Système de chauffage à la biomasse

Les systèmes de chauffage à la biomasse génèrent de la chaleur à partir de la biomasse.

Les systèmes appartiennent aux catégories de:

combustion directe,
gazéification,
production combinée de chaleur et d’électricité (cogénération),
digestion anaérobique,
digestion aérobie.

Avantages du chauffage à la biomasse
L’utilisation de la biomasse dans les systèmes de chauffage est bénéfique car elle utilise des résidus et des déchets agricoles, forestiers, urbains et industriels pour produire de la chaleur et de l’électricité avec moins d’impact sur l’environnement que les combustibles fossiles. Ce type de production d’énergie a un effet limité à long terme sur l’environnement car le carbone contenu dans la biomasse fait partie du cycle naturel du carbone; tandis que le carbone dans les combustibles fossiles ne l’est pas, et ajoute de manière permanente du carbone à l’environnement lorsqu’il est brûlé comme combustible (empreinte carbone). Historiquement, avant l’utilisation de combustibles fossiles en quantités importantes, la biomasse sous forme de bois de chauffage fournissait l’essentiel du chauffage de l’humanité.

Inconvénients du chauffage à la biomasse
À grande échelle, l’utilisation de la biomasse élimine les terres agricoles de la production alimentaire, réduit la capacité de séquestration du carbone des forêts et extrait les éléments nutritifs du sol. La combustion de biomasse crée des polluants atmosphériques et ajoute à l’atmosphère des quantités importantes de carbone qui ne peuvent pas être restituées au sol avant de nombreuses décennies.

L’utilisation de biomasse comme carburant produit une pollution atmosphérique sous forme de monoxyde de carbone, de NOx (oxydes d’azote), de COV (composés organiques volatils), de particules et d’autres polluants, dans certains cas à des niveaux supérieurs à ceux des combustibles traditionnels tels que le charbon ou le gaz naturel. . Le carbone noir – un polluant créé par la combustion incomplète de combustibles fossiles, de biocarburants et de la biomasse – est probablement le deuxième facteur en importance du réchauffement planétaire. En 2009, une étude suédoise sur la brume brune géante couvrant de vastes régions de l’Asie du Sud a révélé qu’elle avait été principalement produite par combustion de biomasse et, dans une moindre mesure, par combustion de combustibles fossiles. Les chercheurs ont mesuré une concentration significative de 14 ° C, qui est associée à la vie récente des plantes plutôt qu’aux combustibles fossiles.

Lors de la combustion, le carbone de la biomasse est rejeté dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO2). La quantité de carbone stockée dans du bois sec est d’environ 50% en poids. Lorsqu’elles proviennent de sources agricoles, les matières végétales utilisées comme combustible peuvent être remplacées par des plantations permettant une nouvelle croissance. Lorsque la biomasse provient de forêts, le temps nécessaire pour récupérer le carbone stocké est généralement plus long et la capacité de stockage de carbone de la forêt peut être globalement réduite si des techniques forestières destructrices sont utilisées.

La proposition concernant la biomasse et le bilan carbone neutre présentée au début des années 90 a été remplacée par des données scientifiques plus récentes qui reconnaissent que les forêts matures et intactes séquestrent le carbone de manière plus efficace que les superficies coupées. Lorsque le carbone d’un arbre est rejeté dans l’atmosphère en une seule impulsion, il contribue beaucoup plus au changement climatique que le bois d’œuvre des forêts qui pourrit lentement au cours des décennies. Les études en cours indiquent que “même après 50 ans, la forêt n’a pas récupéré son stockage initial de carbone” et que “la stratégie optimale serait probablement de protéger la forêt sur pied”.

