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25 avril 2013

Poêle à bois hydro + solaire thermique : une combinaison gagnante

poele hydro

Les poêles à bois hydro (souvent appelés aussi poêles bouilleurs) permettent d'utiliser une partie de la chaleur de la combustion du bois pour produire de l'eau chaude afin d'alimenter un réseau de chauffage central et également de produire de l'eau chaude sanitaire. 

 

Ce principe permet de palier à deux inconvénients importants du chauffage au bois :

- l'eau chaude est accumulée dans un ballon tampon, ce qui permet de stocker le surplus de chaleur produite et de le restituer plus tard, afin de chauffer le bâtiment même quand le poêle est éteint. Celà compense donc le problème de l'intermitence du chauffage au bois.

- l'eau chaude est distribuée via le réseau de chauffage central existant, afin de distribuer la chaleur dans toutes les pièces. Celà compense le problème de difficulté à diffuser la chaleur émise par un poêle à bois classique.

Combiner ce système avec des panneaux solaires thermiques a du sens : étant donné que l'on a déjà besoin d'un ballon tampon pour le poêle hydro, on peut venir raccorder des panneaux solaires sur ce même ballon. Les panneaux solaires fourniront l'eau chaude sanitaire en été, ainsi qu'une partie du chauffage en hiver et aux entre saisons par temps ensoleillé. Par temps couvert, le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire seront assurés par le poêle. Un appoint électrique est prévu dans le ballon tampon, à moins que l'on ne couple égallement une chaudière d'appoint au ballon tampon.

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14 avril 2013

Comparatif des prix de l'énergie

Il n'est pas toujours facile de comparer les prix des énergies pour le chauffage car ces prix ne sont jamais exprimés dans les mêmes unités. Euros par litres, par m³, par stères, ... Difficile de s'y retrouver.

Voici donc un tableau comparatif donnant les prix des différentes énergies dans une unité commune, les €/kWh PCI.

Ce prix est ensuite converti en €/kWh utile en prenant en compte le rendement annuel moyen du système de chauffage (chaudière, réseau de distribution ...)

Un classement est effectué du kWh utile le moins cher au plus cher.

France :

Energie

Prix unité usuelle

Prix €/kWh PCI

Générateur

Rendement global sur PCI

Prix €/kWh utile

Electricité

0.12 €/kWh

0.120

Pompe à chaleur géothermique

350%

0.034

Bois

70 €/stère

0.035

Poêle ou chaudière à bois

80%

0.044

Electricité

0.12 €/kWh

0.120

Pompe à chaleur aérothermique

250%

0.048

Pellets

0.28 €/kg

0.056

Poêle ou chaudière  à pellet

90%

0.062

Gaz

0.65 €/kWh PCS

0.072

Chaudière condensation

97%

0.074

Gaz

0.65 €/kWh PCS

0.072

Chaudière classique

85%

0.850

Fioul

0.90 €/L

0.090

Chaudière condensation

95%

0.095

Fioul

0.90 €/L

0.090

Chaudière classique

80%

0.113

Electricité

0.12 €/kWh

0.120

Radiateurs/ convecteurs

100%

0.120

Belgique :

Energie

Prix unité usuelle

Prix €/kWh PCI

Générateur

Rendement global sur PCI

Prix €/kWh utile

Bois

70 €/stère

0.035

Poêle ou chaudière à bois

80%

0.044

Electricité

0.18 €/kWh

0.180

Pompe à chaleur géothermique

350%

0.051

Pellets

0.28 €/kg

0.056

Poêle ou chaudière  à pellet

90%

0.062

Electricité

0.18 €/kWh

0.180

Pompe à chaleur aérothermique

250%

0.072

Gaz

0.65 €/kWh PCS

0.072

Chaudière condensation

97%

0.074

Gaz

0.65 €/kWh PCS

0.072

Chaudière classique

85%

0.850

Fioul

0.90 €/L

0.090

Chaudière condensation

95%

0.095

Fioul

0.90 €/L

0.090

Chaudière classique

80%

0.113

Electricité

0.18 €/kWh

0.180

Radiateurs/ convecteurs

100%

0.180

 

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21 mai 2011

Le chauffage par poêle ou insert au bois

flammesAvec la hausse du coût des énergies fossiles, le bois énergie revient sur le devant de la scène. Ce mode de chauffage permet en effet de réduire sa facture énergétique tout en apportant l'agrément et la convivialité du spectacle des flammes dans le cas des poêles et inserts.

