La méthanisation agricole_2012fev09

Transcription

La méthanisation agricole
Bertrand AUCORDONNIER
ADEME Bourgogne
1C bd de Champagne BP 51 562
21 015 DIJON
03 80 76 89 80
[email protected]
1
Sommaire
- Présentation de l’ADEME
- Éléments techniques méthanisation
- Quels substrats
- Le digestat
- Le biogaz et sa valorisation
- Réglementation
- Aspects financiers
- État des lieux et installations en Bourgogne
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Présentation de l’ADEME
3
Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie
Établissement public à caractè
caractère industriel et commercial,
commercial créé en janvier 1992, sous tutelle :
•
du ministère de l’Écologie, du Développement durable, des transports et du logement ;
•
du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche ;
•
du ministère de l’économie, des finances et de l’industrie.
Mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l’environnement
Expertise et conseils pour les pouvoirs publics, les entreprises et les particuliers
Champs d’intervention :
•
Gestion des déchets ;
•
Efficacité énergétique et énergies renouvelables ;
•
Climat ;
•
Qualité de l’air et bruit ;
•
Actions transversales.
3 services centraux (Angers, Paris et Valbonne), 26 délégations régionales
1 000 salariés en France, 17 en Bourgogne.
La méthanisation en Bourgogne
Financement de projets, d’études et de recherche
4
Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie
Modes d’intervention en Bourgogne :
5 axes :
- Énergies renouvelables
- Efficacité énergétique et qualité environnementale du bâti
- Promethée – environnement et entreprises
- Approches territoriales, transports et urbanisme
- Information, observation, formation, éducation
Contractualisation avec les Conseils généraux sur les déchets ménagers
Programme Énergie Climat Bourgogne (PECB) = ADEME, Conseil régional, État, FEDER
5
La réaction de méthanisation
6
La méthanisation
Réactions microbiennes naturelles
en l’absence d’oxygène (réaction anaérobie)
et en présence de matière organique
7
La méthanisation
Température de digestion :
20°C (psychrophile)
38°C (mésophile)
55°C (thermophile)
pH optimal : neutralité
Rapport C/N = 10 et 30
8
Les techniques de méthanisation
Voie sèche (discontinue)
Photo: AILE
Infiniment mélangée (continue)
9
La méthanisation
Installation type (infiniment mélangé) :
10
Digesteurs
digesteur ‘infiniment mélangé’
11
Digesteurs
digesteur ‘infiniment mélangé’
- Surveiller le taux de matières sèches de la ration :
Photo: AJENA
La teneur maximale en MS de la ration en entrée est de 18 %.La teneur en matière sèche (MS) au sein
du digesteur doit rester en dessous de 12 % pour obtenir un mélange pompable et brassable.
- Les matières y séjournent le temps nécessaire à leur dégradation (40 à 60 jours).
- Le digesteur est étanche aux gaz et aux liquides. Il est, chauffé, isolé et son contenu brassé.
Il peut être enterré ou hors sol. Il est généralement en béton ou en acier inox
- Le dimensionnement et les équipements sont conditionnés par la composition de la ration (nature
des substrats entrants, temps de dégradation, risque de sédimentation…). Ils sont spécifiques de
chaque constructeur
12
Digesteurs
Photo: FNR
GAEC OUDET - Ardennes
Recht - Belgique
Photo: AJENA
13
Photo: AJENA
Digesteurs
mélangeurs
Photo: Bayern materialenband
Photo: Bayern materialenband
Photo: AILE
14
Digesteurs
Photo: AJENA
Système de chauffage
Photo: AJENA
15
Méthanisation par voie sèche
16
GAEC du bois Joly (85) – 68 ha, 115 VA, lapins
Méthanisation phase sèche
GAEC du Bois Joly - commune de la Verrie (85) - SAU : 68,4 ha
Vaches allaitantes (150 têtes) et élevage de lapins.