Le chauffage à la biomasse dans notre monde

Le prix du pétrole a augmenté depuis 2003 et les augmentations de prix consécutives du gaz naturel et du charbon ont accru la valeur de la biomasse pour la production de chaleur. Les traitements forestiers, les déchets agricoles et les cultures spécialement conçues pour la production d’énergie deviennent compétitifs à mesure que les prix des combustibles fossiles à forte densité énergétique augmentent. Les efforts visant à développer ce potentiel peuvent avoir pour effet de régénérer des terres cultivées mal gérées et d’être un rouage de l’éventualité d’un secteur des énergies renouvelables décentralisé et multidimensionnel. Les efforts pour promouvoir et faire progresser ces méthodes sont devenus communs dans toute l’Union européenne au cours des années 2000. Dans d’autres régions du monde, des moyens inefficaces et polluants de générer de la chaleur à partir de biomasse, associés à de mauvaises pratiques forestières, ont considérablement aggravé la dégradation de l’environnement.

Réservoirs tampons
Les réservoirs tampons stockent l’eau chaude générée par l’appareil à biomasse et la font circuler dans le système de chauffage. Parfois appelées «réservoirs thermiques», elles sont essentielles au fonctionnement efficace de toutes les chaudières à biomasse lorsque la charge du système fluctue rapidement ou que le volume d’eau dans le système hydraulique complet est relativement petit. L’utilisation d’un récipient tampon de taille appropriée empêche le cycle rapide de la chaudière lorsque le chargement est inférieur à la puissance minimale de la chaudière. Le cycle rapide de la chaudière entraîne une augmentation importante des émissions nocives telles que le monoxyde de carbone, les poussières et les NOx, réduit considérablement l’efficacité de la chaudière et augmente la consommation électrique de l’unité. De plus, les exigences en matière de service et de maintenance augmenteront du fait que les pièces sont soumises à des cycles rapides de chauffage et de refroidissement. Bien que la plupart des chaudières prétendent pouvoir baisser à 30% de la puissance nominale, cela n’est souvent pas réalisable en raison des différences entre le combustible et le combustible «idéal» ou d’essai. Un réservoir tampon de taille appropriée doit donc être envisagé lorsque la charge de la chaudière chute en dessous de 50% de la puissance nominale. En d’autres termes, à moins que le composant de la biomasse ne soit qu’une charge de base, le système doit inclure un réservoir tampon. Dans tous les cas où le système secondaire ne contient pas suffisamment d’eau pour permettre l’évacuation en toute sécurité de la chaleur résiduelle de la chaudière à biomasse, quelles que soient les conditions de chargement, le système doit inclure un réservoir tampon de taille appropriée. La chaleur résiduelle d’une unité de biomasse varie considérablement en fonction de la conception de la chaudière et de la masse thermique de la chambre de combustion. Les chaudières à réponse rapide et légères ne nécessitent que 10 L / kW, tandis que les unités industrielles à bois humide avec une masse thermique très élevée nécessitent 40 L / kW.

Types de systèmes de chauffage à la biomasse
L’utilisation de la biomasse dans les systèmes de chauffage est utilisée dans de nombreux types de bâtiments, et tous ont des utilisations différentes. Il existe quatre principaux types de systèmes de chauffage utilisant la biomasse pour chauffer une chaudière. Les types sont entièrement automatisés, semi-automatisés, à pellets et combinés chaleur / électricité.

Entièrement automatisé
Dans les systèmes entièrement automatisés, les déchets de bois déchiquetés ou broyés sont apportés sur le site par des camions de livraison et déposés dans un réservoir de stockage. Un système de convoyeurs transporte ensuite le bois du réservoir de stockage à la chaudière à un certain taux géré. Ce taux est géré par des commandes informatiques et par un laser qui mesure la charge de carburant apportée par le convoyeur. Le système se met automatiquement en marche afin de maintenir la pression et la température à l’intérieur de la chaudière. Les systèmes entièrement automatisés offrent une grande facilité d’utilisation, car ils ne nécessitent que l’opérateur du système pour contrôler l’ordinateur, et non le transport du bois, tout en offrant des solutions complètes et économiques aux défis industriels complexes.

