Le temps est compté. Les températures globales n'ont censé d'augmenter au cours des 30 dernières années. Les experts prévoient pour 2010 un nouveau record de chaleur depuis les premiers relevés météorologiques, et la multiplication ininterrompue de catastrophes naturelles de grande amplitude parle pour elle. Lors du sommet de Cancun sur le climat, la communauté internationale a réalisé un petit pas en avant en s'engageant officiellement à ne pas dépasser un réchauffement global de la Terre de deux degrés. Au sein de l'Union européenne, on s'efforcera de réduire d'ici à 2020 les émissions de CO2 , critiques pour la stabilité du climat, non pas de 20 % mais de 30 %, et de se tenir fermement à cet objectif. Un appel est lancé aux chercheurs et aux industriels pour trouver des projets innovants destinés à protéger le climat.
Les points d'attaque sont nombreux. Dans de nombreux processus industriels, on déplore une dilapidation et un gaspillage énergétiques. Dans la lutte contre le réchauffement planétaire, la mise en valeur de potentiels inexploités constitue une pierre angulaire essentielle. Dans le domaine de la récupération d'énergie, un ambitieux projet de recherche, soutenu par le ministère fédéral allemand de l'économie et des technologies et sur demande d'une résolution du Parlement fédéral, est sur le point d'être lancé en série chez DEPRAG SCHULZ GMBH & CO. KG. Le directeur, Dr Rolf Pfeiffer, explique l'idée sous-jacente : "Dans de nombreux processus industriels, les gaz résiduels s'évaporent inutilement dans l'atmosphère. Notre idée était de rendre ces gaz énergétiquement utilisables." La récupération d'énergie à partir des gaz d'échappement n'est nullement un concept nouveau. Dr. Eng. Rolf Pfeiffer : "La nouveauté de notre approche réside dans le fait que grâce à notre concept, de petites quantités d'énergie résiduelle allant de 5 à 20 kW peuvent être transformées en courant dans un petit appareil compact et décentralisé conçu pour récupérer l'énergie.
Résultat des vastes travaux de recherche : les premiers prototypes du très innovant générateur à turbine de DEPRAG mis au point dans le laboratoire de développement. Le brevet a été déposé, et les prototypes ont passé avec succès une batterie de test. Dr Rolf Pfeiffer : "Nous pouvons désormais lancer la production en série, et nous recherchons des partenaires à même de vouloir introduire ce système innovant de récupération d'énergie dans leur installation. Notre système de récupération s'adapte à de nombreuses applications, s'agisse-t-il d'électrifier les gaz du processus ou d'exploiter les chaleurs résiduelles inutilisées."
Dès les premières études, le responsable du développement de l'équipe de DEPRAG, Gerd Zinn, s'engageait à ce que le nouveau système de récupération d'énergie soit petit, simple et robuste, qu'il s'applique aux plages de 5 à 20 kW. L'utilisation d'engrenages devait être évitée pour des raisons de coûts et de maintenance. Mais pour le concepteur ce dernier point constitua le principal défi. En effet, étant données les réalités physiques et le petit diamètre des turbines réceptrices, le régime de la turbine s'en trouvait relativement élevé, tout comme celui du générateur.
Les caractéristiques mécaniques des matériaux adaptés constituent en effet de véritables limites. Aucun générateur vendu dans le commerce n'était assez petit et ne répondait aux exigences de limite d'endurance respectant un régime stable de 40 000 tr/min. Il s'avéra donc nécessaire de mettre soi-même au point un générateur électrique approprié. Les ingénieurs se concentrèrent avant tout sur la durée de vie du rotor. Fruit d'intenses travaux de recherches, deux variantes d'un système global compact virent le jour, reposant sur une machine synchrone à excitation continue produisant de l'électricité.
Et c'est à ceci que ressemble le prototype de DEPRAG : une unité compacte, composée d'une microturbine à expansion et d'un générateur électrique, produit de l'électricité à partir de gaz. Sans l'armoire de commande électrique qui l'accompagne, le générateur à turbine n'est pas beaucoup plus gros qu'une boîte de chaussures, et grâce au principe du Plug & Earn, il peut être décentralisé soit à l'endroit où le gaz inutilisé s'échappe du processus industriel, soit là où sa haute pression est ramenée à une pression plus basse. Jusqu'ici, l'énergie de pression alors libérée ne servait que rarement à produire du courant, et un potentiel énergétique, écologiquement précieux, s'évaporait inutilement.
