Trigénération

La trigénération est un procédé permettant de produire et valoriser simultanément de l'énergie électrique, de l'énergie mécanique et de l'énergie thermique^[1]. Les systèmes recourant à ce procédé valorisent différentes formes d'énergies et atteignent généralement de hauts rendements.

Si la cogénération connaît un large développement, la trigénération, encore plus performante, reste mal connue et peu utilisée.

Dans certaines conditions, notamment dans le domaine du génie climatique^[2], cette technologie peut contribuer à des économies d'énergie^[3] ainsi qu'à un meilleur contrôle des émissions de gaz à effet de serre^[4] et d'autres effets des activités humaines en matière de dérèglement climatique^[5].

Principe

Il s'agit de produire, à partir d'une énergie primaire (le gaz naturel le plus souvent^[6]), trois énergies secondaires utilisables conjointement^[7] :

1. Une énergie thermique à « haute température » utilisable pour le chauffage, séchage, chauffage de serre, piscines, d'eau chaude sanitaire, procédés industriels. Si cette énergie n'est pas utilisée sur place, elle peut (ou son surplus) être basculée dans un réseau de chaleur ;
2. Une énergie thermique à « basse température »^[6],[8] utilisable pour la réfrigération agroalimentaire, la production d'eau glacée à destination de climatiseurs. Si cette énergie n'est pas utilisée sur place, elle peut (ou son surplus) être basculée dans un réseau de froid ;
3. Une énergie mécanique (mouvement rotatif ou linéaire transmis à une ou plusieurs machines). L'énergie mécanique doit être consommée, ou transformée, sur place car il n'existe pas de réseau de distribution pour cette forme d'énergie. Généralement elle est transformée en énergie électrique, par l’intermédiaire d'une dynamo (courant continu) ou un alternateur (courant alternatif). Si cette énergie n'est pas utilisée sur place, elle peut (ou son surplus) être basculée dans un réseau électrique.

C'est un type de production idéal pour des unités ayant besoin simultanément des trois types d'énergie (papeterie ou hôpital par exemple).

L'énergie primaire

L’énergie primaire la plus communément utilisée par les systèmes de trigénération est le gaz naturel, mais théoriquement toute forme d'énergie chimique peut être utilisée, comme l'essence, le fioul, le biogaz, le gaz « fatal » produit par certaines industries (gaz provenant d'un procédé industriel et souvent gaspillé, par exemple le gaz des torchères des industries chimiques et pétrolières).

L'énergie primaire n'est pas nécessairement sous forme d’énergie chimique. On sait aujourd'hui utiliser des machines telles que le moteur Stirling^[9] qui permettent une trigénération à partir de n'importe quelle source de chaleur (énergie solaire, géothermique, etc.).

Utilisation

Dans un équipement de trigénération, comme dans le cas de la cogénération, l'énergie électrique est consommée localement et/ou réinjectée sur le réseau électrique public. En France EDF ou ailleurs, une entreprise nationale ou locale de distribution d'électricité rachète l'électricité suivant des conditions économiques fixées par les pouvoirs publics.

Rendement

Le rendement de conversion mécanique/électrique peut dépasser les 95 %. Celui de la récupération de chaleur dépend de la configuration du système et de la bonne isolation des tuyauteries.

Un système de stockage de l'énergie peut éventuellement lui être associé^[10].

Une trigénération bien conçue permet théoriquement de récupérer le maximum d'énergie de qualité (utilisable) à partir d'une source primaire d'énergie. On cherche encore à optimiser le rendement exergoéconomique de ces installations^[9]

Variantes

En fonction de la puissance de l'installation, on parle aussi parfois de « mini-trigénération » (puissance électrique entre 36 et 250 kW) et de « micro-trigénération » (puissance électrique entre 0 et 36 kW).

Ces petites installations peuvent par exemple être intégrées dans des systèmes domestiques(éventuellement domotisé) de production d'énergie pour une maison^[11].

Des applications domestiques et résidentielles à petite échelle et des applications commerciales à moyenne échelle (pour le secteur tertiaire^[12], les écoles, hôpitaux, hôtels, musées et bâtiments administratifs devraient profiter des progrès techniques.

