Bois énergie

Cogénération biomasse

Cycle organique de Rankine (ORC)

Schéma de principe

Schéma du cycle organique de Rankine (ORC)

Principe

Au lieu de la vapeur d'eau utilisée dans les cycles de Rankine traditionnels, un cycle organique de Rankine (ORC) fonctionne avec un fluide organique à grande masse molaire. La détente d'un tel fluide est en effet plus efficace que celle de l'eau à petite échelle. Pour son application à la cogénération à partir de biomasse, on utilise un caloporteur (huile thermique) et un fluide de travail de la famille des siloxanes.

La chaudière produit de l'huile thermique entre 290 à 320°C qui est envoyée dans un échangeur de chaleur permettant la vaporisation du fluide travail (l'évaporateur). Les fumées de combustion de biomasse produite par la chaudière étant à un niveau thermique relativement élevé, il est généralement souhaitable de prévoir une valorisation énergétique de ces dernières, comme une production d’eau chaude et/ou un préchauffage de l’air de combustion.

Le fluide organique sous pression qui s'est vaporisé dans l'évaporateur est injecté dans une turbine. Après détente, il traverse un régénérateur pour un pré refroidissement puis un condenseur où sa chaleur latente de condensation permet la production d’eau chaude. Il est ensuite comprimé avant de passer dans le régénérateur, dernière étape du cycle.

Le fluide organique sous pression qui s'est vaporisé dans l'évaporateur est injecté dans une turbine. Après détente, il traverse un régénérateur pour un pré refroidissement puis un condenseur où sa chaleur latente de condensation est récupérée pour chauffer un réseau d'eau chaude. Il est ensuite comprimé avant de passer dans le régénérateur, dernière étape du cycle.

Avantages / Inconvénients

La cogénération par cycle organique de Rankine présente plusieurs avantages non négligeables.

L'huile thermique, aux environs de 300°C, est sous forme liquide à pression atmosphérique, ce qui réduit les dangers et donc les coûts de l'installation. Comme son inertie thermique est importante, le fonctionnement est peu sensible aux variations de charge de la chaudière.

Les composés organiques ont généralement une masse moléculaire plus élevée ce qui permet également une efficacité élevée de turbine. Un autre avantage des composés organiques est le fait qu'ils n'ont pas besoin d'être surchauffés ce qui limite l'érosion et la corrosion des aubages. Cependant, un système de détection de fuites est recommandé car ces composés organiques sont inflammables.

La turbine tourne à faible vitesse (3000 tr/min) ce qui permet de la coupler directement à l'alternateur, sans réducteur de vitesse intermédiaire.

En revanche, du fait de la quantité importante de produits inflammables, des autorisations spéciales sont nécessaires pour des raisons de sécurité. De plus, le cycle ORC est relativement encombrant et possède un rendement électrique modeste.







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