L'installation a été dimensionnée pour traiter 1 380 t/an d'effluents agricoles
17
Source : EDEN/ARIA
GAEC du bois Joly (85) – 68 ha, 115 VA, lapins
surface totale d'environ 3 120 m² dont 1 755 m² de surface utile correspondant
à l'ensemble des aires utiles à la méthanisation
18
Source : ADEME
19
Source : ADEME
Bilans du suivi
20
Source : ADEME
Installation discontinue de grande taille
Source : FNR
21
Source : FNR
Système box
22
Les substrats
23
Quels substrats
Substrats méthanisables :
toutes les matières organiques, attention aux produits ligneux
les déjections animales : lisier, fumier, fientes, purin, eaux
autres substrats agricoles : résidus de culture, tris de céréales
(coopérative), Attention : cultures énergétiques
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Les déjections animales
lisier → faible potentiel énergétique mais important pour le système
Fumier → attention à la teneur en matière sèche
manipulation plus difficile
digestion discontinue pour uniquement du fumier
Installations collectives : limiter les transports
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Autres substrats
déchets de collectivités :
tontes, feuilles (problème des déchets verts en mélange), fraction fermentescible des
ordures ménagères, boues de step, restaurant collectif (huile alimentaire usagé,
déchets fermentescibles)
déchets d’industries :
déchets de légumes, de fruits, lactosérum, Graisse d’abattoirs, huile alimentaire
usagée, Déchets de pâtisserie industrielle, de chocolaterie, …
Déchets verts → séparation obligatoire
Restes de repas → qualité des déchets (pré-traitement)
Graisses → attention à la quantité
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Potentiel méthanogène
27
Le digestat
28
Le digestat
La méthanisation conserve environ 90% de la matière entrante
Mais diminution environ de moitié de la teneur en matière sèche
Matière organique
fraîche
MO après méthanisation
Gaz (CO2, CH4)
Maturation (aération)
Devenir à long terme
dans les sols
Gaz (CO2)
MO biodégradable
MO biodégradable
MO résistante
MO résistante
MO humifiée
Humus du sol
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Le digestat
- diminution des odeurs
C/N
pH
- augmentation du pH du digestat
- diminuer le rapport C/N (environ de 5-6 / 1) pour le
digestat.
- Diminution des germes pathogènes (effet température/temps de séjour)
et réduction du potentiel de germination des graines d’adventices.
30
Le digestat
Aucune réduction de la teneur totale en azote, phosphore et potassium
Augmentation suivant les substrats entrants
Amélioration de la valeur fertilisante : minéralisation de l’azote
Source: AJENA
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Le digestat
Épandage du digestat : attention aux pertes
par aspersion
30°C
P
er
te
e
n
%
d’
a
m
m
o
ni
ac
par aspersion
12°C
pendillards
18°C
pendillards
18°C
enfouissement
Nombre d’heures après l’épandage
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Le digestat
Séparation de phase
33
Le digestat
Exemple :
Digestat : 5 000 t
5 uN dont 0,8 uN ammoniacal
5,4 uN dont 3,8 uN amm
4 250 t fumier bovin lait
450 t ensilage herbe
300 t issues de silo de céréales
500 t eaux blanches
5 500 t entrante
34
Le digestat
Exemple : Digestat - 5 000 t 5,4 uN dont 3,8 N amm
8
phase liquide
7
5
0,7
4
N amm
6,8
3
2
4,4
0
2,2
1
N
P
K
10
9
8
7
phase solide
6
5
2,9
4
N amm
3
2
9,2
6,8
0
Unité g/kg
Unité g/kg
6
3,2
1
35
0
N
P
K
Le biogaz
36
Le biogaz
- méthane (CH4) : 50 à 75%
- dioxyde de carbone (CO2) : 25 à 45%
- hydrogène sulfuré (H2S) : 2%
- vapeur d’eau (H2O) : 2 à 7%
-…
Photo: AJENA
37
Le biogaz
Chaudière biogaz
- production de chaleur
- peu coûteux
- 90% de rendement
73 kW (19 m3/heure)Photo: AJENA
38
Le biogaz
La cogénération biogaz
Source: AJENA
39
Le biogaz
Puissance : 500 kW
Puissance : 45 kW
Photo: AJENA
Photo: AJENA
40
Le biogaz
41
Le biogaz
Importance de valoriser la chaleur de la cogénération :
- économie et/ou recette supplémentaires
- valorisation du tarif d’achat de l’électricité
- meilleur rendement énergétique global
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Le biogaz
Injection dans le réseau :
-Production de biométhane : élimination du CO2, du soufre, des siloxanes, des composés azotés,…
Au final, on obtient un gaz très concentré, composé à plus de 95 % de méthane.
43
Le biogaz
Injection dans le réseau :
- dans les canalisations de distribution (injection à faible pression mais dépendant des
capacités du réseau à absorber tout le biogaz toute l’année) ;
- dans les canalisations de transport (pas de problème d’acceptation mais coûteux car
injection à haute pression).
