Aachen - Energy Cities

Petite
Aachen
Cogénération
(Allemagne)
Après des expériences déjà nombreuses dans le domaine de la cogénération de grande et moyenne
taille, certaines municipalités européennes développent actuellement des projets de petite cogénération
y compris l’intégration et promotion des nouvelles technologies comme la pile à combustible, le moteur
Stirling ou la mini-turbine à gaz. La société immobilière communale d’Aachen et un fournisseur d’énergie
local ont mis en œuvre le premier projet de micro-turbines à gaz d’Allemagne.
ASPECTS GENERAUX
La ville de Aachen, qui compte 240 000
habitants, est située à cinq kilomètres de la
frontière entre la Belgique, les Pays-Bas et
l’Allemagne. Elle conserve de nombreux
témoignages de son passé, notamment sa
cathédrale et la chapelle de Charlemagne où
furent couronnés les rois allemands. Elle est
également un lieu de cure (thermes de chlorure
de sodium), un site industriel (textile,
métallurgie, denrées de luxe, etc.) et de
recherche.
Données climatiques :
Degrés jours (Base 15°C) :
Température annuelle moyenne :
Aachen
2 540
11,2 °C
CONTEXTE
La société ASEAG Energie GmbH est un fournisseur d’énergie qui, malgré sa taille relativement réduite,
s’implique fortement dans les secteurs de l’électricité, du gaz et du chauffage urbain. La Ville de
Herzogenrath possède 25,1 % des parts de ASEAG Energie GmbH (minorité de blocage), la Ville de
Würselen 13%. Elle a fait preuve ces dernières années d’un grand engagement en matière d’énergies
renouvelables et d’utilisation rationnelle de l’énergie. Citons notamment la subvention d’installations
photovoltaïques, la création d’une installation éolienne ou encore la construction de centrales de
cogénération.
Le modèle d’Aachen en matière de subvention de l’énergie photovoltaïque a fait couler beaucoup d’encre
pendant de nombreuses années jusqu’à la libéralisation du marché de l’électricité. A partir de ce
moment-là, ce distributeur communal d’électricité n’a plus été en mesure de payer, comme auparavant,
jusqu’à 0,90 Euro/kWh aux fournisseurs privés d’électricité photovoltaïque. ASEAG Energie GmbH avait
subventionné, jusqu’à fin 1999, 119 installations ayant une puissance totale de 375 kWp (production
annuelle estimée : 300 MWh). L’éolienne de ASEAG Energie GmbH (1,5 MW) a été inaugurée en
décembre 1997. Elle a fourni 3,26 GWh la première année, dépassant ainsi les prévisions des experts
(2,5 GWh) de 30 %. Un nouveau record a failli être battu en 1999.
Energie-Cités/ADEME
2001
Nouvelles technologies petite cogénération
Aachen (DE)
En 2000 et 2001, ASEAG Energie GmbH a financé à hauteur de 50.000 Euro des actions visant à
encourager une utilisation rationnelle de l’énergie. Ce programme d’incitation concerne les domaines
suivants :
• réduction des pertes d’énergie liées au mode stand-by
• appareils ménagers à faible consommation d’électricité
• chauffe-eau solaires (environ 40 Euro/m²).
• modernisation de bâtiments d’habitation (chaudière à gaz de condensation, raccordement au réseau
de chauffage urbain, pompes à chaleur électriques, isolation thermique, aération contrôlée des
appartements)
Energie-Cités/ADEME
2001
Nouvelles technologies petite cogénération
Aachen (DE)
EXPERIENCE DE AACHEN
Type de turbine à gaz
On appelle en général micro-turbine à gaz de petites turbines rapides dont les chambres de combustion
fonctionnent à des pressions et à des températures peu élevées, dans une fourchette de puissances
allant environ jusqu’à 200 kWe. Il n’existe pas encore de définition plus précise. Les micro-turbines sont
basées sur la technologie des turbocompresseurs de l’industrie aérospatiale. Il existe six fabricants
début 2001 sur le marché mondial (pour neuf modules d’une puissance de 30 à 100 kWe), seule une
petite partie de leurs appareils étant disponible à la vente.
