La cogénération

Le biogaz épuré est brûlé dans un module de cogénération pour produire de l’électricité et de la chaleur sous forme d’eau chaude à 90°C.

Cogénération 1

Marque Électro-haglType de moteur Man pur-gazType d’alternateur AsynchroneCombustible Biogaz (22m2/h)Rendement 26% électrique et 50% en chaleurPuissance nominale 30kWé – 55 kWthTemps de fonctionnement 8.500 h/anVidange toutes les 400 h de fonctionnementEntretien toutes les 4500 h de fonctionnementDurée de vie 60 à 80.000 heures

Valorisation de l'electricitéLa totalité de l'électricité produite est introduite sur le réseau électrique local. Le raccordement n'a pas nécessité de changement de

transformateur. L'électricité est vendue à 0,0765€/kWh electrique.

Valorisation thermiqueLa combustion du biogaz par le moteur fournit 50% de chaleur. Cette chaleur est utilisée pour chauffer le digesteur et 2 habitations. Enhiver, la chaleur produite n'est pas suffisante pour chauffer la totalité des 2 habitations. Les exploitants doivent encore acheter 150l de fuelet 8 steres de bois par an pour le chauffage d'une des 2 habitation.

Au total, 54% de l'énergie thermique est valorisée.

Gestion du digestat

Stockage du digestatLe digestat est envoyé par gravité vers la cuve de stockage. La cuve de stockage est en béton armé d’unecapacité de 1000m3, soit un diamètre de 16 m et une hauteur de 5 m. La cuve est couverte d’unegéomembrane pour récupérer le biogaz encore présent dans la matière fermentée.

Type de Mélangeur Hélice de bateauPuissance 15 kW Temps de fonctionnement Au moment des vidanges

pour épandageNombre 1Avantage Coût ; peut-être repris pour le digesteur si besoinInconvénient Néant

Epandage du digestatQuantité annuelle 1800 tonnes% MS 4,7%N - P - K 4 – 1,2- 2,7 kg/tonne de MFNH4 2,3 kg/tonne de MF

pH 8,0Traitement éventuel aucunMode d’évacuation Epandage

Les associés gèrent directement l’épandage du digestat sur leur terre. Le digestat est épandu grâce à un tonneau à lisier classique. La périoded’épandage est de mars à octobre. Avec l’utilisation du digestat, les agriculteurs ont observé un rendement des cultures équivalent et uneutilsation d’engrais de synthèse moindre.

Les exploitants considèrent que grâce au digestat ils économisent 1700 € sur le poste achat d’engrais.

Valorisationdu biogaz

Energétique Environnemental

Bilan + 323.000 kWh/an Evite l’émission de 218 t CO2/an54 t/an (substitution de CO2 d’origine fossile)164 t/an (non émission de méthane au dessusdes fosses de stockage d’effluents)

Efficacité L’installation produit 11 fois plus L‘installation réduit de 69%d’énergie qu’elle n’en consomme les émissions de gaz à effet de serre.

Bilan socialL’installation biogaz a permis la consolidation d’un emploi. En effet, l’installation requière la main d’œuvre suivante :

› Temps de surveillance : 0.5 h/jour› Temps de maintenance : 25 h/an › Temps de gestion des matières : 100 h/an› Temps d’épandage du digestat généré par les matières extérieures : 30 h/an

Bilan économique approché

Investissement total : 250.000 €(dont 3.000 h de main d’œuvre des associés comprises)

Financement :

Conseil régional 27% : 67.600 €

Conseil général 17% : 41.400 €

Crédit agricole du nord 4% : 9.500 €

Autofinancement par les agriculteurs surtout de la main d’oeuvre 20%

Prêt bancaire 32%

Ce bilan économique montre clairement que lorsque toutes les charges del’installation sont prises en compte, une installation n’est pas rentable avecle tarif de 7,87c€/kWh électrique vendu.

Grâce au tarif de juillet 2006, les installations biogaz peuvent bénéficierd’un meilleur tarif et ne sont plus limités en puissance électrique. Sil’installation du GAEC Oudet pouvait bénéficier du nouveau tarif, le prixde vente de l’électricité serait de 11 + 1,2 (car le pourcentage devalorisation est de 54%) soit 12,2c€/kWh. A ce tarif là, l’installationaurait un temps de retour sur investissement de 9 ans.