Dans le cas de maisons très basse énergie ou passives, l'excellente isolation du bâtiment peut permettre de se passer de l'installation d'un coûteux système de chauffage, le poêle à bois étant alors suffisant pour chauffer tout le bâtiment. 

Cependant, l'utilisation du bois ne sera intéressante économiquement et écologiquement que sous certaines conditions.

Les feux ouverts sont a proscrire, sauf pour une utilisation très ponctuelle : en effet, ces cheminées ont un très faible rendement (de l'ordre de 20%) et émettent dans l'atmosphère quantités de polluants et surtout de particules fines nocives.

Un appareil fermé de conception moderne est à utiliser. Les bons appareils sont munis d'une porte bien étanche, d'une chambre de combustion favorisant les hautes températures, et d'arrivées d'air maitrisées en différents points : une arrivée d'air venant du haut de la vitre alimente efficacement les flammes tout en permettant de garder la vitre propre. En outre, une arrivée d'air à la base des flammes permet la combustion des braises et un allumage aisé des bûches. Parfois, des arrivées d'air dit secondaire, situées au dessus des bûches, permettent de compléter la combustion des gaz.

De plus, le mode d'utilisation de l'appareil influence grandement ses performances. Il faut donc utiliser du bois bien sec (2 à 3 années de séchage). Les bûches doivent être refendues et ne pas être trop grosses. Il faut égallement éviter de faire fonctionner son appareil à allure trop réduite, car ses performance sont alors dégradées. C'est pourquoi il est important de préférer un appareil de faible puissance (donc souvent égallement de petites dimensions) mais de le faire fonctionner à sa puissance nominale, plutôt que de choisir un appareil trop gros et trop puissant, qui devra être utilisé à allure très réduite pour éviter les surchauffes.

Avec un appareil moderne et bien utilisé, on obtient des rendements énergétiques de l'ordre de 80% et des émissions de polluants et de particules très faibles, tout en gardant une vitre et un conduit de cheminée propres. 

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24 janvier 2009

Le Miscanthus

 

temporaire2Si actuellement le bois énergie est souvent issu de la récupération de déchets, il pourrait à l’avenir faire de plus en plus l’objet de cultures dédiées. Pour de telles cultures énergétiques, ce sont les taillis à croissance rapide ou encore le miscanthus qui offrent les meilleurs rendements à l’hectare. De plus, ces plantes possèdent des propriétés de dépollution des sols, et ne nécessitent aucun engrais chimique.

 

 

 

 Miscanthus ; récolte tous les ans (source ARDN) : 

-  Coût de revient des copeaux : environ 15€/MWh ; il peuvent également être transformés en granulés.

- Ratio énergie produite/énergie nécessaire (machines de récolte, …) : 32 

- 15 à 20 t/ha/an 

- PCI 4600 kWh/tonne à environ 20% d’humidité

- Environ 83 MWh/ha/an 

-  Rendement énergétique du la cellule solaire équivalente :

On peut considérer une culture énergétique comme une grande cellule solaire : l’irradiance solaire étant d’environ 1220 kWh/m²/an pour cette localisation géographique, on peut calculer le rendement énergétique d’une telle cellule : 0,68% ; un champ de panneaux photovoltaïques aurait quant à lui un rendement d’environ 5% (valeur issue des caractéristiques des centrales solaires construites par BP Solar ; les modules ont un rendement d’environ 15% mais ont un certain espacement). 

