waste heat to energy, le point sur une filière à haut potentiel | ulg - 14 mars 2017

Cluster TechnologyofWalloniaEnergy,EnvironmentandsustainableDevelopment

ULG- 14mars2017

Waste Heat to Energy,

le point sur une filière à haut potentiel

PROGRAMME

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Première partie : Gisements, obstacles et opportunités

• Cluster TWEED, Introduction – Cédric Brüll

• Ferest Ing, Etude des potentiels de récupération des énergies fatales dans les Haut de France – Philippe Ferest

• ICEDD, Potentiel de l'énergie fatale en Wallonie

• Ferest Ing, Obstacles aux projets de récupération de chaleur fatale industrielle, ébauches de solutions : Création d'un fonds assurantiel national - Philippe Ferest

PROGRAMME

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Deuxième partie : Solutions technologiques - Focus sur quelques acteurs clés belges et français• ACTE, Capter la chaleur fatale dans les fumées industrielles,

un enjeu technico-économique – Aude Bonvissuto

• Hevatech (Rhône-Alpes), "Conversion de chaleur fatale en électricité: TURBOSOL, une technologie innovante et économiquement performante" - Patrick BOUCHARD,

Président d'HEVATECH

• TERRAOTHERM, La récupération de l'énergie fatale à l'état

gazeux - Prof. Jaouad Zemmouri Directeur R&D

• Ulg, projets de chaleur fatale suivis par l'Université de Liège -

Vincent Lemort, Ass. Prof. De l'Université de Liège


1

TWEED : Cluster Energie Durable

Qui sommes-nous?

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Le Cluster TWEED est une organisation wallonne rassemblant les acteurs du secteur de l'énergie durable.

Nos secteurs clés :

3

NEW PORTALREWALLONIAIN2016!

Que faisons-nous ?

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• Mise en réseau

• Organisation de groupe-projets

• Veille technologique

• Soutien technique au montage de projets

• Etudes de marché

• Promotion locale et internationale

• Projets européens

TWEED en quelques chiffres(depuis sa création, mars 2008)

• > 100 membres effectifs (payants), dont 85% d’entreprises

• Réseau de plus de 350 acteurs technologiques (membres ReWallonia)

• Près de 100 networking events

• Aide au montage de 25 projets de recherche ou d’investissement dans le secteur « énergie durable » et partenaires de projets wallons (Plan Marshall, DGO4, First Spin-Off,…) ou européens (H2020, Interreg,…)

• Présence sur plus d’une vingtaine de salons (EWEA, Intersolar, Husum, EU Biomass Conference,…) et élaboration de plus de 10 missions à l’international

• Réalisation de 6 cartographies d'acteurs économiques (Eolien, Solaire PV, Biomasse-énergie, Chaleur verte, Smart Grid, Stockage)

• Plus de 50.000 pages visitées par an sur nos sites Web, 12 newsletters par an, veille informative,…

• Plus de 15 partenariats : AWEX, Agoria, Energy Technlogy Club, International Cleantech Network, Edora, Apere, pôles et clusters wallons (Mécatech, GreenWin, Cap2020/eco-Construction,…), clusters étrangers (Energie 2020, Tenerrdis, OREEC-Oslo Energy Cluster, Cluster de Energía del País Vasco)

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Cluster TWEED: Our members

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TWEED en quelques images

Que faisons-nous?

• Mise en réseau des entreprises et autres acteurs des secteurs de l'énergiedurable via l'organisation de conférences à thèmes, d'évènements denetworking, de conférences, de séminaires, de séances d'information, devisites d'entreprises...

• Organisation de groupe-projets qui rassemblent des entreprises auxcompétences complémentaires afin de constituer des filières d'entreprisescapables d'offrir des solutions globales aux clients dans des projets de tailleindustrielle

• Soutien technique au montage de projets d'investissement et/ou de R&Dsur la thématique des énergies durables

• La réalisation d'une veille technologique dans le domaine de l'énergiedurable

• Réalisation d'études de marché et d'analyse économique ettechnologique sur la thématique de l'énergie durable

• Promotion locale et internationale du cluster et de ses membres vial’Agence Wallonne à l’Exportation (AWEx), l’Energy Technology Club(AGORIA) et l’organisation de missions de prospection (Maroc, Pologne,France, Danemark, Norvège, …).

