Publié le 26 juillet 2022
Décarbonation

Sujet technique : La chaufferie biomasse

CHAUFFERIE BIOMASSE

Qu’est ce que c’est ?

La biomasse est l’ensemble de la matière d’origine vivante, végétale ou animale.
La chaufferie biomasse consiste donc à utiliser ces matières vivantes, principalement du bois, pour alimenter un système de chaleur, permettant ainsi l’approvisionnement en énergie et la production de chaleur et d’électricité. Les principales provenances de biomasse sont l’agriculture, la forêt, les milieux aquatiques, les déchets verts ou encore les co-produits rejetés par les industries agroalimentaires ou d’élevage.

La chaufferie biomasse est une solution qui permet une valorisation d’énergies renouvelables par la récupération de bois issu d’exploitations forestières ou provenant de scieries par exemple.
Elle permet également de réaliser des économies sur le coût de l’énergie primaire par rapport aux sources d’énergie fossiles (gaz naturel, fioul…).

Et enfin, elle permet à une entreprise de s’inscrire dans la transition énergétique, puisque c’est une des solutions proposées en matière de décarbonation.

En France, la biomasse est de plus en plus proposée dans les projets de chaufferies industrielles depuis 1994 avec le Plan Bois Energie de l’ADEME. Cela s’est intensifié dernièrement avec notamment les nouveaux objectifs de l’état à horizon 2030 et 2050 et les Appels à Projets BCIAT.

 

Quels sont les équipements principaux ?

STOCKAGE BOIS

Solution pont grappin

  • Le système est composé principalement de 1 silo passif de plein pied avec grappin, une fosse déchargement enterré et un silo actif enterré équipé d’échelles
  • C’est une solution automatisée et assez courante dans le chauffage urbain pour des installations de forte puissance.

 

Solution chargeur et échelles carrossables

  • Le système est composé principalement de 1 zone de déchargement de plein pied, de 2 silos actifs de plein pied équipés d’échelles carrossable et un chargeur
  • C’est une solution nécessitant un opérateur pour le chargeur et assez courante dans l’industrie

Solution trappes carrossables échelles enterrées

  • Le système est composé principalement de plusieurs silos enterrés équipés d’échelles surmontés de trappes carrossables
  • C’est une solution automatisée

Solution Top loader

  • Le système est composé principalement de 1 silo de plein pied en forme de couloir et d’une pelle racleuse
  • C’est une solution automatisée

 

CONVOYAGE BOIS

Transporteur à chaines avec barreaux transversaux

  • Convoyeur entièrement capoté
  • Équipé de trappes de visite

 

POUSSOIR INTRODUCTION BOIS

Assure l’introduction du bois sur la grille de la chaudière depuis le transporteur à chaine

  • Un réservoir d’alimentation
  • Un clapet coupe-feu actionné par un vérin,
  • Le poussoir d’alimentation actionné par un vérin hydraulique

GENERATEUR

Système de combustion

Celui majoritairement utilisé est : le foyer à grille mobile. Il existe aussi : le foyer volcan, le lit fluidisé et le spreader stoker.

Le processus de combustion : séchage et gazéification du bois en début de grille, le gaz brûle dans la zone foyer au-dessus de la grille et le coke brûle sur la grille. Les cendres en bout grille sont évacuées gravitairement dans un puits à cendres relié à un extracteur humide.

Ventilateurs d’air

1 ventilateur d’air primaire : insuffle l’air sous la grille, ce qui participe au process de gazéification combustion du coke et refroidissement de la grille.

1 ventilateur d’air secondaire : insuffle l’air dans le foyer au-dessus de la grille pour la combustion gaz.

 

 

Chaudière eau chaude

Les chaudières dans la gamme de puissance 1 à 15 MW sont mixtes :

  • La partie inférieure est composée uniquement de réfractaire (briques/béton) et de lames d’eau sur la partie supérieure du foyer => échange radiatif.
  • Chaudière à tubes de fumées à plusieurs passes en aval du foyer => échange convectif.

Circulation forcée de l’eau par chicanage entre la chaudière à tubes de fumées et la partie lames d’eau.
Système automatique de ramonage en continu des tubes fumées par air comprimé.

Chaudière vapeur

Les spécificités des chaudières vapeur sont les lames d’eau ou tubes d’eau disposés à la verticale sur la partie supérieure du foyer et la circulation naturelle de l’eau via thermosiphon entre la partie lames/tubes d’eau et la chaudière à tubes de fumées.

TRAITEMENT DE FUMÉES

La filtration primaire est assurée par un dépoussiéreur cyclonique :

  • Son rôle est de capter les plus grosses particules et d’éteindre les poussières incandescentes.
  • Les particules sont collectées dans une trémie équipée d’une écluse pour assurer l’étanchéité à l’air.