Pour améliorer ce bilan économique et bénéficier du nouveau tarif, lesexploitants réfléchissent actuellement à un agrandissement de leurinstallation biogaz.

Transport et manutention des matières

1200 litres de fuel soit 12.000 kWh/an

Epandage du digestatsurconsommation de fuel pour l’épandage du digestat produit

à partir de matières extérieursRéseau électrique

Achat de 18.980 kWh/an

Bilan énergétique et environnemental (année 2006)

Bilan de l’installation

Production de 190.000 m3 de BIOGAZ par an soit un potentiel de 900.000 kWh/an

Production d’énergie verte effectivement valorisée : 354 MWh/an

Consommation d’énergie fossile nécessaire au fonctionnement de l’installation : 31 MWh/an

26% Electricité :233.750 kWh/an

24% Perte

Réseau électrique EDF

50% Chaleur : 450.00 kWh/an

44%de pertes

26%120.000 kWh/an

30%

2 habitationsdes associés

Besoin del’installation

autoconsommation

) Soit un total de 310 h/an25% d’un temps plein

DÉPENSES ANNUELLESPersonnel pour le fonctionnement de l’installation (310 h/an) 4.650 €

Personnel pour les visites de l’installation (140 h/an) 2.800 €

Achat d’électricité (fonctionnement pompe…) 1.000 €

Maintenance cogénération 3.000 €

Manutention des matières extérieures (2 €/tonne) 500 €

Epandage des matières extérieures (3 €/m3) 600 €Assurance Incluse dans l’assurance globale de l’exploitation

Production de plantes énergétiques 0 €

Annuité d’emprunt 10.230 €

Total 22.780 €/an

REVENUS ANNUELSVente de l’électricité : 233.750 kWh x 0,0787 €/kWh 18.400 €

(contre 28.517 € si l’exploitation bénéficiait du tarif de 2006)

Economie de fuel et de bois (chauffage habitation) 4.500 €

Economie d’engrais 1.700 €

Visite de l’installation 3.100 €

Traitement de déchet 0 €

Total 27.700 €/an

(contre 37.817€/an si l’exploitation bénéficiait du tarif de 2006)

Plan de l’installationLégende

Aire de stockage des matières entrantes

Préfosse (stockage du lisier)

Digesteur

Fosse de stockage du digestat

Modules de cogénération

Localisation des moteurs et leur puissance

Circulation des matières

1

2

3

4

5

L’installation de Biométhanisation

du GAEC Oudet - Analyse technique

Stockage des matières

lisierdans les caillebotis sous

l’étable

2

11kw

Etable

2.000 T/an de matière entrante

Agricométhane

Pré-fosse Digesteur

Fermentation anaérobie

Fosse de stockage

Poursuite de la fermentation

alimentationpar godet

circulation par pompage

digestat

circulation par gravité

1 2 3 4

Grand-Duché de Luxembourg

Région Wallonne

Ardennes

OOuuddeett

Charleville-Mézières

18kw

capacité150 T

1

24 m3

caillebotis350 m3

3

18kw

5

Local technique

4

15kw

600 m3 1.000 m3

1.800 T/an digestat

Etable

150 T

350 m3

pompehacheuse

24 m3 600 m3 1.000 m3

fumier, résidus de maïs,tontes, issues de

céréales

Apport et stockage des matièresTous les effluents d’élevage traités par l’installation de biométhanisation proviennent de l’exploitation. Les tontes de pelouse proviennent dela collectivité locale, les issues de céréales proviennent d’une coopérative agricole et le maïs provient des fonds de silo de l’exploitation.

Matières fermentescibles Tonnage annuel Equivalent Hectare

Lisier 1300 tonnes/an /

Fumier mou 500 tonnes /an /

Ensilage de maïs 18 tonnes/an 0,5 ha/an

Tontes de pelouse 50 tonnes/an /

Issues de céréales 210 tonnes/an /

Le lisier est stocké sous l’étable dans les caillebotis de 350 m3. Le fumier et les autres matières sont stockés sur le site dans des silos d’unecapacité totale de 150 tonnes.