• Participation à des projets wallons & européens

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TWEED AsblRue Natalis 2 – 4020 Liège – Belgium

www.clustertweed.be

Cédric Brü[email protected]

Olivier UlriciIngénieur [email protected]

Paul BricoutIngénieur [email protected]

Laurent MinguetPré[email protected]

www.clustertweed.be

1FEREST ING

FEREST ING 2

Inventorier, repérer et caractériser les énergies fatales de la Région Nord Pas de Calais dans le

but de les récupérer et de les réutiliser de manière cohérente.

FEREST ING 3

○ Énergies fatales issues des utilités :

� énergie perdue sur les compresseurs d’air comprimé, les compresseurs de froid industriel et les pompes à vide (échauffement du fluide + échauffement de l’huile de lubrification)

� énergie perdue sur les fumées de combustion sur tous types de brûleurs (chaudière eau, chaudière vapeur)

� énergie perdue sur l’air extrait au niveau des ventilations de locaux sans double flux

� énergie non valorisée sur les installations issues de cogénérations

FEREST ING 4

○ Énergies fatales issues des process :

� énergie de process (réacteurs, fours, autoclaves, stérilisateurs, etc…) évacuée sur tours aéroréfrigérantes, sur aéroréfrigérérants secs, sur cours d’eau ou en mer

� pertes de vapeur par fuite sur réseau fermé ou non retour des condensats

� énergie de rayonnement de produits en refroidissement libre (forge, fonderie)

� énergie issue de fours ou process exothermiques divers extraite directement

FEREST ING 5

○ Énergies fatales issues des déchets :

� biogaz actuellement brûlé en torchère� UIOM

FEREST ING 6

concerne la plupart des entreprises

Énergies fatales CALCUL THEORIQUE - Ratios

ne concerne que les entreprises « motivées »

Énergies fatales ANALYSE DES DONNEES PRECISES

aide à la réalisation des ratios

○ Envoi questionnaires papiers : 170

○ Envoi questionnaire + contacts téléphoniques : 250

○ Visites sites industriels + chiffrage : 8

○ Retour questionnaires : 46

○ Taux de retour : 19 %

FEREST ING 7

FEREST ING 8

○ 170 ENTREPRISES GENERENT A ELLES SEULES:

○ ENERGIE FATALE TOTALE REGIONALE(857 entreprises):

FEREST ING 9

ENERGIE FATALE>90°C

ENERGIE FATALE 60°C<T<90°C

ENERGIE FATALE T<60°C TOTAL

Fumées entre 150 et 1500 °C

Eau chaude Eau chaude

2 378 GWh 4 GWh 32 643 GWh 35 026 GWh

205 ktep 0,3 ktep 2 807 ktep 3 013 ktep

6,8% 0,01% 93,2% 100,0%

FEREST ING 10

CATEGORIE ENERGIE PERDUE EN GWh

Agro-alimentaire 611Automobile 138

Chimie 3 067Cimenterie 36Imprimerie 9

Magasin 1

Papier carton 81

Plastique 28Santé 5Textile 9UIOM 1 590Verre 132

Métallurgie sidérurgie 5 781Production d'énergie 23 500

Autre 37

Total général 35 026

Total général en ktep 3 013

FEREST ING 11

BASSIN ENERGIE PERDUE EN GWh EQUIVALENT LOGEMENTS

ARRAS 107 4 693BETHUNE 313 13 919

BOULOGNE SUR MER 8 336CALAIS 119 5 293

CAMBRAI 70 3 090DOUAI 54 2 377

DUNKERQUE 6 342 281 613GRAVELINES 21 780 967 035

LENS 452 20 078LILLE R T 134 5 932

MAUBEUGE 2 256 100 181SAINT OMER 171 7 611

VALENCIENNES 1 339 59 433Autres 1 882 83 574

TOTAL 35 026 1 555 137

Récupération sur les utilités :○ chauffage d’ateliers ou de bureaux○ production d’eau chaude sanitaire○ réchauffage de bâche alimentaire en entrée de chaudières

eau chaude et vapeur○ préchauffage d’air comburant en entrée de brûleurs de

chaudières○ double flux○ station de méthanisation et production d’énergies (électrique

et thermique)

FEREST ING 12

Récupération sur les process :

○ production d’eau chaude process○ production d’eau pour le nettoyage en place (NEP)○ maintien de bains et cuves de process à température○ séchage de produits○ préchauffage d’air de fours ou de tunnels

FEREST ING 13

Recensement géographique et quantification des besoins des consommateurs potentiels :

○ Hôpitaux○ Réseaux de chaleur○ ZAC et ZI existantes et futures○ Industries

Sources : DREAL, AMORCE, Opérateurs énergétiques et références en interne

FEREST ING 14

Quelques exemples réalisés ou en cours :

