Définition

La cogénération consiste à produire en même temps et dans la même installation de l’électricité et de la chaleur à partir d’une source d’énergie renouvelable (biogaz, géothermie…) ou fossile (gaz naturel principalement).
Il existe aussi des systèmes de trigénération (générant du froid en plus).

Principe de fonctionnement

Les systèmes de cogénération associent une chaudière, brûlant du combustible et transférant l’énergie thermique d’une part à des circuits de chauffage et d’autre part à une turbine qui produit de l’électricité.

Schéma de fonctionnement de la cogénération

Schéma de fonctionnement de la cogénération

Les premiers systèmes de cogénération étaient de grande taille, à destination des industriels. Il existe désormais des systèmes de cogénération de toute taille jusqu’à des offres de chaudières à micro-génération pour l’habitat des particuliers (une turbine est intégrée dans la chaudière individuelle). La micro-génération en est à ses débuts.

Le système de cogénération (hors micro-génération) est associé à un réseau de chaleur transportant l’eau chaude et/ou la vapeur jusqu’aux lieux de consommation.

La production d'électricité issue de la cogénération

La production d’électricité issue de la cogénération

La cogénération est intéressante pour qui veut produire de l’électricité. Elle permet de valoriser les 2/3 d’énergie normalement perdue en chaleur fatale dans un processus de production électrique. En revanche, les systèmes modernes de production de chaleur par combustion (de type chaudière à condensation) ont un meilleur rendement énergétique.

Les systèmes de cogénération sont toujours reliés au réseau de distribution électrique (ERDF ou une entreprise locale de distribution) pour pouvoir y injecter l’électricité qui ne serait pas consommée sur place (1).

La puissance du système de cogénération se définit toujours en fonction du besoin de production de chaleur (autrement dit, la cogénération est d’abord adaptée au besoin de chauffage et la production d’électricité est un plus).

(1) : Pour rappel, l’électricité ne se stocke pas.

Zoom sur une cogénération biomasse à Orléans

 ©Mairie d'Orléans

©Mairie d’Orléans

La Ville d’Orléans a implanté une cogénération dans le quartier de La Source.

L’électricité est injectée sur le réseau de distribution et revendue à EDF ce qui génère un revenu pour la Ville.
La chaleur alimente un réseau de chaleur d’une puissance de 25 MW. Ce réseau couvre les besoins des 7500 logements et bâtiments du quartier, pour un équivalent de 13 000 logements chauffés. Parmi les principaux bâtiments concernés, on trouve : le campus universitaire, le futur grand hôpital d’Orléans (2015), les établissements scolaires, les centres commerciaux, les immeubles de bureaux, etc.

La Ville a fait le choix d’alimenter la cogénération au bois. 90 000 tonnes de bois sont consommées annuellement pour le bon fonctionnement de la chaufferie. L’approvisionnement se fait dans un rayon de 100 kilomètres, offrant le double avantage de faire fonctionner les entreprises locales et de limiter les distances parcourues. La cogénération biomasse s’appuie sur trois ressources : la ressource forestière (produits de la sylviculture : bois d’élagage, bois déclassés, taillis,…), les sous-produits issus de l’industrie du bois (scieries, menuiseries : écorces, chutes, plaquettes, …) et les bois recyclés propres (palettes, caisses,…). Ces consommations, qui plus est raisonnées, ne font en aucun cas disparaître les forêts : elles contribuent à leur entretien et à leur extension

Usages

Deux grands usages de la cogénération existent.

1. La cogénération pour les industriels : l’unité de cogénération est située sur un site industriel. La chaleur produite est utilisée pour les process industriels (fours de la plasturgie, de la verrerie, séchage dans les papeteries, les laiteries, les sucreries…). L’électricité est produite soit dans une optique d’autoconsommation, soit dans une optique de revente pour amortir l’outil industriel. En 2008, cet usage représentait 62% du parc installé en France.

2. La cogénération pour le résidentiel et le tertiaire : l’unité de cogénération est située près de logements ou de bâtiments (bureaux, équipements sportifs…) à chauffer. Le chauffage se fait soit directement dans les bâtiments, soit grâce à un réseau de chaleur. L’électricité produite sert en priorité à l’autoconsommation. En 2008, les réseaux de chaleur représentaient 24% du parc installé en France. Les cogénérations pour le résidentiel et le tertiaire hors réseau de chaleur environ 12%.
La cogénération s’est développée fortement pour les industriels français à la fin des années 90 grâce à l’obligation d’achat à prix garanti, fixé par arrêté, qui a existé à partir de 1997. La fin de la période d’obligation d’achat a découragé les industriels de développer le parc installé. Le parc a même régressé en France et ailleurs en Europe. Les cogénérations à base de biomasse ont continué de bénéficier de mesures d’encouragement et elles se sont développées.

