La cogénération est un ensemble de processus technologiques qui permet de produire simultanément deux vecteurs énergétiques, très souvent de l’électricité et de la chaleur, à partir d’un seul combustible.
Qu’est-ce que la cogénération ?
La cogénération est une technique de production d’énergie, qui est également connue sous le nom de production combinée de chaleur et d’électricité. Elle est intéressante lorsqu’elle capitalise sur l’efficacité énergétique en produisant en même temps deux formes d’énergie à partir d’un unique combustible tel que le charbon, le fioul, le gaz, ou la biomasse (lien) (bois, déchets verts, déchets agricoles…). Cette technologie permet de récupérer la chaleur habituellement perdue lors de la production d’électricité ou de gaz seule, optimisant ainsi l’utilisation de l’énergie primaire (lien).
Comment fonctionne la cogénération ?
Dans certaines installations de production d’électricité, le processus conduit à la production de deux types d’énergie : de l’énergie mécanique et de l’énergie thermique (lien). Quand on parle de cogénération, il s’agit d’un ensemble de processus qui permettent de récupérer ces deux types d’énergie produites.
Différents combustibles se prêtent à la cogénération : le gaz, le fioul et la biomasse. Il est aussi techniquement possible de récupérer de la chaleur produite dans des centrales nucléaires. Majoritairement situées en Europe de l’Est, le nombre d’installations en cogénération nucléaire reste limité.
Pour illustrer le fonctionnement de ce processus, prenons l’exemple du fonctionnement d’une centrale à biomasse en cogénération. Dans l’installation, on retrouve d’abord une chaudière à combustion. C’est le lieu où on brûle le combustible, dans ce cas, du bois par exemple. Cette chaleur sert à chauffer de l’eau contenue dans une chaudière, et à la transformer en vapeur, qui est ensuite mise sous pression dans une turbine. La turbine tourne, elle entraîne un alternateur qui produit un courant électrique. A l’issue de ce circuit, il est possible de récupérer cette vapeur et de l’utiliser pour chauffer de l’eau, qui peut ensuite être acheminée vers des bâtiments alentour ou circuler dans un réseau de chaleur.
Cogénération et efficacité énergétique
Lorsque l’on s’intéresse à l’efficacité énergétique, on peut utiliser l’indicateur de rendement énergétique. Pour une centrale thermique classique, le rendement énergétique correspond à l'efficacité de la conversion de l'énergie thermique du combustible (charbon, gaz naturel, bois, etc.) en énergie électrique. En pratique, il se calcule en divisant l’énergie utile obtenue après la transformation à l’énergie fournie initialement au système. Plus il est élevé, moins il faut de combustible pour produire une quantité donnée d’énergie.
Une installation thermique classique obtient un rendement électrique d’environ 35%, ce qui signifie que les 65% restants sont perdus sous forme de chaleur. La cogénération intervient pour récupérer une partie de cette chaleur qui aurait été perdue sinon. En ce sens, elle peut permettre d’améliorer le rendement énergétique global de l’installation.
Les applications de la cogénération dans l’industrie et les bâtiments
Selon les secteurs dans lesquels la cogénération est mise en place, elle peut répondre à des besoins différents :
- Dans le secteur de l’industrie et de la métallurgie, certains procédés industriels nécessitent souvent d’atteindre des températures très élevées, et d’avoir accès à de l’électricité et à de la chaleur simultanément.
- Dans le secteur agricole, certaines exploitations agricoles munies d’un méthaniseur produisent du biogaz, valorisé ensuite en électricité et en chaleur. La chaleur peut trouver plusieurs usages : faire chauffer des bâtiments d’élevage, des serres ou des champignonnières, ou faire sécher des matières premières comme du foin ou du bois d'œuvre par exemple.
Cependant, si la production d’électricité peut ensuite être injectée sur le réseau et transportée sur des distances plus ou moins longues, la chaleur a quant à elle une dimension territoriale forte. Il y a donc un enjeu de proximité entre le lieu de production et le lieu de consommation de la chaleur. En effet, la distribution de chaleur nécessite la construction d’un réseau de chaleur dédié. Plus l’éloignement entre le site de production et les sites de consommation est important, plus il y a de pertes énergétiques.
Considérations environnementales et économiques liées à la cogénération
Il apparaît qu’à priori, l’un des avantages de la cogénération est de produire plus d’énergie avec la même quantité de combustible, et donc de limiter l’extraction de sources d’énergie primaire.
Cependant, il est essentiel de noter que les avantages environnementaux de la cogénération peuvent varier considérablement selon le type de combustible utilisé et la technologie implémentée. Par exemple, la cogénération utilisant des combustibles fossiles émettra toujours du CO2, bien que ces émissions soient généralement moindres par rapport à la production séparée d’électricité et de chaleur. La cogénération à partir de biomasse peut offrir des avantages supplémentaires en termes de réduction des émissions, mais, dans le cas du bois notamment, il est primordial d’organiser une gestion intelligente et raisonnable du prélèvement des ressources pour éviter les risques de déforestation. L'importation de pellets et les impacts environnementaux liés au transport posent aussi question.
Sur le plan économique, les coûts de production dépendent à la fois des quantités de combustibles achetées, mais également de leurs prix. Si l’on imagine une situation où le prix d’une énergie primaire est stable, la cogénération permet de réaliser des économies, dans la mesure où une même quantité de combustible permet de produire plus d’énergie qu’avec une installation classique.
Pour autant, les investissements initiaux élevés et les coûts de maintenance peuvent constituer des freins, particulièrement pour les petites entreprises et le secteur public. Par exemple, une petite installation de cogénération (250 kW à 1MW) peut nécessiter des investissements initiaux importants.