- La consommation française de chauffage (énergie finale) des secteurs résidentiel et tertiaire s’élevait en 2003 à 420 TWh. A 83 MWh/ha/an, une plantation de miscanthus de 5 millions d’hectare suffirait donc à couvrir la totalité de ces besoins. La surface agricole utile en France étant de 29 millions d’hectare, cela représenterait 17% de cette surface. Même s’il n’est pas question de considérer ces cultures énergétiques comme unique solution en terme d’énergie renouvelable, ces ordres de grandeurs montrent le très important potentiel de production énergétique de ces cultures.

Production d'électricité ou cogénération à partir du Miscanthus, comparé à d'autres energies renouvelables :

Le tableau ci-dessous compare la culture énergétique de miscanthus, en terme de coût de revient du MWh produit et de MWh produit par unité de surface, à deux autres filières d’énergie renouvelable : l’éolien et le solaire photovoltaïque.

temporaire

 

 

 

1: source INES, irradiance solaire 1220 kWh/m²/an, rendement global centrale solaire 5%, durée de vie 20 ans 

2 : source SFP, éoliennes de 2,5 MW, disponibilité 30%, espacement 360 m, durée de vie 20 ans 

3 : premier chiffre MWh électrique pour un rendement électrique de 33% ; chiffre entre parenthèses MWh thermique ; coût fonctionnement centrale thermique hors combustible : 10€/MWhe (source commission européenne)

On constate que même si la production à l’hectare du miscanthus est très inférieure à celle possible avec l’éolien ou le solaire, son coût de revient est sensiblement plus faible, même en production d’électricité seule. De plus, cette filière présente l’avantage d’une énergie stockable et capable de répondre aux variations de la demande du réseau électrique, contrairement aux énergies solaire et éolienne qui sont intermittentes.

Dossier rédigé par Jean-Dominique Thomassin et François Didier, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz

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21 juin 2008

Le solaire photovoltaïque à concentration

concentratingPVLe solaire photovoltaïque est doté d'un énorme potentiel pour devenir la source d'énergie de l'avenir : Sans entretien, modulaires, et ne consommant aucun carburant durant leur fonctionnement, les cellules solaires exploitent le rayonnement solaire transmit à notre planète pour produire directement de l'électricité. La surface de la terre reçoit jusqu'à 1000 W/m² d'énergie solaire.

L'industrie du solaire photovoltaïque est actuellement l'industrie qui connaît la plus forte croissance dans le monde. Le rendement des cellules solaires commercialisées atteint 18% ; cette valeur augmente rapidement au fil des recherches tandit que le coût de production, tant financier qu'énergétique, décroit au fil des avancées de la technologie.

En effet le coût d'investissement initial représente le principal frein à cette technologie aujourd'hui (ordre de grandeur : 5 000 € pour un ensemble de modules solaires totalisant 1000 Wp). Ce prix élevé provient principalement du coût du silicium nécessaire. Concernant le retour sur investissement énergétique, ils est de 2 à 3 ans pour les cellules actuelles (temps nécessaire à une cellule solaire pour produire l'énergie qu'il a fallu investir pour sa fabrication). La durée de vie des cellules est quand à elle supérieure à 20 ans.

Une technologie permettant de réduire fortement ce coût d'investissement mérite notre attention. L'idée est d'utiliser une grande surface de concentrateurs (miroirs ou lentilles) afin de concentrer les rayonnements solaires sur une petite surface de cellules solaires, minimisant ainsi le coût d'investissement lié aux cellules solaires, très coûteuses. De plus, des cellules solaires à haut rendement (et donc coût élevé) peuvent être utilisées sans multiplier le coût de l'installation. L'entreprise australienne Solar systems commercialise des disques solaires concentrant le rayonnement solaire 500 fois sur une cellule solaire d'un rendement de 25%. Un circuit de refroidissement maintient la température des cellules solaires basse. 

Bien sur le solaire, tout comme l'éolien, a toujours l'inconvénient d'une production discontinue, mais avec les progrès des technologies de l'hydrogène (électrolyseurs et piles à combustible), il sera dans l'avenir possible de stocker l'énergie électrique sous forme d'hydrogène et de la restituer en suivant la demande.