 

La filtration secondaire est assurée soir par un filtre à manches soit par un électro filtre.

Filtre à manches

  • Avantages :
    • Meilleure efficacité, jusqu’à 15 mg/Nm3
    • Possibilité de capter les métaux lourds
  • Inconvénients : Plus de perte de charge / Risque incendie plus élevée / Consommables avec les manches

 

Electrofiltre

  • Avantage : Cout d’installation moindre / Risque incendie limité / Pas de consommables
  • Inconvénients : Efficacité moindre, 30 mg/Nm3 / 1,5x plus de consommation électrique par rapport au Filtre manche

 

Réduction des NOx

La réduction des rejets atmosphériques NOx est réalisable par la mise en place de mesures primaires uniquement
(pour atteindre les 300 mg/Nm3):

  • Foyer bas NOx avec combustion étagée
  • Recirculation de fumées

REGLEMENTATION

De nombreuses règles régulent le marché. Voici les plus importantes :

ICPE 2910 Combustion

2910 – A. Le bois soumis à cette réglementation est des plaquettes forestières et assimilées, des connexes ou sous-produits de première transformation (scierie), ou encore du bois d’emballage en fin de vie (palettes/calage).

Les seuils des différents régimes sont les mêmes que pour les combustibles commerciaux fossiles.

2910 – B. Le bois soumis à cette règlementation doit être du bois en fin de vie, très peu traité. Le régime pour la biomasse en 2910-B est unique, le bois déchets traité est soumis aux rubriques incinérateurs 2770 et 2771.

 

ICPE 1532 Stockage bois ou matériaux combustible analogue

Les seuils des différents régimes sont liés au volume du stockage (déclaration contrôlée, enregistrement ou autorisation).
Les caractéristiques du bâtiment de stockage bois respecte les prescriptions de l’arrêté type même si on n’est pas soumis à la rubrique.

AIDES A L’INVESTISSEMENT

FONDS CHALEUR

Conditions d’éligibilité

Réalisation d’une étude préalable avec justification des actions d’économies d’énergie qui vont être mises en œuvre.
Le rendement de la chaudière doit être supérieur à 85%.
Le plan d’approvisionnement en bois doit comprendre un certain pourcentage de bois issu de massifs PEFC.
Il y a également des contraintes sur les émissions de polluants atmosphériques Poussières et NOx.

Trois cas de figure sont envisageables :

 

  • Cas AAP BCIAT / Energie utile biomasse 1,2 GWh < CAPEX < 12 GWh/an

Aide forfaitaire en fonction de l’énergie utile biomasse produite

  • Cas AAP BCIAT / Energie utile biomasse > 12 GWh/an

Aide selon une analyse économique du projet avec des taux de subventions maximums

 

CEE

Les CEE possèdent des fiches d’opérations, certaines sont standardisées et d’autres plus spécifiques avec l’articulation fond chaleur.

Les CEE par fiches d’opération standardisées peuvent être des fiches classiques telles que
variateur, matelas isolants, traitement d’eau performant chaufferie vapeur, isolation thermique, parois planes, moteur IE4, indicateurs de performance énergétique, systèmes moto-régulés.

Les CEE par opérations spécifiques concernent les chaudières biomasses haute performance énergétique avec mise en place d’un condenseur.

Cette aide est potentiellement intéressante si le rendement de combustion est supérieur à une norme européenne. Également intéressante sur des projets vapeur mais complexe au niveau de l’estimation du montant de valorisation, qui n’est connu que bien après la réalisation d’un projet.

Raisonnement sur un coût global de la chaleur (P1+P2+P3+P4) en déduisant sur le P4 le fond chaleur et les CEE.

 

AIDES RÉGIONALES

Possibilité d’avoir un complément d’aide selon les régions.

 

 

AVANTAGES ET LIMITATIONS TECHNIQUES

AVANTAGES

  • Coût de l’énergie : prix bas avec augmentation prévisible et variabilité faible,
  • Émissions de CO2 quasiment nulles : seulement des émissions indirectes (transport/carburant),
  • Contribue à l’économie circulaire : Créer de l’emploi en local grâce à l’approvisionnement et à la main d’œuvre nécessaire à l’exploitation et la maintenance de la chaufferie bois et utiliser des ressources locales.

 

LIMITES TECHNIQUES

Fonctionnement

  • Taux de modulation limité
  • Réactivité faible
  • Mode de fonctionnement bi énergie indispensable pour palier au taux de disponibilité de la biomasse
  • Intermittence de fonctionnement fortement déconseillé
  • Temps de démarrage important (10 à 12h à froid)
  • Taux de disponibilité restreint
  • Exploitation et maintenance plus importante qu’une chaufferie gaz
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