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L’outil ORC pour l’efficacité énergétique industrielle

16 Avr. 21

Le cabinet de conseil en stratégie PAGAMON vient de publier en mars 2021 une étude visant à démontrer la maturité technique et économique des ORC pour améliorer l’efficacité énergétique des centrales à moteur diesel ou gaz. PAGAMON s’est beaucoup appuyé sur l’expertise d’Enertime et de sa filiale de service dans les Hauts-de-France Energie Circulaire mais a également échangé avec les concurrents étrangers d’Enertime ainsi qu’avec des utilisateurs comme EDF. Alors que le GIEC indiquait dans son rapport 2010 que le secteur de l’énergie est responsable de plus du tiers des émissions mondiales cumulées de GES anthropique, il devient nécessaire de faire de l’efficacité énergétique un outil majeur de la réduction des émissions.

Un cycle ORC (Organic Rankine Cycle) fonctionne entre une source chaude (la chaleur à valoriser) sur une plage de température typiquement comprise entre 120 °C et 350 °C et une source froide (refroidissements à l’air ambiant ou à l’eau). Plus la différence de température entre la source chaude et la source froide est importante, meilleur est le rendement de l’installation. Les machines ORC de moyenne à grande taille représentent la technologie la plus prometteuse pour valoriser la chaleur dont la température est supérieure à 150°C. Ces machines permettent d’améliorer l’efficacité énergétique des turbines à combustion industrielles, des moteurs à combustion interne et de procédés industriels. Dans ce cas, l’ORC constitue un module externe raccordé à l’unité de production dont elle valorise la chaleur fatale.

Le marché des ORC se répartit entre les applications géothermiques (76%), les applications pour la biomasse (11%) et la valorisation de la chaleur fatale (13%). Les zones insulaires sont particulièrement adaptées aux ORC : les unités de production y sont déconnectées des grandes infrastructures, elles utilisent des combustibles locaux, souvent carbonés et sont de faible taille ; un regain d’efficacité énergétique sera du coup immédiatement significatif. Effet collatéral intéressant : le gain d’efficacité énergétique s’accompagne d’une réduction des émissions de CO2 et de polluants pour chaque kWh produit puisque l’électricité produite par ORC provient d’une source récupérée.
Le potentiel théorique de centrales EDF qui pourrait être équipées d’ORC sur l’ensemble du territoire national, DOM-TOM compris, représente 943 MW.
PAGAMON propose une étude de cas à partir d’une centrale à moteur fonctionnant au gaz naturel. Le calcul part d’un facteur de charge de 82%. On considèrera une puissance dissipée par les fumées de l’ordre de 75% de la puissance de charge. Le fluide organique de l’ORC récupérera 60% de cette puissance thermique dissipée. En fonction de la température de la source froide, le rendement net de l’ORC oscillera entre 19 et 23%. In fine, en partant d’une installation gaz de 50MW sur 7000 heures de fonctionnement, avec des températures de fumées de 190°C et une source froide à 25°C, l’ORC pourra produire 3,8 MWe de puissance électrique additionnelle.

Le tableau suivant explicite un calcul possible de temps de retour sur investissement :

Pour une même quantité d’électricité produite, un module ORC économise du combustible. Plus le combustible est cher, plus l’installation d’un ORC est rentabilisée rapidement. L’évolution du prix des quotas carbone influe également sur le temps de retour sur investissement et le revenu annuel généré par un ORC. Le prix des quotas carbone, qui s’échangeaient à 31 €/tonne en janvier 2021, pourrait atteindre 100 €/tonne en 2030 puis 300 €/tonne en 2050. Enfin, notons que la récupération de chaleur résiduelle des ORC peut conduire à une fourniture de chaleur à un réseau de chauffage urbain ou à usage industriel (cogénération), voire à la production de froid.

Le tiers-financement ESCO est un modèle performant pour la mise en œuvre de projets d’efficacité énergétique avec garantie d’économies d’énergie. Ce modèle prévoit la mise en place d’une société de projet qui assure quatre fonctions : montage du projet, recherche des financements externes, gestion des installations et revente de l’électricité produite. La société de projet se finance par l’appel à des fonds d’investissement, des investisseurs privés ou des banques d’investissement pour les capitaux propres et par la BEI, des banques commerciales ou des fonds de dette spécialisés pour la dette, sans oublier les dispositifs de subventions et aides publiques qui pourront intervenir aux deux niveaux. En France, on peut citer le fonds chaleur de l’ADEME, l’appel à projet IndusEE et décarbonation dans le cadre du Plan de Relance 2020, les prêts de la banque européenne d’investissement (BEI), les aides du fonds européen de développement régional (FEDER) et les obligés via le dispositif des certificats d’économies d’énergie (CEE) (voir newsletter Pôlénergie de septembre 2019 p3).

Energie Circulaire est une filiale d’Enertime, créée récemment et implantée à Lille qui propose ce schéma de tiers financement pour l’installation de machines ORC. Plusieurs projets en France sont à l’étude, notamment dans les Hauts-de-France : ils concernent la valorisation de chaleur fatale issue de fumées industrielles ou de systèmes de compression.

Plus que jamais les ORC sont un outil efficace pour valoriser une énergie perdue, améliorer l’efficacité énergétique de systèmes de production et apporter des revenus complémentaires à des industriels confrontés aux variations des cours mondiaux. Ils sont un outil de la relance industrielle souhaitée par les pouvoirs publics. Ils sont également un outil de développement territorial et de maintien de l’emploi local.

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