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08 novembre 2007

La pompe à chaleur

w_rmepumpeAvec l'augmentation du prix des combustibles, la pompe à chaleur (PAC) est aujourd'hui une alternative intéressante aux chaudières à combustion. Elle possède en effet des caractéristiques attrayantes : lorsqu'elle consomme 1kWh d'énergie électrique, elle génère jusqu'à 5kWh d'énergie thermique pour les besoins de la maison. Mais cette performance n'est atteinte que dans des conditions particulières.

Qu'est exactement une pompe à chaleur? C'est un dispositif qui exploite la chaleur du sol ou du sous-sol (géothermie), ou bien la chaleur de l'air (aérothermie).

- La pompe à chaleur eau-eau utilise la plupart du temps des capteurs horizontaux que l'on enterre à environ 70 cm de profondeur. Ces capteurs récupèrent la chaleur du sol, dont la température est en hiver plus élevée que celle de l'air. Cette pompe à chaleur possède un bon rendement, mais l'installation des capteurs a un coût et la surface utilisée ne pourra être recouverte que par du gazon ou un potager, pas d'arbres ni de macadam. Le capteur peut aussi être vertical, il s'agit alors d'un puits permettant d'aller chercher la chaleur en profondeur. Le rendement est encore amélioré mais l'installation est coûteuse et pas toujours possible.

- La pompe à chaleur air-eau (ou air-air si la chauffage du bâtiment se fait par air pulsé) récupère de la chaleur dans l'air extérieur. Le rendement est nettement moins bon, mais pas besoin de capteurs enterrés. Ainsi ce mode de chauffage peut convenir pour la rénovation, ce qui est difficile pour la PAC eau-eau qui est plutôt dédiée au neuf.

pompe_chaleurLa PAC en elle même s'apparente par son aspect extérieur à une chaudière ordinaire. Naturellement, pas besoin de cheminée. Le principe est le même que celui du frigo : un fluide circule successivement dans un évaporateur, où il s'évapore et devient un gaz en prenant de la chaleur au milieu extérieur (exemple : les capteurs dans le sol), puis est comprimé par le compresseur électrique. Comprimé, le gaz possède un point de rosée plus haut, c'est à dire qu'il se condense à partir d'une température plus haute. Il passe alors dans le condenseur, où il redevient liquide en cédant sa chaleur au circuit de chauffage. En passant ensuite dans un détendeur, sa pression diminue, rendant possible l'évaporation à une température plus basse. Le fluide retourne dans l'évaporateur et le cycle recommence.

Voici quelques caractéristiques qu'il est important de connaître si l'on souhaite se doter d'une PAC :

- la température maximale de l'eau chauffée est plus faible que pour une chaudière classique : environ 50°C contre 80°C. Ainsi, pour disposer d'une même puissance de chauffage dans les pièces à chauffer, il faut plus de surface d'échange, c'est à dire plus de radiateurs, ou bien préférer un chauffage par le sol. Cette dernière option est conseillée.

- le rendement de la PAC décroit lorsque la température extérieure diminue. Pour faire face aux hivers très froids (températures inférieures à -5 ou -10°C), il est parfois nécessaires d'utiliser une chaudière classique couplée à la PAC. Si vous utilisez un poële ou une cheminée à bois pour vous chauffer en hiver, la PAC est appropriée car elle ne fournira qu'un appoint à la cheminée par grand froid, et fournira tout le chauffage efficacement par froid modéré.

D'un point de vue écologique, la PAC n'est pas gagnante a tous les coups : si en moyenne sur une année elle consomme un tiers de ce qu'elle produit, il ne faut pas oublier qu'elle consomme de l'électricité produite en majeure partie par des centrales thermiques, qui elles ne produisent qu'un tiers de ce qu'elles consomment. Au final, le rendement global sera comparable avec celui d'une chaudière à condensation, c'est à dire aux alentours de 100%.

En France, l'énergie électrique est produite à 80% par du nucléaire, sans rejets de CO2. Ainsi en France la PAC est propre d'un point de vue émissions de gaz à effet de serre. Mais dans de nombreux pays, où l'énergie électrique est produite majoritairement par des centrales à flammes (charbon, fuel, ...) le bilan n'est pas si bon. L'efficacité énergétique et écologique de la PAC dépend donc essentiellement du mode de production de l'électricité.