Introduction des matièresLe système d’introduction des matières dans le digesteur dépendfortement de leur humidité (calculé en pourcentage de matière sèche:MS). Le lisier, ayant un taux de MS moyen de 4%, est injecté deux foispar jour dans les digesteurs par l’intermédiaire d’une pompe. Le fumier et le maïs ont un taux de MS plus élevé (15-20% et 25-35%respectivement). Habituellement, pour introduire ce type de matièreun système d’introduction mécanique est utilisé (type piston ou vissans fin). Au GAEC Oudet, les exploitants ont choisi d’incorporer toute lamatière via la pré fosse donc par pompe. Ce qui a permis de limiterl’investissement. Ce choix est possible sur cette exploitation car la partde fumier et de maïs est faible par rapport au lisier. Compte tenu de ce choix technique seul 40% du fumier sont utilisésdans l’installation biogaz.

Ration Système Puissance Temps de Avantages Inconvénientsjournalière d’introduction électrique fonctionnement du système du système

nécessaire journalier d’introduction d’introduction

Lisier 3,5 m3

Fumier 2 tonnes

Autres matières 1 tonnes

Dans la réflexion en cours sur l’agrandissement de l’installation biogazet en fonction du type de matière retenue il sera certainementnécessaire d’ajouter un incorporateur de matière solide.

Gestion des matières entrantes

Pompe

Agitateur

18 kW

11 kW

0,3 heure

0,6 heure Faible coût

d’investissement

- Côut defonctionnement enénergie élevé

- Perte de biogaz

Le digesteurL’installation du GAEC Oudet possède undigesteur. Le temps de séjour de la matière est de 80 jours. Les exploitants ont volontairementdécidé de surdimensionner le digesteur de façon à pouvoir accroître dans le futur le tonnage de matières traitées.

Dans les réflexions en cours sur l’agrandissement de l’installation, il est prévu d’augmenter la puissance électrique installée mais pas lescapacités de digestion ni de stockage.

Matériau béton arméDimension volume 550 m3, diamètre 12,5 m, hauteur 5 mEpaisseur des parois 22 cmPlafond charpente boisProtection des parois internes néantIsolant thermique Polyuréthane à l’extérieur (8 cm)Avantages Bien isolée-inertieInconvénients coût élevé

Mélange des matières Teneur en MS du mélange 8%

Type de Mélangeur Hélice de bateau

Puissance 15 kW

Temps de fonctionnement 2.3 heures par jour

Nombre 1

Avantage Coût

Inconvénient Ne mélange qu’en superficie

Circuit de chauffageLe mélange des matières est porté à 39-40°C dans le digesteur par un réseau de chauffage coulédans le béton

Matériau PERFixation Coulée dans la dalle de béton et les parois du digesteurLongueur totale 1400 m Avantage Pas de risque d’arrachage ou de décrochage ;

plus grande inertie en chauffant le bêton (moins sensible aux arrêts du moteur)

Inconvénient Impossible d’intervenir en cas de problème

Gestion de la fermentation

Stockage du biogaz

Une géomembrane est fixée sur la paroi en béton du digesteur et dela fosse de stockage grâce à un système de rainure et de chambre àair. Elle permet de stocker le biogaz qui se dégage de chaque cuve. Lacharpente en bois couverte d’isolant qui constitue le plafond dechacune des cuves ménage des espaces de quelques cm sur lacirconférence pour permettre au biogaz produit de s’accumuler dans labâche. Ce dispositif permet par ailleurs de limiter les pertesthermiques.

Matériau de la géomembrane Caoutchouc EPDMSystème de fixation Une chambre à air de retenue

est logée dans une rainure sur la paroi à béton des cuves.Capacité de stockage 500 à 600m3 au total pour les 2 fossesDurée de stockage 22 heures

Caractéristiques du biogaz

Température dans la bâche 35 à 50 °C (fonction de la température extérieure)

Pression relative dans la bâche 2 mbar

La température en entrée des moteurs 38 °C

Teneur CH4 52%

Teneur CO2 48%

Teneur H2S - de 10 ppm

Appareil de mesure pour le CH4, CO2 et H2S réactif

Fréquence des mesures pour le H2S Tous les 15 jours

Ces caractéristiques normales sur une installation agricole imposent un traitement du biogaz avant utilisation dans les modules decogénération.

Traitement du biogaz

Paramètres à traiter Mode de traitement

Refroidissement Naturel (conduite enterrée de 40m de long)

Vapeur d’eau (H2O) Siphon de décantation

Hydrogène sulfuré (H2S) Injection d’air dans le digesteur

par un petit compresseur (env 12litres par mn)

Gestion du biogaz