44
Le biogaz
Biométhane carburant
- assimilé au carburant gaz naturel qui est déjà bien connu.
- utilisé à l’état gazeux, comprimé à 200 bars
- autonomie est d’environ 200 à 500 km
- réservoirs le plus souvent en acier ou en composite fibre de carbone pour réduire le poids
notamment pour les bus.
45
Réglementation
46
Réglementation
47
Réglementation
Quels sous-produits animaux (SPAN) peut-on traiter dans une installation biogaz
Règlement européen n°1069/2009 s’applique : trois catégories de SPAN
Seuls les SPAN de catégories 2 et 3 sont potentiellement méthanisables
*Le terme “lisier” désigne toutes les déjections des animaux d’élevage (hors poisson) et équidés
48
Aspect financier
49
Aspect financier
R é p a r t i t io n d e l 'in v e st i sse m e n t
Investissement variable :
- quantité et type de substrat
- type et puissance du moteur
- fosses existantes
- raccordement électrique
- équipement d’épandage
- canalisation biogaz
- réseau de chaleur
- injection réseau
Au t r e s f r a i s n o n
t e c h n iq u e s
( as su r an ce s,
in gé n ie iè re , m is e e n
G e s t i o n d u di g e s t a t
( h o r s séch ag e )
4%
se rv i ce , su i v i )
13%
D ige st e u r + po st dige st e u r
45%
Ré ce pt io n
re sso u rce s
10%
V a l o r is a t io n d u
b io g a z p a r
co g é n ér at i o n
28%
Moins de 100 kWél (≈ 2 000 à 4 000 t)
entre 8 000 et 12 000€ du kW
Entre 100 et 300 kWél (≈ 4 000 à 10 000 t)
entre 7 000 et 8 000 € du kW
Plus de 300 kWél (+ de 8 000 t)
≈ 6 000 à 7 000 € du kW
50
Aspect financier
Recettes :
- vente d’électricité ou de biométhane
- économie / vente de chaleur
- redevance déchets (éventuelle)
- économie d’engrais
Coût de fonctionnement :
- entretien / réparation
- main d’œuvre (minimum 1 heure par jour)
- redevance substrats (éventuelle)
- divers : consommation électrique, assurance, fioul, transport substrats
51
Aspect financier
Coût de fonctionnement :
Main-d’œuvre : Prévoir de 0,5h (30 kWe) à 3h30 (500 kWe) par jour pour la conduite et l’entretien
courant de l’installation. Le type de matières entrantes joue sur le temps de travail : apport de
matières solides (chargement de la trémie) ou apport de matières extérieures à l’exploitation
(réception, contrôle).
Entretien et réparation
Consommables : La consommation d’électricité pour le fonctionnement des pompes, brasseurs,
injecteurs (environ de 5 à 10 % de l’électricité produite). La consommation de fioul en cas de moteur
dual fioul.
Approvisionnement en substrats et épandage du digestat
Autres : analyses annuelles (matières, digestat…) une éventuelle assurance spécifique, les frais
financiers et les frais de gestion administrative.