Semi-automatique ou “bac de surtension”
Les systèmes semi-automatiques ou “Surge Bin” sont très similaires aux systèmes entièrement automatisés, mais ils nécessitent davantage de main-d’œuvre pour rester opérationnels. Ils ont des réservoirs de stockage plus petits et un système de convoyeur beaucoup plus simple qui nécessitera du personnel pour assurer le fonctionnement du système. Le raisonnement pour les changements du système entièrement automatisé est l’efficacité du système. La chaleur créée par la chambre de combustion peut être utilisée pour chauffer directement l’air ou pour chauffer de l’eau dans une chaudière qui agit en tant que moyen par lequel la chaleur est délivrée. Les chaudières au feu de bois sont plus efficaces lorsqu’elles fonctionnent à leur capacité maximale et la chaleur requise la plupart des jours de l’année ne constituera pas le besoin de chaleur de pointe pour l’année. Étant donné que le système n’aura besoin de fonctionner à haute capacité que quelques jours par an, il est conçu pour répondre aux besoins de la majeure partie de l’année afin de maintenir son haut rendement.

À granulés
Le troisième type principal de système de chauffage à la biomasse est le système à granulés. Les granulés sont une forme transformée de bois, ce qui les rend plus chers. Bien qu’ils soient plus chers, ils sont beaucoup plus condensés et uniformes, et sont donc plus efficaces. En outre, il est relativement facile d’alimenter automatiquement les granulés dans les chaudières. Dans ces systèmes, les pellets sont stockés dans un silo à grains, et la gravité est utilisée pour les acheminer vers la chaudière. Les besoins en stockage sont beaucoup moins importants pour les systèmes à pellets en raison de leur nature condensée, ce qui contribue également à réduire les coûts. Ces systèmes sont utilisés pour une grande variété d’installations, mais ils sont plus efficaces et rentables pour les endroits où l’espace pour les systèmes de stockage et de convoyage est limité et où les pellets sont fabriqués assez près des installations.

Systèmes de granulés agricoles
Une des sous-catégories de systèmes de granulés sont les chaudières ou les brûleurs capables de brûler des granulés avec un taux de cendres plus élevé (granulés de papier, granulés de foin, granulés de paille). Le brûleur à pellets PETROJET avec chambre de combustion cylindrique rotative en est un exemple. En termes d’efficacité, les chaudières à pellets avancées peuvent dépasser les autres formes de biomasse en raison des caractéristiques de combustible plus stables. Les chaudières à pellets avancées peuvent même fonctionner en mode condensation et refroidir les gaz de combustion à 30-40 ° C, au lieu de 120 ° C avant d’être envoyés dans la cheminée.

Combinaison de chaleur et d’électricité
Les systèmes de production combinée de chaleur et d’énergie sont des systèmes très utiles dans lesquels des déchets de bois, tels que des copeaux de bois, sont utilisés pour générer de l’énergie, et de la chaleur est créée en tant que sous-produit du système de production d’énergie. Ils ont un coût très élevé en raison du fonctionnement à haute pression. En raison de cette opération à haute pression, la nécessité d’un opérateur hautement qualifié est obligatoire et augmentera les coûts d’exploitation. Un autre inconvénient est qu’ils produiront de la chaleur tout en produisant de l’électricité. Si la production de chaleur n’est pas souhaitable pour certaines parties de l’année, l’ajout d’une tour de refroidissement est nécessaire et augmentera également les coûts.

Il existe certaines situations où la cogénération est une bonne option. Les fabricants de produits en bois utiliseraient un système de production combinée de chaleur et d’électricité car ils disposent de beaucoup de déchets de bois et ont besoin de chaleur et d’électricité. Les hôpitaux et les prisons, qui ont besoin d’énergie et de chaleur pour produire de l’eau chaude, sont d’autres endroits où ces systèmes seraient optimaux. Ces systèmes sont dimensionnés de manière à produire suffisamment de chaleur pour correspondre à la charge calorifique moyenne, de sorte qu’aucune chaleur supplémentaire ne soit nécessaire et qu’une tour de refroidissement ne soit pas nécessaire.