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07 avril 2007

La chaudière à condensation

chaudiere_gazLa chaudière à condensation est une solution souvent très intéressante pour les habitations dotées d'une installation de chauffage au gaz ou au fuel. Sa mise en place ne nécessite pas de grosse modification du réseau d'eau chaude de chauffage, ainsi elle peut facilement être installée en remplacement d'une chaudière classique.

Par rapport à une chaudière classique, une chaudière à condensation possède plusieurs avantages :

- son rendement peut atteindre 109% (!), à comparer à environ 90% pour une chaudière classique. C'est en récupérant la chaleur dégagée par la condensation des gaz issus de la combustion que l'on arrive à de tels résultats. Le PCI du combustible étant calculé sans la chaleur latente de condensation, on arrive à un rendement sur PCI supérieur à l'unité.

- A charge partielle, une chaudière à condensation reste très efficace, alors qu'une chaudière classique perd en efficacité. Ceci est très intéressant lorsque l'on sait qu'une chaudière est très rarement utilisée à pleine charge, seulement lorsqu'il fait très froid. Elles tournent le plus souvent aux alentours de 30% de charge. Or le rendement à 30% de charge n'est plus que de 75% pour une chaudière classique alors qu'il vaut près de 105% pour une chaudière à condensation.

Il existe des chaudières à condensation adaptées à la combustion de gaz, mais aussi de fioul. Par contre, le rendement est un peu moins bon avec du fioul.

Du fait du meilleur rendement des chaudières à condensation, les économies sur la factures de gaz sont supérieures à 20%. Un crédit d'impôt permet de rembourser 40% de l'investissement. Ainsi, une telle chaudière peut être rentabilisée 5 ans.

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17 février 2007

Un générateur de turbulences pour diminuer la consommation

vortexDe nombreux expérimentateurs ont déjà testé sur leur propre véhicule cet objet simple mais semble-t-il doté de propriétés surprenantes. En effet, il permettrait de diminuer la consommation de carburant des moteurs de 5 à 15 % ...

Placé à l'admission, de préférence après le papillon pour les moteurs essence, cette pièce génère un tourbillon grâce à ses ailettes. Celui-ci permet une meilleure homogénéisation du mélange air-carburant, pour une meilleure combustion.

Le principe de la turbulence (swirl) est déjà exploité sur les moteurs. Cette pièce augmente le phénomène de turbulence, mais créé une perte de charge, surtout lorsque le débit d'air est important, c'est à dire à haut régime. Ainsi, les expérimentations relatents d'un gain de couple à bas régime mais d'une perte de puissance à haut régime.

Efficaces sur les moteurs d'ancienne génération, il n'est pas certain que ce procédé le soit également sur les moteurs les plus récents. En effet, le rendement de la combustion est déjà très bon sur les derniers moteurs (98% environ), et donc améliorer la combustion n'est plus une voie intéressante de progrès. Par contre, son efficacité peut être améliorée, par exemple par l'augmentation de la vitesse de propagation de la flamme.

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24 octobre 2006

Huile Végétale Pure

sonnenblume1

Voici la nouvelle version du document très complet d'Yves Lubraniécki concernant l'huile végétale pure en tant que carburant.

ENERGIE_ET_DEVELOPPEMENT

Rappelons que l'huile végétale pure, c'est à dire n'ayant subie aucune transformation, peut être utilisée directement dans un moteur de type Elsbett. Sinon, elle peut être transformée en biodiesel afin de pouvoir être utilisée dans un moteur diesel conventionnel.

L'huile végétale peut être produite avec un bon rendement à l'hectare (4 000 L/an/ha) dans des régions ensoleillées tels les pays d'Afrique, grâce à une variété de palmier produisant une grande quantité d'huile. Ce serait égallement un moyen de dynamiser ces régions pauvres.

