Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Séchage des récoltes / Indonésie

Mandat de l'étude de cas

Une agence gouvernementale vous mandate pour réaliser une étude sur la faisabilité d'implantation d'un séchoir solaire pour des feuilles de thé d'une plantation à Malabar, dans le West Java, en Indonésie. Cette agence désire savoir si un système de chauffage solaire de l'air (CSA) peut être utilisé de manière rentable pour le séchage initial des feuilles de thé. Actuellement, la source de chaleur utilisée pour le séchage est le diesel (mazout #2).

Données techniques

Le site est situé à environ 7º de latitude sud et 105º de longitude est.

Les feuilles de thé doivent subir un séchage préliminaire avant d'être préparées pour leur conditionnement. Pour accélérer ce séchage, un système de CSA réchaufferait de l'air provenant de l'extérieur. Les feuilles de thé amenées par chariot, seraient disposées à la main sur des plateaux. Un ventilateur axial fournirait 86 400 m³/h d'air chaud sous les plateaux au travers desquels l'air circule en emmenant l'humidité des feuilles de thé.

Actuellement, une chaudière industrielle au diesel (mazout #2) fournit la chaleur nécessaire avec un rendement de 60 %. Après conversion à l'énergie solaire, on abandonnera cette chaudière, mais il faudra toujours alimenter en électricité le ventilateur d'air pulsé. On suppose que l'ajout du système solaire ne changera pas la consommation d'électricité pour ces besoins de ventilation.

L'usine a une toiture de 600 m, sans ombre, qui conviendrait à l'installation d'un système de CSA. Elle fait face au nord et a un angle de 22º par rapport à l'horizontale. Le système sera utilisé 7 jours par semaine, toute l'année, durant la période d'ensoleillement de la journée seulement. La température sera maintenue en dessous de 40 ºC au moyen d'un registre qui permettra de mélanger de l'air à température ambiante à l'air chaud venant du capteur solaire.

Données financières

Les données financières pour l'analyse suivent des directives de l'agence gouvernementale qui veut considérer le point de vue des exploitants de la plantation. Les données fournies par l'agence sont les suivantes : taux d'inflation de 1 %, taux d'indexation du coût en combustible de 1,5 %, ratio d'endettement de 75 %, taux d'intérêt sur la dette de 9 %, taux d'actualisation de 9 %, durée de l'emprunt de 15 ans et durée de vie des installations de 30 ans. Le capteur solaire va être acheté et importé du Canada vers l'Indonésie. L'installation du système sera faite localement, à un coût représentant la moitié de ce qui est pratiqué dans les pays industrialisés. La conception, le développement du projet, ainsi que son ingénierie détaillée seront réalisés localement. Il n'est pas nécessaire de considérer d'impôts sur les revenus. Le prix du diesel (mazout #2) est de 0,40 $/L.

Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.

Solution

Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.

Notes explicatives

• Aucun crédit pour matériaux ou main-d'œuvre n'a été considéré car il s'agit d'un système solaire adapté à une installation existante.
• La conception, le développement et l'ingénierie détaillée d'un tel projet s'élèvent à environ 6 % du budget total de réalisation.
• Le ventilateur d'origine a été remplacé par un modèle plus efficace, si bien que l'on bénéficie d'une puissance effective accrue sans dépense additionnelle d'énergie électrique.

Projet réel

Résultats

Un séchoir solaire pour des feuilles de thé a été implanté dans une plantation à Malabar, dans le West Java, en Indonésie. Le système utilisant un capteur solaire perforé a été construit sous la supervision du centre LIPI de R&D en Sciences physiques appliquées et financé conjointement par l'Agence canadienne de développement international (ACDI) et l'Association des pays du Sud-Est asiatique (ASEAN). L'objectif du projet était d'évaluer la faisabilité technique et l'intérêt économique d'utiliser l'énergie solaire pour le séchage du thé, au lieu du diesel (mazout #2).

Le système de chauffage solaire de l'air (CSA) a réussi à combler tous les besoins de séchage de la plantation et le temps de retour simple sur l'investissement a été de 1,5 an, si on ne considère pas les frais de conception ni ceux de développement. De nouveaux projets devraient inclure ces frais, mais pourraient en revanche bénéficier de crédits pour remplacement de combustible fossile.

Description du système

Le système a été conçu pour sécher les feuilles de thé non pas en continu mais par lots successifs, en utilisant le hangar, les chariots et les plateaux existants. Les feuilles de thé sont amenées dans le hangar de séchage par chariots, puis chargées à la main sur des plateaux. Un ventilateur axial fournit 24,000 L/s d'air chaud sous les plateaux au travers desquels l'air circule en emmenant l'humidité des feuilles de thé. L'air provient d'un capteur solaire perforé, de 600 m² de surface, orienté au nord, avec un angle de 22o par rapport à l'horizontale.

En 1993 et en 1994, avant l'installation du système solaire, on utilisait en moyenne 0,11 litre de diesel (mazout #2) par kg de thé produit. Après conversion à l'énergie solaire, ce chiffre est tombé à zéro, et on estime que l'on utilise la même quantité d'électricité qu'auparavant pour assurer la ventilation. En septembre 1994, les trois séchoirs à thé de la plantation convertis à l'énergie solaire ont produit 108 000 kg de thé de qualité supérieure, tout en économisant 11 880 litres de diesel (mazout #2) à un coût de 0,40 $/L. À ce rythme, on prévoit que le système solaire produira environ 850 MWh d'énergie thermique sur une base annuelle.

Leçons à tirer

• Le système de CSA a été capable de suppléer entièrement celui au diesel (mazout #2).
• Comme on n'a besoin que d'une faible élévation de température, le système solaire a de meilleures performances avec un fort débit d'air par m² de surface de capteur.
• Il n'est pas nécessaire d'augmenter la puissance de ventilation.
• Le système a été facile à intégrer dans les opérations habituelles de la plantation.

Aperçu général

Le séchage des récoltes est une application très intéressante des systèmes de CSA, surtout dans les régions ensoleillées. En plus, dans ce cas, la récolte est continuelle au cours de l'année et on n'a besoin que d'un faible niveau de température, ce qui rend le système encore plus rentable, avec un retour sur l'investissement inférieur à 2 ans.

Photo

Hangar de séchage du thé, West Java, Indonésie

Références

• Air Systems Working Group, Low Cost High Performance Solar Air-Heating Systems Using Perforated Absorbers - A (Draft) Report of Task 14, Agence internationale de l'énergie, décembre 1995, p 92-97.
• Carpenter, Stephen, « Communications personnelles », Enermodal Engineering Ltd., 2000.
• Nikiforov, Vladimir, « Communications personelles », Conserval Engineering Inc., 2000.