Très innovant, le générateur à turbine de DEPRAG transforme l'énergie contenue dans le fluide de production en électricité. Le gaz pénètre dans la turbine, il est compressé par des gicleurs et accéléré. C'est à la rencontre de l'aubage de la turbine et lorsqu'il est redirigé qu'il lui transmet son énergie. Au sein du générateur, l'énergie cinétique est transformée en énergie électrique. Au coeur de cet innovant système, la turbine et le générateur électrique constituent une unité compacte possédant un arbre commun. Conséquence : la rotation de la turbine entraîne le rotor du générateur, et l'énergie électrique est produite !
On peut imaginer de transposer la récupération d'énergie du générateur à turbine DEPRAG dans de nombreuses branches industrielles. Lors de la fusion des métaux par exemple, les pots de fusion sont refroidis par air comprimé. L'air sous pression circule le long de tunnels de réfrigération et évacue la chaleur, qui finit généralement par s'évaporer inutilement dans l'atmosphère. Équipés du nouveau générateur à turbine, vous pourriez réutiliser de manière lucrative ces gaz, qui sont pourtant bien des déchets : grâce à la microturbine à expansion et au générateur intégré, l'énergie tirée de la chaleur est transformée en courant électrique et alimente le réseau.
Dans les grandes installations de biogaz et les centrales de biogénération, l'énergie résiduelle est d'ores et déjà transformée en courant électrique grâce au processus ORC (Organic Ranking Cycle), mais la gamme de puissance des installations est limitée entre 200 à 1500 kW. Or, de nos jours, de plus en plus de petites installations de biogaz et de centrales de biogénération voient le jour. Grâce au nouveau générateur à turbine et à la possibilité d'utiliser efficacement les moindres quantités de chaleur perdue des processus de recyclage ORC, le rendement électrique de ce type d'installations peut être largement optimisé. Le cas échéant, le rendement total de ces installations peut être augmenté de plus de 45 % : En vertu de la loi allemande sur les énergies renouvelables (Erneuerbaren Energien Gesetz, EEG), de telles installations bénéficient ainsi d'un "bonus technologique" de 2 Ct/kWh.
Comme autre exemple, le gaz naturel est pompé à travers des pipelines sur des milliers de kilomètres et sous haute pression entre les pays exploitants et l'utilisateur. Au moment de l'injection dans les réseaux régionaux, dont la pression est moins élevée, la pression doit être réduite et le gaz décomprimé. À leur tour, les services municipaux d'électricité, de gaz et d'eau réduisent la pression du gaz avant que le gaz naturel n'atteigne chaque foyer. Lors de la transformation des pressions présentes dans les conduites de gaz, les techniques d'acheminement du gaz sur de grandes distances gaspillent de l'énergie que les ingénieurs de DEPRAG sont convaincus de pouvoir convertir à moindres frais en courant électrique à l'aide de leur générateur à turbine.
Directeurs généraux Dr. Eng. voit là un marché potentiel intéressant pour le générateur à turbine DEPRAG et en résume ainsi les avantages : "Les plus petites quantités d'énergie résiduelle peuvent désormais être avantageusement converties en courant grâce au système compact de récupération." Le profit écologique de ce genre de récupération énergétique se compte d'ailleurs en argent comptant. Selon la loi allemande sur les énergies renouvelables, la rémunération de la mise en réseau offre un attrait supplémentaire. Mais les coûts d'investissement doivent rester abordables. Dr Rolf Pfeiffer : "On peut tout à fait imaginer de proposer, à l'avenir, notre unité de générateur à turbine pour 10 kW pour un nombre de pièces adapté à moins de 10 000 euros."
L'entreprise DEPRAG SCHULZ GMBH & CO. KG fait partie des leaders du marché dans le domaine des moteurs pneumatiques innovants. L'entreprise, dont le siège est à Amberg en Bavière, compte 600 employés et est représentée dans plus de 50 pays. Depuis longtemps déjà, l'innovation et l'amélioration continue de ses gammes de produits existants constituent pour DEPRAG la meilleure réponse aux défis du temps.
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