Avantages et inconvénients

La cogénération a pour avantages :

  • De produire une énergie électrique rejetant proportionnellement moins de CO2 que dans les centrales électriques thermiques (brûlant du gaz, du pétrole ou du charbon).
  • De produire localement de l’électricité, qui pourra être consommée localement en partie. Les pertes de charge électrique en ligne sont réduites.
  • D’adapter la production énergétique aux besoins, contrairement à l’utilisation de certaines sources renouvelables (éolien ou solaire par exemple). Le gestionnaire choisit le meilleur moment pour les faire fonctionner. Elles sont plus utilisées en hiver qu’en été.
  • De résoudre une partie des tensions qui pèsent sur le réseau électrique par grand froid : Les cogénérations (à usage résidentiel ou tertiaire principalement) vont fonctionner plus pour produire plus de chaleur. la production électrique augmente alors proportionnellement.

En revanche, la cogénération n’est pas forcément alimentée par des énergies renouvelables.
Le principal problème des grandes cogénérations est leur coût d’exploitation élevé. Pour cette raison, elles ne sont rentables économiquement parlant qu’avec un prix soutenu de l’électricité. Les cogénérations sont très dépendantes des mesures de soutien public. La perspective de fin des tarifs garantis (en France) a dissuadé d’en installer de nouvelles. Certains opérateurs ont même arrêté leurs cogénérations, voire ont démantelé leurs installations (pour revenir à des chaudières par exemple). La récente décision des pouvoirs publics (début 2014) de reconduire jusqu’à fin 2016 des conditions financières avantageuses pour les cogénérations déjà installées d’une puissance supérieure à 12 MW devrait sauver jusqu’à cet horizon une partie des 1500 MW de parc installé en France.

Acteurs

Les principaux acteurs de la filière cogénération en France sont :

  • Les autorités européennes et françaises : Elles produisent des lois et règlementations (arrêtés, décrets…) qui ont un impact direct majeur sur la production et la progression du parc installé. La tendance actuelle de ces autorités est de soutenir plus fortement les cogénérations à partir de biomasse.
  • Les exploitants de réseaux de chaleur : Des opérateurs privés, Dalkia et Cofely en premier lieu. Ils exploitent des réseaux de chaleur principalement en délégation de service public pour des collectivités locales.
  • Les collectivités locales (communes et intercommunalités) qui décident de l’installation de réseaux de chaleur et en exploitent certains en régie ; les collectivités locales promeuvent de plus en plus l’utilisation de la biomasse pour ces systèmes.
  • Les industriels utilisant des quantités énormes d’énergie pour leurs processus et qui tentent de rentabiliser une partie de leurs installations en produisant de l’électricité : des chimistes, des plasturgistes, des papetiers, des verriers, des constructeurs automobiles, des industries agro-alimentaires… leurs arbitrages économiques ont une grande influence sur les niveaux de production électrique par cogénération
  • Les fabricants et distributeurs de matériels (moteurs, turbines, générateurs…). Par leurs innovations, notamment pour la microgénération, ils participent à la baisse des coûts d’investissement et aux perspectives de démocratisation de la cogénération.

La cogénération en France

  • La France produit 4% de son électricité à partir de cogénérations (7% en hiver).
  • Son parc installé est le troisième en Europe (après les Pays-Bas et l’Allemagne)
  • On compte 860 installations de cogénération en France (pour un potentiel global de 6,5 GW dont 5 GW alimenté en gaz naturel)

Sources

http://atee.fr/energie-plus-magazine/actualites/lun-10032014-1607-les-cog%C3%A9n%C3%A9rations-de-plus-de-12-mw-sorties-d
http://www.mtaterre.fr/dossier-mois/archives/chap/1001/Le-developpement-de-la-cogeneration-en-France
http://www.ecolopop.info/2011/10/cogeneration-orleans-va-produire-de-l%E2%80%99electricite-et-du-chauffage-urbain-avec-de-la-biomasse/14122
http://www.cogenerationbiomasserhonealpes.org/
http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/101015_Rapport_potentiel_coge_pour_UE-1.pdf