CHAUFFAGE
Install Magazine 983 – avril 2022

Cogénération pour une caserne de pompiers à Charleroi

De longues périodes de fonctionnement grâce à une régulation et une installation adaptées

Pour qu’une installation de cogénération soit rentable, elle doit se caractériser par de longues périodes de fonctionnement. Plus l’installation tourne longtemps, plus le retour sur investissement est court. De plus, les cycles start-stop sont dommageables pour la durée de vie de l’installation. Mais pour arriver à un nombre d’heures de fonctionnement suffisant par an, une installation de distribution hydraulique adaptée se révèle nécessaire, de manière à ce que la cogénération puisse se décharger tant de la chaleur produite. Deuxième condition : on a besoin d’une régulation intelligente pour bien orienter les flux énergétiques. Avec l’installation de la nouvelle caserne de pompiers de Charleroi, Thema montre l’exemple : la cogénération a tourné au cours des dernières années entre 7.200 et 7.600 heures par an.

Une caserne au design récompensé

La caserne de pompiers de Charleroi, qui a été mise en service en 2016, est l’œuvre du bureau d’architecture Samyn et Partners, dont la conception a été primée. Ce qui saute avant tout aux yeux, c’est sa forme ronde, qui a été choisie de façon à ce que chaque véhicule puisse sortir directement du garage sans devoir manœuvrer. La caserne est entièrement équipée, avec entre autres une salle de sport, une tour pour les entraînements en hauteur, et même une piste d’athlétisme sur le toit qui encercle complètement le bâtiment. Lors de la conception, outre la fonctionnalité et la qualité architecturale, la durabilité a également été mise en avant : le bâtiment est équipé de panneaux solaires thermiques et photovoltaïques, ainsi que d’une cogénération. Il y a ensuite un système ingénieux de miroirs qui apporte la lumière du jour jusque dans le parking couvert. L’installation de chauffage avec chaudière, cogénération et capteurs solaires a été fournie par la société Thema, qui a également pris en charge la conception et la régulation.

Installation de cogénération

L’installation de cogénération est une EC Power XRGI 15 entraînée par un moteur à gaz, d’une puissance thermique et électrique respective de 30 kW_th .et 15 kW_élec.. Le prélèvement simultané d’électricité et de chaleur est déterminant pour le rendement d’une installation de cogénération. C’est ainsi qu’on met le mieux à profit l’énergie du combustible et qu’on réalise des gains conséquents par rapport à deux productions distinctes. Trouver des postes consommateurs d’électricité dans la caserne de pompiers n’est pas un problème : il y a en effet toujours quelque part des appareils qui ont besoin de courant. Utiliser la chaleur de manière bénéfique sur base annuelle constitue un grand défi. La demande varie effectivement avec le temps. Afin de garantir de suffisamment longues périodes de fonctionnement, y compris en cas de faible demande de chaleur, on associe généralement une cogénération à un réservoir tampon, qui alimente l’installation. Il ne s’agit pas d’une solution optimale, dans la mesure où la durée de fonctionnement de la cogénération est limitée au temps de chargement du réservoir tampon. Une fois que ce dernier est totalement chargé, la cogénération va en effet s’arrêter. EC Power possède une stratégie différente, avec un concept hydraulique permettant de fournir directement à l’installation le maximum de chaleur possible.

Demande de chaleur

Une première décision dans la conception consista à coupler autant de consommateurs de chaleur que possible à la cogénération. Le plus gros consommateur est naturellement l’installation de chauffage de la caserne. Celle-ci est desservie par une chaudière gaz à condensation Remeha Gas 610 Eco Pro de 654 kW. Il s’agit d’une double chaudière avec deux corps de chaudière distincts qui fonctionnent en cascade. La chaudière peut ainsi adapter de manière souple la puissance aux variations de la demande. Etant donné que la cogénération n’affiche qu’une puissance thermique de 30 kW, la demande est en général suffisante durant la saison de chauffe pour absorber le production de chaleur de cette dernière.