○ AQUANORD○ DK6○ Réseau de Chaleur CUD○ TERMINAL METHANIER○ ARCELOR/CC Desvres Samer (Réseau de chaleur)○ UIOM Maubeuge, Halluin …○ RIO TINTO

FEREST ING 15

○ Consommation énergétique régionale en 2009( source AXENNE, SRCAE) :

Dont part industries (49 %) :

FEREST ING 16

Objectif régional de 12% d’Energie Renouvelable en 2020 :

Réalisé régional en 2008 :

FEREST ING 17

Gisement quantifié d’énergie fatale totale:

FEREST ING 18

FEREST ING 19

Dont chaleur fatale à haute température (la plus intéressante) :

FEREST ING 20

○ Un gisement d’énergie fatale considérable, géographiquement concentré sur quelques zones, et techniquement récupérable

○ Certains industriels sont très intéressés par cette démarche d’écologie industrielle, et prêts à pousser plus loin les études

○ La question des investissements reste prédominante. Le recours à des exploitants privés du secteur de l’énergie pour porter les investissements peut être dans certains cas une solution.

FEREST ING 21

○ Création d’un fonds de garantie national pour palier les aléas d’activité industrielle

○ Renforcement des liens entre public et privé pour pérennisation du secteur industriel local

○ Une opportunité d’amélioration de la rentabilité des sites industriels

○ Une opportunité d’amélioration du bilan environnemental des industriels ( traitement des fumées, quotas CO2)

FEREST ING 22

23

FEREST ING.20, rue de la Halle

59000 LILLE

Tél: 03 20 13 13 32Fax: 03 20 13 19 82

[email protected]

www.ferest-ing.fr

24

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Directive efficacité énergétique 2012/27 –Art 14

ICEDD - PwC

Objectifs de la mission

JAN 2012 – JAN 2013

L’article 14 (§ 1er) impose aux Etats membres, pour le 31 décembre 2015, de réaliser « une évaluation complète du potentiel pour l’application de la cogénération à haut rendement et de réseaux efficaces de chaleur et

de froid »

Transposer l’article 14 de la Directive 2012/27/UE,

Slide 2Waste Heat to Energy – 14 mars 2017

ICEDD - PwC

Présentation de l’approche


Tâche 1 – Besoins et offres en chaleurTâche 2 – Besoins et offres en froid Tâche 3 – Potentiel technique

Tâche 4 – Analyse coûts-avantages territorialeTâche 5 – Potentiel économique

Tâche 6 – Stratégie de développement des potentiels économiques

• Déterminer le potentiel technique• de la cogénération de qualité;• des énergies fatales;• des réseaux efficaces de chaleur et de froid.

• Déterminer les économies d’énergie primaire;• Déterminer les évolutions probables de ces potentiels.

• Déterminer le potentiel économique• de la cogénération;• des énergies fatales ;• des réseaux de chaleur et de froid.

• Déterminer l’évolution probable de ces potentiels et de l’économie d’énergie primaire auxhorizons 2020, 2030 et 2050.

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Potentiel des énergies fatales à haute température

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ORC et la récupération de chaleur fatale pour la production d’électricité

Sources : Bilan énergétique wallon 2012 et cahiers techniques sectoriels http://energie.wallonie.be/fr/cahier-technique-recuperation-de-chaleur-fatale-pour-la-production-d-electricite-dans-l-industrie-et-applications-en-ene.html?IDC=8049&IDD=115266

Waste Heat to Energy – 14 mars 2017

ICEDD - PwC Slide 5

• Technologie utilisée : ORC (Organic Rankine Cycle)• Permet de générer de l’électricité à partir de source de chaleur à basse et moyenne

température

Estimation du potentiel technique:


en GWh PCI PART Chaleur

récupéréeBranche industrieConsommation de combustible

Offre chaleur fatale

Sidérurgie 3 704,2 246,0 6,6%Non Ferreux 128,5 0,0 0,0%Chimie 5 634,3 828,5 14,7%Mineraux Non Metalliques 12 555,9 1 245,7 9,9%Alimentation 3 554,2 7,8 0,2%Textile 129,6 0,0 0,0%Papier 3 056,8 0,0 0,0%Fabrications Métalliques 928,7 3,1 0,3%Autres Industries 1 212,1 0,0 0,0%TOTAL INDUSTRIE 30 904,2 2 331,2 7,5%


ICEDD - PwC


Slide 6

• Point de départ: le potentiel technique des énergies fatales à haute température: plusieurs scénarios possibles

Evolution probable du potentiel:

