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Production de chaleur - Système à biomasse - Industriel / Canada (Ottawa)

Mandat de l'étude de cas

Vous êtes engagés par un producteur de bois fini de grande qualité, obtenu à partir de pin blanc, d'érable, de hêtre, de chêne et d'autres espèces locales. Afin d'assurer une qualité de produit supérieure, le producteur fait sécher le bois dans des étuves de séchoirs, pendant de longues périodes à une température de 30 à 50 °C. L'usine utilise actuellement un système électrique de déshumidification et de chauffage de l'air. Il vous demande de faire une évaluation de la viabilité financière d'un chauffage à la biomasse comparativement au système électrique existant. Il voudrait également considérer l'utilisation d'un système de chauffage au diesel.

Données techniques

Le producteur de bois est localisé près de Renfrew, Ontario, Canada, à 60 km à l'est d'Ottawa où se trouve la station météorologique la plus proche.

Les étuves sont isolées et utilisent l'air extérieur pour la ventilation. Il y a suffisamment d'espace pour loger des équipements additionnels de chauffage dans le bâtiment actuel où se trouvent les étuves. La charge de pointe en chauffage en hiver est estimée à 150 kW. Le hangar a une superficie de 250 m². Le producteur a examiné ses factures énergétiques et a conclu que les étuves peuvent être considérées comme une charge de base comptant pour 60 % de la demande annuelle en énergie.

Le système à la biomasse sera alimenté par les déchets de bois de l'usine. L'analyse des déchets de bois a montré que leur pouvoir calorifique est de l'ordre de 20 000 MJ/tonne.

Données financières

Les données financières nécessaires à l'analyse ont été fournies par la compagnie : taux d'inflation de 2,5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 10 %, durée de l'emprunt de 10 ans, taux d'actualisation de 15 % et taux d'imposition sur le revenu de 30 %. Les coûts d'investissement dans le système à biomasse pourront être amortis linéairement sur les 5 premières années d'utilisation du système dont la durée de vie prévue est de 25 ans.

Le prix de détail moyen de l'électricité est de 0,07 $/kWh et celui du diesel (mazout #2) livré de 0,40 $/litre. Pour les 10 prochaines années, le taux d'indexation prévu de l'énergie est de 2,5 %. Le producteur paye actuellement 17 $ pour chaque tonne de déchets de bois qu'il envoie à la décharge.

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

• C'est par essais et erreurs que la valeur de 600 W/m² a été déterminé pour la charge de chauffage du groupe de bâtiments, afin d'arriver à la charge de pointe énoncée de 150 kW.
• La teneur en eau moyenne annuelle est estimée à 30 %, en prenant comme hypothèse que le combustible est un mélange de bois sec et de bois humide ayant respectivement des teneurs en humidité de 15 et de 50 %.
• Un coût de 3 000 $ a été prévu pour le bâtiment et la cours extérieur, principalement pour la construction d'un mur autour de la nouvelle chaudière. Notez qu'il n'y a besoin ni d'une nouvelle chaufferie, ni d'une nouvelle zone de déchargement.
• L'installation des équipements à biomasse est estimée à 128 $/kW afin de convertir le système existant de distribution de chaleur en un système à l'eau chaude.
• Le système de chauffage existant est considéré comme système de pointe, même s'il n'est pas nécessaire, car il pourra servir aussi de système de secours en cas de nécessité. C'est pourquoi le coût du système de pointe comme celui de secours sont de 0 $.
• En comparant la valeur actualisée nette (VAN) de systèmes de différentes puissances, l'utilisateur pourra en arriver à la conclusion qu'une chaudière de 150 kW est un compromis optimal. Cela reflète à la fois le coût très élevé de la puissance électrique à souscrire pour un système de chauffage de pointe versus le coût négatif que représente le fait de débarrasser le client de ses déchets de biomasse.
• RETScreen permet de comparer le chauffage à la biomasse à celui au diesel (mazout #2). Dans ce cas également, l'option d'utiliser la biomasse est très rentable.
• La valeur de 60 % de la charge de base indiquerait que les besoins en énergie de l'étuve du séchoir ne dépendent pratiquement pas des conditions météorologiques. Ce n'est pas tout à fait la réalité : si l'évaporation de l'humidité contenue dans le bois est une charge relativement constante, il faut cependant tenir compte de l'élévation de température de l'air extérieur jusqu'au point de consigne. Pour être plus précis, il faudrait tenir compte des degrés-jours de chauffage à la température du point de consigne de l'étuve plutôt qu'à 18 °C. La charge de base pourrait alors être réduite jusqu'à la quantité d'énergie nécessaire et suffisante pour évaporer l'eau du bois. Cette approximation sera toutefois suffisante, étant donné que les valeurs de degrés-jours ne sont pas facilement disponibles. Comme la rentabilité du système à la biomasse est très largement démontrée, ce n'est pas ce genre d'imprécision qui peut remettre en cause le projet.
• Étant donné que l'un des problèmes majeur de Opeongo Forest products est de se débarrasser des déchets de bois, le modèle RETScreen pourra aussi être utilisé pour rapidement déterminer la quantité de bois qui pourra être utilisée par l'ajout de systèmes de séchage et de chaudières à la biomasse.

