Optimisation du fonctionnement de la chaudière et de l ...journees.astredhor.fr/IMG/pdf/Atelier_2-5_Eric_BRAJEUL_Chaufferie... · Fioul lourd Fioul domestique 1 % de rendement en

Serres horticoles et énergie, quel avenir ? 30 et 31 janvier 2008 1

Ctifl

Optimisationdu fonctionnement

de la chaudièreet de l’open buffer

E. BRAJEULD. LESOURD, A. GRISEY (Ctifl)T. BEAUSSE (Gaz de France)


CtiflPlan de l’intervention

1. La chaufferie : mise en œuvre et réglementation

2. Mise en œuvre du condenseur

3. Mise en œuvre de l’open buffer

4. Optimisation de la chaufferie avec open buffer


Ctifl1. Les équipements de chauffage

Elle doit satisfaire des critères de conception, d’exploitation, d’entretien et de réglage.

• Chaque chaufferie doit être adaptée :

- aux besoins spécifiques propres à chaque serre et à son environnement énergétique,

- à la présence ou non d’une cogénération,- à la stratégie de l’exploitant,- aux caractéristiques géographiques et

climatiques du lieu.



• Le rendement de la combustion : C’est le réglage de combustion pour un excès d’air minimum et pas d’imbrûlés.

• La performance thermique : C’est rejeter les fumées à la température la plus basse possible et au niveau de condensation de la vapeur d’eau des gaz de combustion.

• La souplesse : C’est répondre aux besoins le plus rapidement possible et sur la plage de fonctionnement la plus étendue.

• La fiabilité/la sécurité

• La longévité



• Maîtrise de l’hydraulique

- connaissance des pertes de charge, des débits d’eau des différents circuits et des pressions,

- schéma synthétique d’ensemble affiché en permanence en chaufferie,

- bon équilibrage des différents réseaux,- quantification des appoints d’eau compensant

les fuites / traitement de l’eau,- maintien en pression des réseaux d’eau, en

évitant les vases d’expansion à l’air libre.



• Choix du brûleur

- Caractéristiques : type de combustible, plage de fonctionnement, type de brûleur,

- Bonne adéquation chaudière / brûleur et puissance installée / besoins des serres,

- Brûleur modulant : permet d’optimiser la puissance en fonction des besoins en serre,

- Augmentation de la performance du brûleur avec l’acquisition d’une sonde à oxygène qui améliore la combustion par régulation de la teneur en oxygène dans le foyer.


Ctifl

• Amélioration du rendement de la chaudière

- Régler la combustion avec un excès d’air minimum et peu d’imbrûlés.

1. Les équipements de chauffage

Gaz Naturel Propane Fioul lourd

Fioul domestique Bois Charbon

Rendement moyen 90 à 95 % 90 à 95 % 85% 88 % 60 à

85%70 à 80

%CO2récupérable

Oui : 1 m3

1,8 kg Oui : 1 m3

5,7 kg Non Non Non Non


Ctifl

• Amélioration du rendement de la chaudière

- 1% de rendement en moins engendre pour une même puissance utile allant en serre une augmentation de l’énergie primaire consommée.

Chaudière de 100 KW Gaz Naturel Propane Fioul

lourdFioul

domestique 1 % de rendement en moins 3,32 c€/h 5,60 c€/h 3,20 c€/h 5,30 c€/h

Soit pour un fonctionnement annuel de 5000 h (~ 6 mois)

166 € 280 € 160 € 265 €



Ctifl

• Importance du calorifugeage

Bien calorifuger son réseau,

c’est éviter des déperditions de 1000 W/m et cela permet de réaliser une économie d’énergie d’environ 3 %.

Eau

Calorifuge

Perte par conduction



Ctifl

• Optimisation de la production d’énergie

- Ballon de stockage d’eau chaudeDéconnecter consommation de chaleur et de CO2

- Cas particulier : open bufferDéconnecter production et consommation de chaleur

- Logiciel spécifique de gestionAdapter la production de chaleur au contrat d’approvisionnement en énergie



Ctifl 1. La chaufferie : rappel de la réglementationLes installations de combustion relèvent de la rubrique 2910 de la nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE).Cette rubrique définit les seuils de déclaration et d’autorisation selon la puissance de l’installation.

A partir de 2 MW Déclaration

A partir de 20 MW Autorisation


Ctifl

• Contrôles et opérations d’entretien

Puissance en MW

Fioul domestique

Fioul lourd

Combustibles gazeux

Chaudières neuves 0,4<P<50 89 88 90

Chaudières existantes

0,4<P<2 85 84 862<P<10 86 85 8710<P<50 87 86 88

Le décret n° 98-817 du 11 septembre 1998 relatif aux rendements minimaux et à l’équipement des chaudières de puissance nominale comprise entre 400 kW et 50 MWimpose de calculer au moins tous les 3 mois pendant la période de fonctionnement, et à chaque remise en route, le rendement caractéristique de la chaudière. Les résultats doivent être consignés dans un livret de chaufferie.