52
Aspect financier
Vente d’électricité :
- Tarif de base :
de 11,19 à 13,37 c€ / kWh
de 2 MW à 150 kW
- Prime efficacité énergétique :
de 0 à 4 c€ / kWh
de 40 à 70 % de valorisé
Énergie totale (électrique et thermique) valorisée hors consommation des digesteurs et traitement des substrats
-Prime effluents d’élevages :
de 0 à 2,6 c€ / kWh
de 20 à 60 % d’effluents
en tonnage, en fonction de la puissance
53
Aspect financier
Tarif d’achat pour la méthanisation entre 11.19 c€ et 19,97 c€ /kWh
Tarif en
c€/kWh
Prime
effluents
élevage
+ 10 % pour DOM
< 2.6
Prime
efficacité
énergétique
<4
<4<3
<4
<4
+
Tarif de base
(interpolation
linéraire)
12.67
13.37
150
300
12.18
500
11.68
1000
11.19
2000
Puissance Électrique
installée en kWe
+
54
Aspect financier
55
Aspect financier
Réseau gaz
56
Aspect financier
Tarif garanti sur 15 ans
Tarif de référence (en
c€/kWh PCS*) ISDND
< 50 m3/h
9,5
50 < c < 350 m3/h
interpolation linéaire
entre 9,5 et 4,5
> 350 m3/h
4,5
Capacité
maximale de
production
Pi1(en c€/kWh
PCS)
< 50 m3/h
0,5
3
50 < c < 350 m3/h
0,5
interpolation
linéaire entre 3
et 2
> 350 m3/h
0,5
2
c€/kWh
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
9,5
Pi2 (en c€/kWh
PCS)
8,65
7,8
7,3
6,8
6,6
Pi1: déchets des collectivités (hors boues de step),
déchets des ménages et assimilés ou déchets de la
restauration hors foyer
6,4
Pi2: cultures intercalaires à vocation énergétique, déchets
ou résidus provenant de l’agriculture, de la sylviculture, de
l’industrie agroalimentaire ou des autres agro-industries
0
50
100
150
200
250
300
350
400
PCS = PCI + 44,03*N
où N = nombre de moles d’eau produites par la combustion
Capacité maximale de
production
Prime intrants :
PI = Pi1*p1 + Pi2*p2
57
Aspect financier
58
Typologie de projets
59
Typologie de projet
3 types de projets :
60
Typologie de projet
Petit projet agricole : à partir de 2 000 tonnes de matière
principalement des déjections
chauffage de 3 ou 4 maisons
- Simplicité montage de projet et fonctionnement
- Investissement plus faible
- Sécurité de l’approvisionnement
- Rentabilité délicate (besoin d’aide)
61
Typologie de projet
Projet agricole :
moins de 10 000 tonnes de matière
déjections de plusieurs exploit + co-substrats
chauffage d’une dizaine de maisons
- Participation de plusieurs exploitations, éventuellement de collectivités
- Projet pouvant être encore porté par une exploitation
- Valorisation de chaleur à trouver (réseau de chaleur intéressant)
- Maîtriser le gisement
- Investissement plus important, meilleure rentabilité (mais toujours besoin
d’aide)
62
Typologie de projet
Projet centralisé :
plus de 10 000 tonnes de matière
déjections de plusieurs exploit + co-substrats
chauffage d’un industriel ou village
- Construit autour d’une valorisation de la chaleur (industriel, collectivité)
- Complexité montage projet, logistique et éventuellement acceptation
- Sécurisation de l’approvisionnement important
- Investisseur extérieur
63
État des lieux en Bourgogne
64
Gisement en Bourgogne
En Bourgogne : 6,5 millions de tonnes de déjections par an composé à
près de 90% de fumier.
65
État des lieux en Bourgogne
En Bourgogne :
- deux installations en démarrage
- 4 projets en cours d’étude ICPE
- 8 projets en phase d’étude
- diversité des projets :
tous types d’exploitations
de 30 kW à 600 kWél
- deux installations en construction
66
Exemples en Bourgogne
GAEC des Plots (58): 640 ha – 300 charolaises - volailles
370 kWél 2 880 000 kWhél
418 kWth 3 344 000 kWhth - chauffage poulailler et habitations, projet de séchage
réseau de chaleur d’env 1 km
Investissement : 2,8 millions d’euros
Produits : environ 365 000 €
Fonctionnement : environ 150 000€
- 4 000 t fumier de bovin et 350 fumier de volaille du GAEC
- 2 000 t de fumier de bovin de 2 exploitations voisines
- 1 200 t de lisier de bovin d’une exploitation voisine
- 1 000 t de graisses d’IAA
- 300 t de pelouse
67
68
69
70
71
Ferme de l’abbaye de la Pierre qui vire (89):
170 ha – 70 VL et 70 chèvres - bio – transformation à la ferme
30 kWél 203 000 kWhél
45 kWth 338 000 kWhth (fromageries, habitations)
Investissement : 470 000 €
Produits : environ 50 000 €
Fonctionnement : environ 26 000 €
- 1 300 t lisier de bovin
- 120 t fumier de bovin
- 140 t fumier de chèvre
- 150 t issues de céréales
72
73
74
75
Développement de projet
- Projet cohérent à l’échelle de l’exploitation et du territoire
- Priorité des projets agricoles et partenariaux
- Réflexion projet :
questionnaire et appui Ademe/CA pour orienter le projet
étude de faisabilité
investissement
- Ne pas voir trop gros et penser à la viabilité sur 15 ans
76

La méthanisation agricole_2012fev09

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