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Projet Européen LOVE

Production d'électricité sur site industriel par valorisation thermodynamique de rejets thermiques

Le pôle Innovation et Démonstration en Efficacité Energétique des Systèmes (I.D.E.E.S) a mis au point une nouvelle technologie de récupération d'énergie et de dépollution des fumées. Le travail a été réalisé dans le cadre d'un projet Européen LOVE.

Dans de très nombreuses industries, plus de 50% de l'énergie consommée lors du processus industriel se retrouve sous forme de rejets thermiques et est donc perdue. Les usines de production de ciment rejettent notamment cette énergie sous forme de fumées dont la température peut aller jusqu'à 120°C. Le béton étant, après l'eau, l'une des ressources les plus utilisées au monde, de tels rejets thermiques constituent de gigantesques gisements potentiels de valorisation énergétique.

Lancé en octobre 2010 et financé par l'Union Européenne, le projet "LOVE" (LOw-temperature heat Valorisation towards Electricity production) visait à démontrer la faisabilité technique et économique de la valorisation de ces déchets thermiques à basse température (< 120°C).

Membre du consortium du projet LOVE, le CES a développé un système de récupération de ces fumées industrielles issues de rejets thermiques de cimenterie. Après une phase de design, puis de modélisation du système pour en valider les choix thermiques, les chercheurs du centre en réalisé deux prototypes démonstrateurs testés sur banc d'essai en laboratoire, puis sur un site en situation réelle.

Le premier prototype, installé chez Holcim, à Hovers en Allemagne, était composé d'un système de récupération de chaleur des fumées sortant du broyeur de matières premières et utilisait l'eau comme caloporteur entre les fumées et le système thermodynamique ORC (cycle organique de ranking). Relié au système ORC, le prototype pouvait générer une puissance électrique de 10kWe.

Le second, installé chez CEMEX, à Kollenbach, également en Allemagne, était lui composé d'un système ORC et d'un récupérateur de chaleur de l'air chaud et humide sortant du broyeur de ciment. Sa puissance électrique allait jusqu'à 50 kWe. Les premiers retours d'expérience ont confirmé la viabilité de la technologie mise en place. Néanmoins, des problèmes de corrosion et d'oscillations sont rapidement apparus. Sur le site de Holcim, les fumées récupérées, très chargées en souffre et en chlore, se sont avérées plus corrosives que prévu. L'échangeur de fluides (eau-fumées), protégé par l'extérieur, l'avait été insuffisamment à l'intérieur du système. De plus, à chaque arrêt de l'outil de production, l'eau stagnante se chargeait davantage en souffre et corrodait le matériel très rapidement.

Un phénomène d'oscillation du fonctionnement du système (lié notamment à une mise en sécurité de la turbine due aux températures aléatoires des fumées) était également apparu, dégradant l'efficacité du système.

Le remplacement de l'échangeur par des pièces en inox a rapidement résolu le problème de corrosion, l'ajout d'un système prédictif a permis de pallier les oscillations du dispositif.

Mais si le projet a pu être validé d'un point de vue strictement technique (les 100 kWe ont effectivement été produits), des réserves sont apparues quant à sa rentabilité économique.

Les lois de la thermodynamique associées à des calculs économiques montrent qu'il est encore difficile de récuperer de l'énergie d'une source à basse température à des coûts acceptables. En effet, avec une prix de l'énergie relativement bas, un système de production d'électricité de ce type ne deviendrait rentable qu'à partir de 12 ans. Or, ceci est difficilement envisageable pour un industriel dont le retour sur investissement se situe en moyenne entre 2 ou 3 ans. Pour le moment, seule une rupture technologique majeure, voire une hausse des prix de l'énergie, pourrait améliorer la rentabilité du système.

D'autres pistes se dessinent néanmoins. Une telle solution pourrait fort bien devenir rentable si l'industriel se voyait obligé de se dépolluer ses émissions. Dès lors, il serait possible de coupler le système de récupération de l'énergie à un système de dépollution.

Par ailleurs, les sites de production industriels de cimentiers sont souvent installés dans des zones isolées, loin des centres de production d'électricité. Il peut alors êtes intéressant de mettre en place ce genre de système, un retour sur investissement long n'étant plus forcément un obstacle.

Les travaux se poursuivent pour réduire le coût de l'électricité produite à partir de cette source gratuite d'énergie.

D'une durée de 42 mois (octobre 2010 à mars 2014), le projet LOVE a été financé par l'Union Européenne. Outre le CES, il rassemble l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, CEMEX, Cryostar, EDF, EnBw, Holcim et Maketec.

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Visionnez l'interview de Maroun Nemer, Directeur du CES, sur le projet LOVE

Projet Européen LOVE - MINES ParisTech
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