Horizon: 2030Scénario « statu quo » utilisé pour le potentiel économique car approche bottom-up

en GWh Scénario (-30%)

Scénario 2000-2012

Scénario 2010-2012

Scénario 1990-2012

Scénario statu quo

Scénario (+30%)

SIDERURGIE 172,2 0,0 0,0 0,0 246,0 319,8 NON FERREUX 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 CHIMIE 580,0 602,9 735,3 1000,0 828,5 1077,1 MINERAUX NON METALLIQUES 872,0 883,0 1051,7 1150,9 1245,7 1619,4 ALIMENTATION 5,5 10,1 2,2 9,0 7,8 10,2 TEXTILE 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 PAPIER 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 FABRICATIONS METALLIQUES 2,2 2,0 0,3 2,0 3,1 4,1 AUTRES INDUSTRIES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 TOTAL INDUSTRIE 1631,9 1498,1 1789,5 2161,9 2331,2 3030,6 Evolution p.r. au statu quo 70% 64% 77% 93% 100% 130%


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• Caractéristiques économiques des ORC:

Les coûts d’investissement des ORC pour la récupération de chaleur fatale sont particulièrement variables et dépendent fortement des applications concernées.La qualité et la quantité de l’énergie disponible vont déterminer en grande partie la taille et donc le coût des échangeurs de récupération.Les coûts spécifiques varient de 1000 €/kW pour les installations de plusieurs mégawatts, à 3000 €/kW pour celles de quelques centaines de kW.A cela s’ajoute les coûts d’installation qui représentent à priori 50 % du coût de l’ORC (valeur issue de la bibliographie). Au final, le coût spécifique d’un ORC se situe donc dans une fourchette de 1500 €/kW à 4500 €/kW.Attention toutefois que, en pratique, les coûts d’installation peuvent être nettement plus importants car fortement dépendant du site au niveau du génie civil, des connexions hydrauliques et électriques etc… »

Estimation du potentiel économique


ICEDD - PwC


Estimation du potentiel économique:

Approche bottom-up:Potentiel technique énergie haute température = 2 331 GWhPot. économique à 2 ans est nul (0%)

Hypothèses: TRS < 2 ans, CV= 0€, sans subside


2331 GWh

765 GWh

1870 GWh

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Potentiel des énergies fatales à basse température

Le point de départ a été l’étude: EDF R&D, The Low Temperature Heat Recovery in Industry: Which Potential and How to Access It?, 2011

Cette étude analyse le potentiel technico-économique de la récupération de chaleur (haute et basse température 60° - 200°) dans l’industrie française.

Nous avons focalisé notre attention sur le potentiel technique à basse température (càd < 100°) pour lequel des applications chaleur-chaleur (PAC) peuvent être envisagées.

Hypothèses: mêmes demandes de chaleur, potentiels, applications, etc, en France et en Wallonie

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Méthodologie (application chaleur-chaleur):

60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C 100-119°C 120-139°C

Chimie organique 0,19% 0,07% 0,13% 0,07% 0,26% 0,13%

Agro-alimentaire 0,81% 1,54% 0,68% 0,98% 1,18% 0,85%

Sidérurgie 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00%

Matériaux non-métalliques 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00%

papier-carton 0,08% 0,00% 0,27% 0,24% 0,37% 0,16%

Autres 0,44% 0,24% 0,40% 0,16% 0,20% 0,04%

Potentiel récupération de chaleur fatale simplifié en France : proportion des consommations industrielles


ICEDD - PwC

Le potentiel des énergies fatales à basse température

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Estimation du potentiel technique:


60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C Total <100°C

Chimie-organique 20,0 8,0 14,0 8,0 50,0 Agro-alimentaire 38,0 72,1 31,7 45,9 187,7 Sidérurgie 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Matériaux non-métalliques 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 papier-carton 3,0 0,0 10,1 9,1 22,1 Autres 17,4 5,7 9,6 3,8 36,5 Total du potentiel en chaleur à basse t°

296,4

GW

h, 2

012

GWhGWh

ICEDD - PwC


Un potentiel économique a été calculé comme la somme des installations qui pourraientêtre réalisées compte tenu des coûts d’investissement, des coûts opérationnels et desgains d’énergie. Seules les installations avec un TRS < 2 ans ont été retenues.

Pour le calcul du potentiel technique et économique wallon, nous avons calculé des ratiospotentiel technique et économique sur base des consommations de combustible dusecteur français. Ensuite, nous avons multiplié ces ratios par les consommationscorrespondantes du secteur wallon.