Projet réel

Résultats

Opeongo Forestry Service est un producteur de bois d'ébénisterie situé près de Renfrew, en Ontario, Canada. Il a installé à la fin de 1997, un système de chauffage à la biomasse qui lui permet de chauffer ses étuves de séchage. La chaudière à biomasse chauffe une scierie et deux étuves de séchage situées à l'intérieur de l'entrepôt de bois. Dans les deux étuves de 1 000 m³ (40 000 pieds-planches), environ 50 000 m³ (2 millions de pieds-planches) de bois séché annuellement. Cela veut dire que chaque étuve traite 25 fournées par année. Le procédé de séchage combine l'utilisation de déshumidificateurs par pompe à chaleur et la chaleur produite par une chaudière alimentée aux déchets de bois produits sur place. L'utilisation de la biomasse pour chauffer les étuves est très rentable. Ceci est dû essentiellement à la disponibilité des déchets de bois de l'usine qui autrement, auraient dû être envoyés à la décharge à un coût de 17$ par tonne.

Description du système

La chaudière installée comprend un brûleur Bioblast de 146 kW. Ce brûleur est conçu et construit par la société Grove Wood Heat de l'Île-du-Prince-Édouard au Canada. Les copeaux de bois sont stockés dans une trémie d'alimentation et amenés vers la chambre de combustion au moyen d'une vis sans fin. La chaudière à biomasse comprend deux chambres de combustion. La première comprend une grille fixe avec alimentation d'air par le bas et chemises de préchauffage d'eau. La deuxième chambre de combustion permet de brûler les gaz s'échappant de la première chambre et son tirage est régularisé par un registre à contrôle thermostatique, ce qui permet de contrôler le niveau de température atteint. Dans la seconde chambre de combustion, on peut aussi mettre du bois en planche. La chaudière est située au-dessus de la deuxième chambre de combustion. Le rendement de cette installation est estimé à environ 65 % lorsque l'on utilise du bois qui a une teneur en eau de 20 à 30 % de son poids total avant séchage. En général, le bois est un peu plus humide en hiver, ce qui réduit le rendement de l'installation.

Durant les mois d'été le système fonctionne à pleine capacité durant la première étape du cycle de chauffage, puis la puissance de l'installation est ensuite réduite à sa valeur minimale. En hiver, le système de chauffage est utilisé en continu à pleine capacité.

Leçons à tirer

• Le chauffage des étuves et du plancher de la scierie peut être assuré par la biomasse du bois disponible sur place, en ne requérant qu'un ouvrage journalier minimal. Ceci inclut le préchauffage (dégel et chauffage du bois) ainsi que la charge de chauffage de base.
• La charge des pompes à chaleur des déshumidificateurs peut être réduite en injectant de l'air chaud sec aux étuves et en permettant le rejet de l'air humide vers l'extérieur, évitant ainsi de refaire circuler à chaque fois tout l'air à travers l'ensemble du cycle de déshumidification.
• L'envoi des déchets de bois à la décharge est évité et il est possible d'en tirer profit grâce à une installation de chauffage à la biomasse.

Aperçu général

De nombreuses compagnies de production forestière utilisent les pompes à chaleur pour la déshumidification du bois. Les étuves sont préchauffées à 32 °C (90 °F) avec des systèmes de chauffage électriques et des pompes à chaleur qui extraient l'humidité par l'utilisation de la chaleur latente de la condensation. L'air chaud et sec est réinjecté dans les étuves. Cette méthode est utilisée pour le bois de grande qualité parce que c'est l'une des méthodes de séchage intensif les moins lente. Près de 10 % du bois canadien est séché de cette manière. Le coût annuel de l'électricité pour des étuves de la tailles de celles utilisées à Opeongo Forest Products seraient d'environ 50 000 $, d'après un taux de 0,08 $/kWh, et ce en supposant que le système électrique n'est pas combiné à un système de chauffage supplémentaire à faibles coûts d'opération.