La production d’ECS est également raccordée à cette installation. Les principaux postes de consommation sont ici les douches pour les pompiers. L’ECS est produite à l’aide de quatre modules de production qui peuvent chacun fournir 30l/min, avec un débit de pointe de 120 l/min. Les modules de production sont alimentés par deux réservoirs tampon de 2000 l chacun. Le stockage de chaleur s’effectue entièrement avec de l’eau de chauffage permettant d’éviter de devoir maintenir de l’eau potable à température, ce qui réduit le risque de légionellose. Les accumulateurs destinés à la production d’ECS sont également reliés à des capteurs solaires thermiques. Il s’agit de 18 capteurs solaires Sonnenkraft SKR500L pour une surface totale de 45 m², qui sont reliés à deux réservoirs stratifiés de 2000 l chacun via un module de chargement stratifié SLM. Le tiers supérieur est toujours maintenu à température élevée par l’installation de chauffage, et donc aussi par la cogénération. Les deux tiers inférieurs sont chauffés uniquement par les capteurs solaires.

Tous ces circuits sont reliés au collecteur principal, qui est raccordé à la chaudière gaz par le biais d’une bouteille casse-pression. Il y a ensuite un circuit supplémentaire, qui est directement connecté à la cogénération. Celui-ci dessert un chiller à adsorption (InvenSor LTC 10 plus, 10 kW froid). Pour fonctionner, ces appareils ont la plupart du temps besoin de températures relativement élevées, mais ce modèle peut se contenter de 72°C, ce qui lui permet d’être associé à une cogénération.

Régulation

S’assurer que la demande de chaleur soit suffisante est une chose, mais il convient encore de commander l’installation de manière telle que la cogénération ait la priorité et ne soit pas évincée par les autres sources de chaleur, telles que les chaudières. C’est précisément le module d’injection Flow Master d’EC Power qui gère cela, et qui fait en sorte que le maximum de chaleur possible de la cogénération soit injecté dans l’installation.

La cogénération fonctionne à un régime primaire de 90/80°C. Ce circuit primaire est reliée à un circuit secondaire via un module hydraulique complet Q80, qui comprend un échangeur de chaleur et qui garantit, en toute autonomie, le maintien en température de la machine. Ce module dessert un chiller à adsorption , et est également raccordé au collecteur principal ainsi qu’à un tampon d’eau de chauffage de 2.000 l. Équipé d’un circulateur à vitesse variable, le module d’injection Flow Master commande les flux énergétiques dans le circuit secondaire. En mode chauffage, la priorité est donnée à l’injection directe dans le collecteur principal. Ce n’est que lorsque l’installation de chauffage ne peut plus absorber d’énergie, que le réservoir tampon de chauffage va se recharger. Le module Flow Master permet également de transférer rapidement les calories stockées dans le réservoir tampon en cas de forte demande d’énergie ponctuelle.

« L’intelligence embarquée de la régulation EC Power joue un rôle clé », explique Sébastien Schnoeck de Thema. « Sur base de capteurs, le système à auto-apprentissage analyse le fonctionnement du collecteur de chauffage, de façon à pouvoir détecter avec précision quand de l’énergie pourra être fournie à l’installation. Il compare à cet effet les températures de départ et de retour afin de déterminer la demande de chaleur. C’est un module de régulation qui pilote de façon autonome le fonctionnement de la cogénération et le transfert d’énergie vers le bâtiment, tout en autorisant une éventuelle communication avec une GTC. Notre expérience nous apprend que ce type de commande spécifique de la cogénération est sans doute la plus efficace. »

Fiabilité de fonctionnement

Les résultats parlent d’eux-mêmes : au cours des années passées, la cogénération a atteint entre 7.200 et 7.600 heures de fonctionnement par an. Depuis que l’installation a été mise en service, fin 2016, elle a produit pas moins de 533.965 kWh d’électricité, ce qui équivaut à une économie de 100 tonnes de CO₂. L’appareil fait en outre preuve d’une fiabilité –quasiment- à toute épreuve. Si les paramètres de fonctionnement sont respectés, on peut se contenter d’un entretien périodique. En principe, celui-ci intervient aux alentours des 8.500 heures de fonctionnement, mais dans ce cas, le client a trouvé plus commode d’opter pour un entretien annuel fixe. La société Equans gère le suivi des installations techniques. L’équipe de maintenance peut confirmer qu’une cogénération constitue une solution fiable et rentable, y compris à long terme, à condition de bénéficier d’une bonne conception et d’un système de régulation adapté. « De plus en plus de propriétaires de bâtiments se rendent compte des avantages d’une cogénération, surtout lorsque la fiabilité de fonctionnement est garantie », confirme Sébastien Schnoeck. Nous percevons un intérêt croissant pour de tels systèmes, et cela, avant la flambée des prix de l’énergie qui rend ces installations encore plus rentables qu’auparavant.»