Hypothèses: - Mêmes demandes de chaleur, potentiels, applications, etc, en France et en Wallonie- Mêmes coûts d’investissements en France et en Wallonie- Nous avons corrigé les résultats pour tenir compte du différentiel de prix du gaz et de l’électricité en France et en Belgique (nous avons utilisé les données Eurostat belge)

Nous ne connaissons pas dans les détails ni la répartition du potentiel technique par activité industrielle ni les différentes applications dans chaque secteur. Le calcul du potentiel économique se fera donc par un approche top-down via littérature:

➢ DECC, The potential for recovering and using surplus heat from industry, 2014➢ EDF R&D, The Low Temperature Heat Recovery in Industry: Which Potential and How to Access It?, 2011➢ IEA Heat Pump Programme, Annex 35: Application of Industrial Heat Pumps, 2014

Slide 11



ICEDD - PwC


Slide 12


60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C GWh/anChimie organique 13,00 2,00 8,00 1,00 24,00Agro-alimentaire 8,71 24,56 11,88 14,26 56,44Sidérurgie 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Matériaux non-métalliques 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00papier-carton 2,01 0,00 4,03 7,04 7,19Autres 0,00 0,00 3,66 1,83 5,49

93,12Potentiel de récupération en Wallonie proportion du total des consommations industrielles 0,2%

60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C totalChimie organique 65% 25% 57% 13% 48%Agro-alimentaire 22% 32% 36% 29% 30%Sidérurgie - - - - -Matériaux non-métalliques - - - - -papier-carton 37% 0% 22% 43% 33%Autres 0% 0% 38% 48% 15%Total 31%

% du potentiel technique

Potentiel économique GWh/an


ICEDD - PwC

Potentiel économique de la chaleur fatale


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

GWh/

an

Pot. technique total

90-99°C

80-89°C

70-79°C

60-69°C

Approche top-down:Potentiel technique énergie basse température = 296 GWhPot. économique = 93 GWh (31%)

Hypothèses: TRS < 2 ans, CV= 0€, sans subside


ICEDD - PwC Slide 14Waste Heat to Energy – 14 mars 2017

Potentiel technico économique de la chaleur fatale en Wallonie, 2012Synthèse

:

Branche industrie

Conso totale(hors non

énergétique)

Conso totale combustible


(t°>100°C)


(t°<100°C)

Offre chaleur

fatale totale

en %/comb

PotentielEconomique

En % comb

[GWh] [GWh] [GWh] [GWh] [GWh] % [GWh] %Siderurgie 6 250 3 704 246 0 246 6,6% 0 0,00%Non Ferreux 201 129 0 0 0 0,0% 0,00%Chimie 8 629 5 634 829 50 879 15,6% 24 0,43%Mineraux Non Metalliques 14 461 12 556 1 246 0 1 246 9,9% 0 0,00%Alimentation 4 700 3 554 8 188 196 5,5% 56 1,59%Textile 279 130 0 0 0 0,0% 0,00%Papier 3 785 3 057 0 22 22 0,7% 7 0,24%Fabrications Metalliques 1 531 929 3 0 3 0,3% 0,00%Autres Industries 1 795 1 212 0 36 36 3,0% 5 0,45%TOTAL INDUSTRIE 41 630 30 904 2 331 296 2 628 8,5% 93 0,30%

Merci de votre attentionPascal Simus

Equipe Bilan énergétique

Project manager

+32 (0)81 25 04 80

Pascal,simus@icedd,be

ETUDE POUR LA CRÉATION D’UN FONDS DE GARANTIE CONTRE LERISQUE INDUSTRIEL DANS LES PROJETS DE VALORISATION DE CHALEUR

FATALE

1

~ Contexte de l’étude

~ Enjeux et objectifs de l’étude

~ Méthodologie

~ Synthèse des entretiens avec les industriels

~ Synthèse des entretiens avec les institutions financières

~ Benchmarking international

~ Benchmarking France sur des fonds analogues

~ Extrapolation à la région Hauts de France et au territoire national

~ Principes généraux de fonctionnement du fonds

~ Business model du fonds

~ Structuration financière du fonds

~ Structuration juridique du fonds

~ Conclusion2

~ Le Pôle d’Excellence Régional Energie 2020 a proposé en 2015 à l’ADEME Nord-Pas-de -Calais de lancer une étude de faisabilité sur la création d’un fonds assurantiel pour couvrir lerisque de défaut d’un industriel dans des projets de valorisation de la chaleur fatale.