1. La chaufferie : rappel de la réglementation


Ctifl

• Contrôles et opérations d’entretienÉléments de contrôle obligatoires

(décret n° 98-817 du 11 septembre 1998)Puissance 400 kW < P ≤ 2 MW 2 MW < P ≤ 10 MW 10 MW < P ≤ 50 MW

T °C (fumées) Indicateur

Analyseur des Gaz de Combustion :

% CO2 ou % O2 Portatif Automatique

Déprimomètre (sauf si foyer en surpression) Indicateur Enregistreur

Fonctionnement Indicateur d’allure de fonctionnement

Indicateur de débit de combustible ou de fluide caloporteur

Pression de vapeur - Enregistreur

T °C (fluide caloporteur) Indicateur Enregistreur

1. La chaufferie : rappel de la réglementation


Ctifl 1. La chaufferie : rappel de la réglementation

• Contrôles et opérations d’entretienLe décret n° 98-833 du 16 septembre 1998impose pour les installations de 1 MW et plus, une visite tous les 3 ans par un organisme agréé par le Ministère de l’industrie.

Objectif des visites :- calcul du rendement caractéristique des

chaudières,- vérification des appareils de contrôle,- contrôle du bon état de l’installation de distribution,- vérification de la qualité de combustion,- contrôle de la tenue du livret.



• Valeurs limites d’émission (arrêté du 25 juillet 1997 pour les installations soumises à déclaration)

Combustibles Catégorie Oxydes de soufre

Oxydes d’azote Poussières

P<10 MW

P>10 MW P<4 MW 4<P<10

MW P>10 MW

Gaz naturelNouvelle

35150* 100

5Existante 225* 150

Gaz de pétrole liquéfiésNouvelle

5200* 150

5Existante 300* 225

Fioul domestiqueNouvelle 350

170 ( en 2008)

200* 15050Existante 300* 225

Autres combustibles liquides

Nouvelle1700

550* 500150 100 100*

Existante 825* 750

Combustibles solidesNouvelle

2000550*

150 100 100*Existante 825*

BiomasseNouvelle

200500

150 100 100*Existante 750



• Autres points (rubrique n° 2910 ICPE) :

- hauteur de cheminée,

- bâtiment de chaufferie (implantation, accès, ventilation, comportement au feu des bâtiments, équipements …),

- stockage des combustibles.


Ctifl 1. La chaufferie : diagnostic, contrôles et maintenance

⇒ Le diagnostic énergétique de sa chaufferie permet d’améliorer les performances de son installation et d’identifier des pistes d’économie d’énergie.

⇒Des contrôles réguliers des températures d’eau et de fumées permettent de vérifier le bon fonctionnement de son installation.

⇒ Le nettoyage des corps de chauffe du côté« eau » et du côté « fumées » permet d’optimiser l’échange thermique.


Ctifl2. Mise en oeuvre du condenseur

• Principe

- Associé à une chaudière traditionnelle utilisant des combustibles gazeux (gaz naturel, propane, butane),

- Permet de récupérer de l’énergie rejetée par les produits de combustion sous forme de chaleur sensible et latente en abaissant la température des fumées.

Cette énergie sert à produire de l’eau àune température de 40 à 60 °C.



• Principe

- La quantité de chaleur récupérée permet d’augmenter le rendement de la chaudière et ainsi d’atteindre des rendements proches de 105 % sur le PCI,

- Pour atteindre le rendement optimal, il convient d’avoir une température de retour de chauffage inférieure à 50 °C.



• Optimisation

Température de retour Chauffage

Rendement sur PCI %

50 °C 97,5

40 °C 101,5

DT= 10 °C Perte de 4 %


Ctifl3. Mise en oeuvre de l’open buffer

• Principe- Permet le découplage total de la production

de chaleur et de sa distribution dans la serre.- Le fonctionnement du brûleur à régime

constant relativement faible optimise le rendement de combustion et maximise la production de CO2 sur de longues périodes en phase avec les besoins des plantes.

- Un fonctionnement à régime constant permet également d’écrêter les pics de consommation de combustible.

- Présente un intérêt particulier pour les chaudières à biomasse.



• Comparaison système traditionnel (classique) etOpen Buffer

Stockage traditionnel

Stockage type Open Buffer

Ballon de stockage

Ballon de stockage



• Aménagements- Chaudière pour produire de la chaleur à

température constante grâce à un brûleur modulant et à une pompe de charge à débit variable.