Citons quelques-uns des avantages des micro-turbines :
• faibles coûts d’investissements spécifiques
• combinaisons libres pour produire de l’électricité, de la chaleur, du froid et de la vapeur.
• faibles émissions de polluants
• taux de rendement électrique de 25 - 28 %, en charge partielle également
• aucun lubrifiant nécessaire, très faibles besoins en maintenance
• fonctionne au gaz naturel, au fuel, au GPL, au gaz d’épuration, au grisou,
• mobilité et flexibilité grâce à l’indépendance par rapport au réseau
La micro-turbine à gaz Capstone qui fait l’objet de cette étude a été testée en 1999 par la société
Ruhrgas AG. Trois interruptions ont eu lieu pendant ce test, mais elles étaient liées au système du
combustible. Les données obtenues en matière de puissance, de rendement, de consommation
d’énergie, de température des gaz émis et de courants des masses de gaz émis correspondaient de
manière générale aux indications du constructeur. Ceci permettra au fournisseur allemand de
l’installation, G.A.S. Energietechnik de Krefeld, de garantir des intervalles de 8 000 heures entre les
différentes maintenances et de prévoir une durée de vie de 50 000
heures pour la micro-turbine à gaz. G.A.S., bien établi sur le
marché des moteurs de cogénération, s’est assuré la vente
exclusive pour l’Allemagne de la turbine de l’entreprise
californienne, dont voici les caractéristiques techniques :
Puissance électrique
Puissance thermique
Puissance calorifique
total
Rendement électrique
Rendement total
Température de la chaleur
récupérable
Dimensions
longueur
largeur
hauteur
28 kW
60 kW
110 kW
26 %
73 %
270 °C
2,500 m
0,800 m
2,000 m
L’installation pilote à Aachen
La première micro-turbine à gaz allemande a été officiellement mise en service en mai 2000 par ASEAG
Energie GmbH. Elle couvre les besoins de base en chauffage des 48 appartements du complexe de la
société immobilière d’intérêt public GeWoGe dans la Banker-Feld-Strasse à Aachen. De dimensions
similaires à une simple installation de cogénération, elle fonctionne entre 5.500 et 6.000 heures par an.
Après divers tests, l’installation est passée en fonctionnement automatique en octobre 2000. Un
accumulateur de chaleur de 6 m³ permet de ne faire travailler la turbine à gaz qu’à son taux de rendement
optimal de 96.000 tours par minute. Une chaudière à gaz de 200 kW couvre les pics de charge, aucune
redondance n’a été calculée lors de son dimensionnement.
Energie-Cités/ADEME
2001
Nouvelles technologies petite cogénération
Aachen (DE)
ASEAG Energie GmbH a conclu un contrat de
contracting pour les installations avec
GeWoGe, ce qui signifie que ASEAG a
planifié, construit et financé l’installation et la
gérera encore pendant une période de 15 ans,
pendant lesquels elle assurera simplement le
chauffage des locataires de GeWoGe.
A la suite de la libéralisation complète du
marché de l’électricité en Allemagne, ASEAG
peut utiliser le courant qu’elle produit de trois
manières différentes :
• injection dans le réseau de l’entreprise
communale, la STAWAG,
• transfert vers son propre réseau, distant de
quelques kilomètres uniquement,
• vente directe de l’électricité aux locataires bénéficiant déjà du chauffage.
Photo Hempel
La variante actuellement choisie est l’injection dans le réseau, mais la décision finale n’a pas encore été
prise. Des négociations longues et difficiles sont en cours entre les deux fournisseurs d’énergie
(communaux) à propos du prix de rachat de l’électricité injectée, des frais de transport et des droits de
distribution car le produit de la vente de cette électricité est décisif pour la rentabilité de l’installation.
Coûts liés à la turbine
ASEAG Energie GmbH a investi environ 150.000 Euro pour la centrale de chauffage. Sa tentative
d’obtenir des subventions publiques pour
l’utilisation de la première micro-turbine à gaz
allemande a échoué. Motif : le volume des
investissements consacrés à cette turbine à gaz
était de 45.000 Euro trop faible pour lui
permettre
d’en
bénéficier.