~ Nombre de projets sur différentes plaques industrielles de la région n’aboutissent pas enraison de la difficulté pour les opérateurs-investisseurs à obtenir la garantie de la maison-mère de l’un ou l’autre industriel concerné. La question est portée depuis plusieurs annéespar les industriels et les opérateurs de services énergétiques.

~ L’ADEME Nord Pas de Calais a accepté de financer cette étude conjointement avec la RégionNord Pas de Calais dans le cadre du FRAME et l’a intégré dans le programme de travail duProtocole de Partenariat « Démonstrateur récupération et valorisation de la chaleur fataleindustrielle » signé en novembre 2015 entre MM. B Lechevin, président de l’ADEME et M PVergriete, Président de la Communauté Urbaine de Dunkerque.

~ Le Pôle d’Excellence Régional Energie 2020 a missionné après appel d’offres la sociétéFEREST ING. pour mener l’étude. Celui-ci a créé un consortium constitué de FINANCECONSULT, TECHNOPOLIS, LUCITECH et du cabinet juridique CORNET VINCENT SEGUREL.

~ L’étude a fait l’objet d’une communication finale le 5 janvier 2017 à l’ADEME Hauts deFrance à Douai.

3

Enjeux

~ Gisement d’énergie fatale récupérable trèssignificatif sur le territoire français 51 TWh (T° > 100 °C),

~ Interfaçage possible avec les réseaux de chaleur,

~ Incitation à monter des projets de récupérationd’énergie fatale d’origine industrielle pour contribuerà la réalisation des objectifs des Schémas RégionauxClimat Air Energie (SRCAE),

~ Outil complémentaire au Fonds Chaleur de l’ADEMEet aux autres financements possibles.

Objectif principal

~ Venir en dernier recours derrière les autres solutionsexistantes : commerciales, contractuelles, etd’assurance pour ne couvrir que le risque résiduel dudéfaut d’un industriel.

4

5

Récupération de chaleur fatale d’un industriel vers un ou plusieursautres industriels :C’est ici l’investisseur-opérateur qui cherche à se prémunir de la défectiond’un client industriel ou d’un fournisseur industriel (livraison ou collecte dechaleur).

Récupération de chaleur fatale pour un réseau de chaleur :C’est ici le réseau de chaleur qui est intéressé par une garantie du risqueindustriel qu’il prend avec son fournisseur.

Récupération de chaleur fatale sur un site industriel pour le bénéficepropre de l’industriel :C’est ici l’opérateur-investisseur qui souhaite se prémunir du risque dedéfection de son client industriel chez qui il réalise l’investissement.

Défection d’un client sur un réseau de chaleur se fournissant enpartie en énergies fatales :C’est là encore l’opérateur du réseau qui cherche à couvrir le risque dedéfaillance d’un de ses clients industriels.

Flux d’énergie

Acteurs: industrie , réseau de chaleur , autre

6

L’étude cherche à~ Caractériser la notion de risque industriel : investissements, rentabilité du projet, fiabilité des acteurs

dans le temps,…,~ Tirer les avantages d’un périmètre géographique national (mutualisation des risques, montée en régime

rapide du fonds),~ Définir les montants à garantir, la durée de couverture, les modalités de déclenchement de la garantie,~ Définir les règles de structuration et de gestion du fonds.

Pour ce faire~ Sélection de 14 projets types en Région Hauts de France en tenant compte de la diversité des projets

(privé/public, industrie/collectivités territoriales, réseau de chaleur, UIOM, etc.), selon 4 typologies étudiées de récupération de chaleur fatale,

~ Étude de risque,~ Entretiens individuels,~ Estimation des montants à couvrir,~ Extrapolation à la maille nationale.~ Simulation des mécanismes de couverture possible et ingénierie financière et juridique

7

Analyse de risques

~ Les risques sont globalement répartis entre les acteurs parties prenantes d’un projet de valorisation de chaleur fatale, avec un niveau supérieur pour les opérateurs réseau,

~ Le risque principal à couvrir est la variation temporaire ou permanente, partielle ou totale, de l’énergie disponible chez le(s) producteur(s) ou de la demande chez le(s) consommateur(s),

~ La durée du contrat, associée à la fluctuation tarifaire d’autres énergies en concurrence avec la chaleur fatale, est également un risque important,

~ Peu de risques portent sur les aspects techniques : les technologies utilisées pour la captation et la valorisation de la chaleur fatale sont jugées fiables et ayant fait leurs preuves,

~ Dans certains cas, les projets ont échoué pour des risques administratifs ou fiscaux (ex. : quotas de CO2).

Couverture usuelle des risques

~ En raison de la faible visibilité sur leurs marchés, les industriels établissent généralement des contrats d’approvisionnement d’une durée inférieure au temps de remboursement des investissements.