- Pompes à débit variable au niveau des réseaux d’alimentation des serres, de manière à permettre une bonne maîtrise de la température des eaux de retour, afin d’obtenir une bonne stratification des températures verticales dans le ballon de stockage (90 à 95 °C en haut – 40 à 45 °C en bas).



• Aménagements

- Remplissage du ballon piloté par un outil informatique en fonction de consignes fixes ou d’une modélisation des besoins thermiques des serres.

- Capacité du ballon de stockage plus importante qu’un ballon classique : environ 150-200 m3/ha installé.


Ctifl 4. Optimisation de la chaufferie avec open buffer

1. Présentation de l’étude menée sur le sitedu Ctifl de Carquefou

2. L’open buffer

3. Le condenseur

4. Le ballon de stockage

5. L’injection de CO2


Ctifl 4.1. Analyse d’une serre instrumentée


Ctifl

DépartEau Chaude

Fumées vers atmosphère

comptage gaz naturel

Economiseur

Brûleurgaz naturel

Gaz de Combustion CO2 Vers

Evacuation de l'eau condensée des gaz de combustion

Eau de recyclage

1116 kW

Variateur de fréquence

Régulateur

200 m3

65C

90°CDépartEau Chaude

Fumées vers atmosphère

Comptage gaz naturel

lateur

Brûleurgaz naturel

Eau de recyclage

1116 kW

Régulateur

C ompt .

C o mp t . C ompt .

C o mp t . C o mp t .

Temp x 12

Temp

T emp

Temp

T emp

Temp Temp

T emp

Temp

TempTemp

C O2

Temp

p osit ion

p osit ionposit io n

po sit ionposit ion

po sit io n

po sit io

Temp

90

• 180 voies de mesures, par pas d’acquisition de 10’,

• Pour des semaines types,

• Différentes configurations.

4.1.Un ensemble mis sous surveillance


Ctifl

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

T emp s f ro idp ilo t ag e manuel

Temps mo yenp ilo t ag e manuel

T emps mo yen OpenB uf f er avec

co nsig nes lo g icielmod e nivellement

Temps mo yen OpenB uf f er avec

co nsignes log icielmo de co nsommat io n

T emps d o uxp ilo t age manuel

T emp s d oux sansOp en B uf f er

T emp s chaudp ilo t age manuel

DJU semaine = différence de température entre la serre et l'extérieur

4.1. Les cas de fonctionnement


Ctifl 4.2. Comparaison des rendements « moyens »

98,5%

99,0%

99,5%

100,0%

100,5%

101,0%

101,5%

102,0%

102,5%

Temps f ro idp ilo t age manuel

Temps moyenp ilo t age manuel

Temps mo yen OpenB uf f er avec

co nsignes lo g icielmod e nivellement

T emps moyen OpenB uf f er avec

co nsignes lo g icielmode

consommat io n

Temp s do uxp ilo t ag e manuel

Temp s do ux sansOpen B uf f er

Temps chaudp ilo t age manuel

Rendement chaudière


Ctifl 4.2. Analyse des différencesde rendementsOn constate 2 à 5 % de différence de rendement dus à différents effets cumulatifs qui sont principalement :

• un fonctionnement plus régulier évitant ainsi les arrêts et démarrages,

• une combustion mieux maîtrisée avec un excès d’air optimisé hors allure réduite,

• une température d’eau alimentation du condenseur plus basse.


Ctifl 4.2. Comparaison des débits de gaz appelés dans la semaine

Gaz 1 + Gaz 2

-

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000

03/04 04/04 05/04 06/04 07/04 08/04 09/04 10/04 11/04 12/04

kWh PCS Gaz 1 + Gaz 2

-

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000

15/04 16/04 17/04 18/04 19/04 20/04 21/04 22/04 23/04 24/04

kWh PCS

Temps doux AVEC open buffer

Temps doux SANS open buffer

Fonctionnement moyen avec open buffer

Fonctionnement moyen sans open buffer


Ctifl

30

35

40

45

50

55

Temps froid pilotagemanuel

Temps moyenpilotage manuel

Temps moyen OpenBuffer avec

consignes logicielmode nivellement


consignes logicielmode

consommation

Temps douxpilotage manuel

Temps doux sansOpen Buffer

Temps chaudpilotage manuel

Température retour eau vers condenseur

4.3. Le condenseur

30

35

40

45

50

55

99.5% 100.0% 100.5% 101.0% 101.5% 102.0% 102.5%

Température alimentation (°C)

Rendement moyen


Ctifl 4.4. Evolution des températuresdans le ballon de stockage

T e m p é r a t u r e s d e s n iv e a u x d u B a llo n d e s t o c k a g e

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

2 0 / m a i 0 : 0 0 2 1 / m a i 0 : 0 0 2 2 / m a i 0 : 0 0 2 3 / m a i 0 : 0 0 2 4 / m a i 0 : 0 0 2 5 / m a i 0 : 0 0 2 6 / m a i 0 : 0 0 2 7 / m a i 0 : 0 0 2 8 / m a i 0 : 0 0 2 9 / m a i 0 : 0 0

