client sur la faisabilité de cette récupération sans risque pour son procédé de torréfaction, la réinjection de l’énergie se faisant au cœur de son procédé. Cette étude a donc nécessité une campagne de mesures instrumentée sur les fumées process et une compréhension fine du procédé de production.

Continuité du projet

Le projet ayant des temps de retour sur investissement intéressants et des gains en termes de rejets de CO2 importants, le client a la volonté de concrétiser cette récupération de chaleur.
La 1^ère étape, qui fait sens, est la mise en œuvre de la récupération de chaleur sur le process des torréfacteurs.