8

Entretiens avec des investisseurs privés et publics, type BPI, BEI, CDC et CGI.

Ceux-ci ont manifesté un intérêt sur les points suivants

~ Effet levier sur les fonds publics par le fonds plus important que lors d’un financement direct,

~ Diversification du mode d’intervention de ces acteurs qui se limitent aujourd’hui à des financements directs ou des prises de participation (sociétés de projet),

~ Possibilité d’intervenir à des conditions semblables aux conditions de marché et d’être considérés comme des investisseurs privés.

Ceux-ci ont formulé les conditions suivantes

~ Une part majoritaire d’investisseurs privés est souhaitée au tour de table et ainsi faciliter les interventions en avances remboursables,

~ Pour certains investisseurs, une des conditions préalables d’intervention est le fait que l’outil ne soit pas considéré comme une aide d’Etat,

~ Nécessité de fournir aux investisseurs publics une meilleure vision de la structure opérationnelle du futur Fonds : structure opérationnelle à définir plus précisément.

9

Il n’existe pas de fonds portant spécifiquement sur les projets de valorisation de la chaleurfatale.

Les fonds intervenant dans le domaine des énergies renouvelables et de l’efficacitéénergétique le font majoritairement dans les pays en développement, avec souvent leconcours de bailleurs internationaux.

On les trouve aux Etats Unis, Inde, Chine, Brésil, Thaïlande, Bulgarie, Moldavie, Lituanie.

Ils présentent les caractéristiques suivantes

~ Durée de vie variable,

~ Existence d’un plafond de montant garanti,

~ Couverture partielle du risque par le fonds de garantie,

~ Coût du dispositif supporté partiellement ou totalement par le bénéficiaire,

~ Certains fonds couvrent uniquement le tiers-financeur,

~ Mise en place de frais de candidature pour réduire le nombre de « mauvais » projets, qui ont de forts risques d’échouer.

10

Comparatif réalisé par rapport à des Fonds de Garantie existants

~ FINORPA,

~ GEODEEP,

~ AQUAPAC,

~ Fonds Géothermique pour la Chaleur (terminé depuis 2015 – 20 ans d’activité).

Eléments essentiels à retenir de ces Fonds

~ Homogénéité des sinistralités : autour de 10%,

~ Prime d’adhésion au moment de la signature du contrat de couverture,

~ La garantie porte sur le montant non amorti des investissements, les recettes annexes ou le TRI,

~ Participation publique pour soutenir les fonds de garantie,

~ Mécanisme de royalties pour améliorer les conditions commerciales et sécuriser la structure financière des fonds.

11

Les 14 échantillons analysés ont été extrapolés à la maille de la Région Hauts-de-France etau territoire français à partir de différentes études régionales de gisements de chaleur fataleréalisées par l’ADEME et d’un certain nombre de coefficients correcteurs.

Volume estimé des gisements mobilisables par le Fonds de Garantie :

12

Montant de projets réalisés bien supérieur aux montants injectés par le fonds

~ Par exemple, le fonds Géothermie de Chaleur géré par la SAF-Environnement observe sur ses opérations un effet de levier de l’ordre de x25, c’est-à-dire que pour 1 € injecté dans le fonds, 25 €d’investissements sont déployés sur des projets de géothermie.

13

Seront éligibles à la souscription au Fonds de Garantie~ Industriel(s) producteur(s), Industriel(s) consommateur(s),~ Opérateur énergétique,~ Collectivité locale,~ Gestionnaire de CVE,~ Tiers investisseurs.

La garantie proposée par le fonds n’interviendra~ qu'après épuisement de toutes les assurances en vigueur existantes souscrites par l'assuré ou dont il

bénéficie,~ et de tous les recours possibles liés aux clauses contractuelles liant les différents acteurs du projet de

récupération d’énergie fatale.

14

Couverture et sinistralité des risques : Deux scénarii de couvertures possibles~ Scénario 1 : Remboursement des montants non amortis des investissements,

~ L’hypothèse de couverture du montant non amorti des investissements est de 50%. ~ Scénario 2 : Remboursement des montants non amortis des investissements ainsi que des pertes

d’exploitation (défaillance partielle).~ Le montant couvert supplémentaire correspond à 10% du chiffre d’affaire annuel

Le scénario 1 est à privilégier car~ La prise de risque supplémentaire pèse dans le montage car les limites acceptables en termes de

primes et royalties sont atteintes~ L’effet de levier est diminué, c’est-à-dire qu’à périmètre égal de projets d’énergie fatale, il faut des

injections de capital plus importantes au sein du fonds de garantie~ Le couple risque/retour associé à ce produit de garantie n’est pas suffisamment attractif pour

apporter une valeur économique additionnelle (ou même neutre) au fonds de garantie.~ L’analyse des risques n’a pas mise en évidence le caractère « facteur déclencheur » de cette

couverture.