T e m p B 1 T e m p B 2 T e m p B 3T e m p B 4 T e m p B 5 T e m p B 6T e m p B 7 T e m p B 8 T e m p B 9T e m p B 10 T e m p B 11 T e m p B 12T e m p é r a t u r e m o y e n n e

Temps chaud

T e m p é r a t u r e s d e s n iv e a u x d u B a llo n d e s t o c k a g e

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

2 8 / m a r s12 : 0 0

2 9 / m a r s0 : 0 0

2 9 / m a r s12 : 0 0

3 0 / m a r s0 : 0 0

3 0 / m a r s12 : 0 0

3 1/ m a r s0 : 0 0

3 1 / m a r s12 : 0 0

0 1 / a v r0 : 0 0

0 1/ a v r12 : 0 0

0 2 / a v r0 : 0 0

0 2 / a v r12 : 0 0

0 3 / a v r0 : 0 0

0 3 / a v r12 : 0 0

0 4 / a v r0 : 0 0

0 4 / a v r12 : 0 0

0 5 / a v r0 : 0 0

0 5 / a v r12 : 0 0

T e m p B 1 T e m p B 2 T e m p B 3T e m p B 4 T e m p B 5 T e m p B 6T e m p B 7 T e m p B 8 T e m p B 9T e m p B 10 T e m p B 11 T e m p B 12T e m p é r a t u r e m o y e n n e

Temps moyen


Ctifl 4.4. Stratification des températures dans le ballon de stockage

40

50

60

70

80

90

28/mars12:00

29/mars0:00

29/mars12:00

30/mars0:00

30/mars12:00

31/mars0:00

31/mars12:00

01/avr0:00

0112


Ctifl 4.4. Le Ballon de stockage

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

Temps froid pilotagemanuel



consignes logicielmode nivellement


consignes logicielmode

consommation




Température moyenne ballon



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

T emps fro idpilo tage manuel

T emps mo yenpilo tage manuel

T emps mo yenOpen B uffer avecco nsignes lo gicie lmo de nivellement

T emps mo yen OpenB uffer avec

co nsignes lo gic ielmo de

co nso mmatio n

T emps do uxpilo tage manuel

T emps do ux sansOpen B uffer

T emps chaudpilo tage manuel

Part du ballon dans la fourniture d'énergie



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

T emps f ro idpilo tage manuel


T emps mo yenOpen B uffer avecco nsignes lo gicielmo de nivellement

T emps mo yen OpenB uffer avec

co nsignes lo gicielmo de

co nso mmatio n




Taux d'activité du ballon


Ctifl 4.5. L’injection de CO2 en serres

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

Temps froidpilotage manuel


Temps moyenOpen Buffer avecconsignes logicielmode nivellement

Temps moyenOpen Buffer avecconsignes logiciel

modeconsommation




Taux de récupération de CO2 dans la journée par rapport aux émissions de la chaudière



0

20

40

60

80

100

120

T emps fro idpilo tage manuel


T emps mo yenOpen B uffer avecco nsignes lo gic ielmo de nivellement

T emps mo yenOpen B uffer avecco nsignes lo giciel

mo deco nso mmatio n




MWh PCS pour la semaine



0

100

200

300

400

500

600

700

800

Temps froidpilotage manuel


Temps moyenOpen Buffer

avec consigneslogiciel modenivellement

Temps moyenOpen Buffer

avec consigneslogiciel mode

consommation


Temps douxsans Open

Buffer


ppm moyen de CO2


CtiflQuelques points de bonne gestion

Compter l’énergie dépensée,

Calculer les ratios en fonction de la surface, de la température moyenne extérieure et de l’ensoleillement,

Comparer avec ce qui se fait de mieux dans le secteur,

Vérifier les appoints d’eau,

Agir si la moindre dérive est constatée,


CtiflQuelques points de bonne gestion

Solliciter un œil extérieur qui ne verra pas la même chose que vous,

Vérifier la combustion régulièrement par du personnel compétent,

Ne pas hésiter à faire effectuer des équilibrages hydrauliques à l’aide d’instruments de mesures,

Travailler la stratification des ballons,

Ne pas hésiter à dédier des circuits basses températures aux condenseurs.


CtiflConclusionsLes points à retenir :

1. S’informer et se former,2. Garder son esprit critique et se méfier des

situations dites « normales »,

3. Ne pas hésiter à s’entourer de « spécialistes »,

4. Conserver son bon sens et se méfier des utopies thermiques,

5. Prendre son temps avant l’action,6. Agir.

Merci de votre attention


CtiflCtifl

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