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27 septembre 2006

Du bioéthanol à la pompe en France

bioethanolLe ministre de l'économie Thierry Breton a annoncé mardi 26 septembre, que du biocarburant serait disponible à la pompe d'ici un an. L'objectif annoncé est une disponibilité dans 500 stations françaises, au prix de 0,80€ le litre.

On attendait une telle nouvelle depuis longtemps, alors qu'en Allemagne on peut trouver du biodiesel dans les stations depuis plusieurs années.

En France, le biocarburant dont il est question est le bioéthanol, ou plus précisément l'E85, un mélange de 85% d'éthanol et de 15% d'essence.

Contrairement au biodiesel qui est utilisable seulement dans un moteur diesel, l'E85 est utilisable dans les moteurs essence uniquement. Le choix de privilégier ce type de carburant est surprenant, alors que la majorité des Français roulent aujourd'hui au diesel. Ceci dit, ce choix n'est pas dénué de sens sur le plan environnemental, car les moteurs essence rejettent bien moins d'oxydes d'azote que les moteurs diesel.

Il faut ajouter que l'éthanol possède un indice d'octane très élevé (environ 120) qui permet un plus grand taux de compression, et donc un meilleur rendement du moteur. Le passage de l'essence au biocarburant ne se fait donc pas au dépend des performances, bien au contraire.

On peut rouler à l'éthanol dans un véhicule à moteur essence, certes, mais celui-ci doit être spécialement adapté. Sans modifications, on peut mettre jusqu'à 20% d'éthanol dans l'essence, mais au delà des problèmes peuvent apparaître. Les durits doivent résister à l'attaque de l'alcool, et l'électronique d'injection et d'alumage doit être programmée différemment. Ainsi, pour rouler avec une forte proportion d'éthanol, il faut utiliser un moteur spécialement adaptée. Le surcoût est faible, les modifications étant légères. Des véhicules "flex fuel" capables d'utiliser n'importe quelle proportion de mélange essence-ethanol sont dors et déjà utilisés à grande échelle au Brésil. Ils devraient être disponibles en France d'ici un an.

D'un point de vue financier, l'essence verte seraient vendue aux alentours de 0,80€/L, contre 1,20€/L actuellement pour l'essence conventionnelle. Avant de tirer une conclusion, il faut tenir compte du fait qu'un litre d'E85 contient 30% d'énergie de moins que l'essence. Un litre d'essence contenant 10kWh (36MJ) d'énergie, un calcul rapide montre qu'il faudra 40% d'éthanol de plus que d'essence pour parcourir la même distance (si l'on ne tient pas compte d'une éventuelle augmentation du rendement du moteur due à l'indice d'octane du biocarburant). Ainsi, l'équivalent en énergie d'un litre d'essence coutera 0,80€ + 40% donc 1,10€ environ.

Rouler à l'éthanol coûtera donc légèrement moins cher que rouler à l'essence, mais plus cher que de rouler au gazole. Au niveau du coût à l'achat du véhicule, un véhicule acceptant l'éthanol comme carburant sera légèrement plus cher qu'un véhicule n'acceptant que l'essence, mais restera moins cher qu'un véhicule diesel. Ainsi, l'usage de l'éthanol se révèlera être un compromis intéressant entre l'essence et le diesel.

Du point de vue de l'agriculture, l'éthanol possède un meilleur rendement à l'hectare cultivé que le biodiesel, mais sa culture nécessite plus d'énergie. Actuellement, le bioéthanol est produit sous nos latitudes à partir de la bettrave à sucre, ou à partir de la canne à sucre au Brésil. Mais rappellons que les techniques de production actuelles sont amenées à changer radicalement , avec le développement de la filière de production d'éthanol par hydrolyse enzymatique. Avec cette nouvelle méthode, il faudra bien moins de surface cultivée et d'énergie pour produire cette essence verte. De plus, des espèces végétales diverses seront utilisables, notamment des taillis à croissance rapide. A noter égallement que l'éthanol peut être produit à partir de certains déchets.

L'introduction de ce carburant se révèle donc très intéressante pour l'avenir. Mais on peut s'étonner du fait que parallèlement, l'utilisation de l'huile végétale brute soit toujours interdite en France ...

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