Notes et autres références

1. Trigénération – Production combinée de chaleur, d’électricité et de froid (CHP), sur clarke-energy.com.
2. Levy C & Tacet J.P, « Cogénération en génie climatique. Aspects techniques. », Techniques de l'ingénieur. Génie énergétique, 4(BE9340), BE9340-1, 1999(Résumé).
3. Heteu, P. M. T., & Bolle, L., « Économie d'énergie en trigénération », International Journal of Thermal Sciences, 41(12), 1151-1159, 2002.
4. Minciuc, E., Le Corre, O., Tazerout, M., & Bitir, I., « Assessment of CO2 reduction in tri-generation-Case studies », In Energy and Environment, volume 1 et 2, p. 339-345, 2003 ().
5. Meunier, F. (2002). Co-and tri-generation contribution to climate change control. Applied Thermal Engineering, 22(6), 703-718 (résumé).
6. Weil P & Lescure M (1997). La trigénération. Gaz d'aujourd'hui, 121(2) Notice inist-CNRS.
7. (en) What is Trigeneration? edina.eu, consulté en octobre 2021
8. Marques, R. P., Hacon, D., Tessarollo, A., & Parise, J. A. R. (2010). Thermodynamic analysis of tri-generation systems taking into account refrigeration, heating and electricity load demands. Energy and Buildings, 42(12), 2323-2330 (résumé).
9. Tîrcă-Dragomirescu, G. (2012). Optimisation exergoéconomique des systèmes de trigénération d'énergie (Thèse de Doctorat, Université de Lorraine) (résumé).
10. Dharmadhikari, S. (2000). Une installation de trigénération exemplaire. Gaz d'aujourd'hui, 124(6) (résumé)
11. Henning, H. M., Pagano, T., Mola, S., & Wiemken, E. (2007). Micro tri-generation system for indoor air conditioning in the Mediterranean climate. Applied Thermal Engineering, 27(13), 2188-2194 (résumé, voir aussi résumé en français p 219 de la thèse)
12. Meskine, M. (2009). Étude technico-économique de la mini-trigénération pour le tertiaire.

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

• Trigénération, sur Wikimedia Commons

Article connexe

• Cogénération
• Polygénération
• Micro-cogeneration
• Centrale électrique virtuelle
• Ademe

Liens externes

Bibliographie

• Ameri, M., Behbahaninia, A., & Tanha, A. A. (2010). Thermodynamic analysis of a tri-generation system based on micro-gas turbine with a steam ejector refrigeration system. energy, 35(5), 2203-2209 (résumé).
• Ge, Y. T., Tassou, S. A., Chaer, I., & Suguartha, N. (2009). Performance evaluation of a tri-generation system with simulation and experiment. Applied Energy, 86(11), 2317-2326 (résumé).
• Karvountzi, G. C., Price, C. M., & Duby, P. F. (2004). Comparison of molten carbonate and solid oxide fuel cells for integration in a hybrid system for cogeneration or tri-generation. In ASME 2004 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Janv 2004 (pp. 139-150). American Society of Mechanical Engineers (résumé).
• Levy C & Tacet J.P (1999) Cogénération en génie climatique. Aspects techniques. Techniques de l'ingénieur. Génie énergétique, 4(BE9340), BE9340-1.()
• Minciuc, E., Le Corre, O., Athanasovici, V., & Tazerout, M. (2003). Fuel savings and CO 2 emissions for tri-generation systems. Applied thermal engineering, 23(11), 1333-1346 (résumé).
• Rentizelas, A. A., Tatsiopoulos, I. P., & Tolis, A. (2009). optimization model for multi-biomass tri-generation energy supply. Biomass and bioenergy, 33(2), 223-233.
• Minciuc, E., Le Corre, O., Athanasovici, V., Tazerout, M., & Bitir, I. (2003). Thermodynamic analysis of tri-generation with absorption chilling machine. Applied thermal engineering, 23(11), 1391-1405 (résumé).
• Riffat, S. B., & Su, Y. H. (2004). A tri-generation electrogasdynamic ejection system. Journal of the Energy Institute, 77(510), 7-10.
• Salehzadeh A, Saray R.K & JalaliVahid D (2013) Investigating the effect of several thermodynamic parameters on exergy destruction in components of a tri-generation cycle. Energy, 52, 96-109.
• Wolf, J., & Yan, J. (2005). Parametric study of chemical looping combustion for tri‐generation of hydrogen, heat, and electrical power with CO2 capture. International journal of energy research, 29(8), 739-753 (résumé).

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