Trigénération ORC à l`hôpital Sud Francilien

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✿ COGÉNÉRATION
Trigénération ORC
à l’hôpital Sud Francilien
Dessin d’une vue aérienne de l’hôpital, agence d’architectes Groupe 6
Pour la construction du tout nouveau Centre Hospitalier Sud Francilien (CHSF), implanté sur Corbeil-Essonnes Évry en
région parisienne, les responsables de l’établissement public ont souhaité répondre aux exigences du référentiel HQE®.
Le CHSF a satisfait aux audits en phases de programmation et de conception. Il est aujourd’hui le 1er hôpital français
certifié NF Bâtiments Tertiaires-Démarche HQE®. Le référentiel HQE s’appuie sur le respect des 14 cibles HQE, chacune
d’entre étant analysée en tenant compte de l’impact environnemental du bâti. Les porteurs du projet, concernant la cible
no 14 Gestion de l’énergie, ont choisi entre autres choses de recourir à une production énergétique en trigénération à
partir de biomasse, une première en France. La chaufferie biomasse a été dimensionnée pour couvrir 84% des besoins
de chaleur et de froid, et une production d’électricité couvrant plus de 10% des besoins courants de l’hôpital.
D’une surface utile de 110 000 m², d’une capacité de plus de 1 000 lits et fonctionnant avec 3 500 agents, l’hôpital a été livré en 2011 par le groupe Eiffage
dans le cadre d’un partenariat public-privé. Les besoins énergétiques en pointe
sont les suivants :
– 5,5 MW de puissance de rafraîchissement
– 7 MW de puissance de chauffage
– 6,6 MW de puissance électrique
La chaufferie a été réalisée par Eiffage Energie (anciennement Forclum, filiale
de Eiffage). Les équipements principaux sont les suivants :
– Une chaudière bois de 3,5 MW de marque Eratic.
– Deux chaudières mixtes gaz/fioul en appoint et secours total pour 7 MW.
– Un bloc de cogénération Turboden de 2,9 MW chauffage et 528 kW électriques.
– Un groupe froid à absorption de 2 MW de marque York
– Quatre groupes froids électriques en appoint et secours total pour 5,5 MW.
La génération par fluide thermique selon le Cycle Organique de
Rankine (ORC) L’ORC est un turbogénérateur, composé d’un module facile
à transporter et à installer, pré-assemblé, spécialement étudié pour travailler
avec des sources de chaleur à moyennes et basses températures. La source de
chaleur peut-être apportée par de l’eau chaude ou de l’eau surchauffée, mais
le meilleur rendement est obtenu avec des chaudières à huile thermique. Ces
chaudières travaillent avec un fluide caloporteur qui ne présente pas de changement de phase à basse pression jusqu’à des températures élevées proches de
340◦ C. Dans le bloc de cogénération, l’huile thermique chauffée va évaporer un
second fluide, dit de travail, dans un évaporateur. Ce fluide de travail, généralement de la famille des siloxanes, produits à forte masse molaire (Des « huile
au silicium » – Dans la famille, les silocones sont des siloxanes polymérisés),
dispose d’une détente dans la turbine plus efficace que celle de l’eau à petite
échelle, ce qui confère au cycle un meilleur rendement qu’en vapeur dans ces
conditions. Après détente, la vapeur organique de travail est refroidie au travers
du régénérateur qui préchauffe le fluide sous phase liquide et est condensée
par le retour du réseau de chauffage (un troisième circuit) qui va récupérer la
chaleur de condensation. Le liquide organique de travail est ensuite pompé dans
le préchauffeur et l’évaporateur, complétant ainsi la séquence des opérations en
circuit fermé.
Schéma de principe applications Turboden
sur www.bioenergie-promotion.fr – Circulateur d’idées
Module ORC du CHSF, photo Turboden
Bioénergie International no 17 - 2012 Page 29
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✿ COGÉNÉRATION
Vue de l’hôpital, photo agence d’architectes Groupe 6
L’installation du CHSF a été fournie par le constructeur
italien Turboden, l’un des plus anciens constructeurs de modules ORC dans le Monde puisqu’il commercialise ses produits depuis 1982. Actuellement, Turboden a effectué plus de
150 installations en Europe et 60 sont en construction.
bonnes conditions jusqu’à 10% de la charge nominale, et un
fonctionnement silencieux.
Le froid par absorption Au CHSF, un groupe à absorption de 2 MW est alimenté en eau à 105◦ Cpar la ou les
chaudières. Cet équipement fonctionne l’été et rejette une
Un rendement de cycle élevé à petite échelle Le ren- chaleur basse température, qui est dissipée par des ventilodement électrique des systèmes ORC va se situer entre 15 convecteurs extérieurs. Ce groupe est suppléé par quatre
et 25%, ce qui peut paraître modeste en comparaison des groupes à compression, fonctionnant donc à l’électricité, pour
rendements de 30 à 45% en vapeur surchauffée, mais on ne l’appoint et le secours total. Comme pour la production thertravaille pas du tout à la même échelle. Un système à vapeur mique, le groupe à absorption a été dimensionné pour couvrir
à petite échelle (moins de 1 MWé) procurera des rendements la grande base de la courbe des appels de puissance, pour
nettement moins bons que l’ORC. Cet argument est bien en- atteindre 80% de couverture, les groupes électriques n’intervetendu le premier dans le choix de cette technologie, mais il nant qu’en périodes de pointes, de pannes ou d’entretien du
n’est pas le seul.
groupe principal.
Forte limitation des risques Le fait de travailler à basse
pression évite toutes les questions d’explosion et leur cortège
de contraintes réglementaires. Les risques de corrosion sont
également écartés étant donné la nature hydrofuge du fluide
de travail qui, contrairement à la vapeur, n’érode pas et de corrode pas les conduits, les sièges des soupapes ni les aubes
de la turbine. La durée de vie des blocs ORC en est par conséquent fortement allongée par rapport à des installations en
eau.
De plus la masse molaire du fluide, plus élevée de celle
de l’eau, permet d’avoir un faible nombre de tours de la turbine ce qui permet une liaison directe au générateur électrique
sans pertes de charges du au réducteur interposé ainsi que
de faibles tensions mécaniques sur la turbine due à la faible
vitesse périphérique. Par contre, la présence de produits inflammables (huile et fluide de travail) nécessite des autorisations
spéciales.
Economie et souplesse de fonctionnement
D’un
point de vue économique, l’installation en basse pression coûte
moins cher à l’investissement. Elle peut par ailleurs fonctionner
sans surveillance physique, juste avec des contrôles de l’opérateur espacés de plusieurs jours. Cette maintenance n’exige
pas un personnel spécialisé et l’installation peut fonctionner
en automatique à distance, suivie par les mêmes opérateurs
que ceux de la chaudière. La simplicité et la rapidité des procédures de mise en marche et d’arrêt, sont également des
avantages.
Les ORC ont démontré qu’ils n’exigeaient qu’une maintenance minime (3 et 5 heures par semaine), garantissant
une haute fiabilité avec des coûts de maintenance et d’exercice très bas. Turboden annonce une disponibilité de 98%
sur ses installations. Notons enfin de bonnes performances
à charge partielle, l’installation pouvant fonctionner dans de
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L’absorbeur, photo Eiffage Energie
Contact : Stéphane Sénéchal
Turboden S.r.l., Via Cernaia 10 - 25124 Brescia - Italie
Tél : +39 030 355 20 01 - Mob : +39 345 373 96 04
[email protected] - www.turboden.com
Frédéric Douard, Bioénergie International
Tous les jours, toute l’actualité des bioénergies
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