Les
coûts
d’investissement spécifiques de la turbine, de
1.500 Euro, restent légèrement supérieurs à
ceux d’une centrale de cogénération équipée
d’un moteur à gaz de la même catégorie de
puissance. Après un aperçu des prix indicatifs
fournis par l’Agence de l’Energie de la Ville de
Frankfurt pour 2000, la maintenance de la
turbine à gaz s’avère nettement plus
économique, et ce d’un facteur 2,4 (0,85 au lieu
de 2,15 cents d’Euro/kWh). Pour 6.000 heures
de fonctionnement, les économies se chiffrent à
2.200 Euro.
Les acteurs principaux
Outre ASEAG Energie GmbH, la société immobilière communale d’Aachen GeWoGe AG ainsi que le
fournisseur de la turbine à gaz, G.A.S. Energietechnik GmbH de Krefeld, sont également responsables
du projet d’Aachen. ASEAG et GeWoGe ont déjà installé ensemble une petite centrale de cogénération
équipée d’un moteur à gaz à l’occasion d’un autre projet immobilier à Aachen. A l’issue de ces
expériences positives, une autre centrale était prévue pour le site de la Banker-Feld-Strasse, mais
ASEAG, qui exploite de nombreuses centrales de cogénération habituelles de puissances allant de 15
kW e à 1,5 MW e, était depuis longtemps à la recherche d’une opportunité qui lui permettrait de tester une
alternative aux moteurs. Elle a pris contact avec G.A.S. par l’intermédiaire de l’université de Giessen, ce
qui a débouché sur la construction d’une installation de démonstration par les trois partenaires.
Energie-Cités/ADEME
2001
Nouvelles technologies petite cogénération
Aachen (DE)
L’utilisation rationnelle et écologique de l’énergie est un objectif
majeur de la GeWoGe, dont la Ville de Aachen possède environ
60 % du capital en actions. Elle l’a déjà démontré à travers de
nombreux projets innovants. Il convient tout particulièrement de
remarquer le projet pilote "Habitat pour les jeunes et les
anciens" mené en collaboration avec la Ville de Aachen, dont les
objectifs ambitieux sont à la fois sociaux (équipements collectifs)
et technologiques (utilisation de l’eau de pluie, centrales de
cogénération), le projet aboutissant en 2001 à la construction
d’un lotissement de maisons "passives" utilisant dans une large
mesure la technique solaire.
EVALUATION ET PERSPECTIVES
La micro-turbine à gaz d’Aachen a répondu aux attentes au
cours de ses trois premiers mois de fonctionnement
automatique, mais, début 2000, il était naturellement encore
impossible de donner des informations fiables en matière
d’entretien de l’installation et de rentabilité après une phase de fonctionnement aussi courte. Néanmoins
l'installation de Aachen a été élu "BHKW des Monats (cogénération du mois)" en octobre 2000 par le
magazine spécialisée Energie & Management. ASEAG Energie GmbH estime cependant déjà que les
installations de micro-turbines pourraient relancer la cogénération dans les fourchettes de puissances de
30 à 200 kWe, notamment dans le contexte d’une forte pression sur les prix à la suite de la libéralisation
du marché.
Le fabricant de la turbine, G.A.S. Energie GmbH, qui a installé une turbine de même type en 2000 chez
EWE à Oldenburg, partage également ce point de vue. L’installation à Oldenburg fait partie d’une centrale
de chauffage destinée à approvisionner un nouveau quartier qui compte actuellement 30 à 35 maisons
individuelles et devrait englober à terme environ 250 bâtiments. Capstone propose entre temps également
une turbine à gaz d’une puissance électrique de 60 kW. G.A.S. mettra cette installation au banc d’essai
avant de la commercialiser éventuellement en 2001.
.
POUR ALLER PLUS LOIN
ASEAG Energie GmbH
Stephan HUNZE
PF 33 30
D 52120 Herzogenrath
Tél. : +49 2407 579 14
Fax : +49 2407 579 37
Email : [email protected]
Http: www.aseag-energie.de
Cette fiche de cas a été réalisée par Energie-Cités grâce à la collaboration des responsables de
la compagnie énergétique locale ASEAG Energie GmbH et au soutien technique et financier de
l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME).
Energie-Cités/ADEME
2001