15

Sinistralité attendue

La sinistralité moyenne attendue, toutes typologies de projet confondues, est de 10%.

Primes d’adhésion envisagées~ Garantie sur montant non amorti : 5% maximum du montant couvert quelle que soit la typologie de

projets,

~ Garantie sur perte d’exploitation : 5% maximum du montant couvert quelle que soit la typologie de projets.

Royalties envisagées pour les projets qui n’ont pas subi de sinistralité

~ 5% de la chaleur vendue pour une couverture de garantie uniquement sur les montants investis,

~ 7% de la chaleur vendue si la couverture proposée est étendue à une garantie sur perte d’exploitation.

16

Deux phases opérationnelles duFonds de Garantie

~ Une phase initiale risquée avec un Fonds de Garantie en période d’amorçage et des flux de trésorerie instables (en fonction des sinistres avérés),

~ Une seconde phase moins risquée où les royalties perçues permettent de stabiliser les flux de trésorerie rentrants et ce, même après couverture des sinistres, avec par voie de conséquence une visibilité accrue sur la rémunération des fonds propres.

17

Montée en charge du fondsHypothèse retenue :sur un horizon de 10 ans : la moitié du potentiel des projets progressivementcouverte par le Fonds de Garantie, soit un investissement cumulé de 400 M€.Cette hypothèse se place dans la perspective d’une cotisation au Fonds de Garantie rendue obligatoire àtout projet subventionné par l’ADEME (notamment via le Fonds Chaleur).

18

Injection initiale de fonds - facteurs de solvabilitératio de couverture fond/risque maximal 25%

TRI actionnaire 12,2% Ratio prudentiel minimum 25,40%Indicateur ratio actuel / ratio cible 1,02

Distrib. de div.? NON Levier sur la filière 10,85

Apport global 100% 38 000 k€

Capital social 5% 1 900 k€

Subventions 20% 7 600 k€calendrier des apports

01/01/2018 10% 760 k€01/01/2019 10% 760 k€01/01/2020 20% 1 520 k€01/01/2022 60% 4 560 k€

Avances remboursables 25% 9 500 k€calendrier des apports calendrier des remb.

01/01/2018 0% k€ 01/01/2028 20%01/01/2019 10% 950 k€ 01/01/2029 20%01/01/2020 30% 2 850 k€ 01/01/2030 20%01/01/2022 60% 5 700 k€ 01/01/2031 40%

Apport Initial FP privés 50% 19 000 k€calendrier des apports calendrier des remb.

01/01/2018 10% 1 900 k€ 01/01/2026 100%01/01/2019 10% 1 900 k€01/01/2020 40% 7 600 k€ Taux 8,00% dette bancaire 19 000 k€01/01/2022 40% 7 600 k€ calendrier des apports maturité

01/01/2026 100% 01/01/2032Taux 5,00%

durée 6,00

0%

20%

40%

60%

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s-37

évolution du ratio prudentiel

0 k€

20 000 k€

40 000 k€

60 000 k€

80 000 k€

100 000 k€

120 000 k€

140 000 k€

160 000 k€

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août

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juin

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1-m

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avr.

-37

Stocks en risque et trésorerie disponibleTrésorerie disponible

Stock en risque

Ratio prudentiel

~ Un niveau prudentiel de capitalisation du fonds consisterait à constituer un volume de trésorerie telqu’il pourrait couvrir un pourcentage raisonnable de ce risque maximal

~ Il a été choisi d’adopter une approche de gestion du risque conservatrice avec un ratio prudentiel de25%, soit de l’ordre de 2,5x le taux de sinistralité attendu (10%).

Résultats du cas « couverture des montants non amortis » (cas de base)

Injection initiale de fonds - facteurs de solvabilitératio de couverture fond/risque maximal 25%

TRI actionnaire 12,2% Ratio prudentiel minimum 25,40%Indicateur ratio actuel / ratio cible 1,02

Distrib. de div.? NON Levier sur la filière 10,85

Apport global 100% 38 000 k€

Capital social 5% 1 900 k€

Subventions 20% 7 600 k€calendrier des apports

01/01/2018 10% 760 k€01/01/2019 10% 760 k€01/01/2020 20% 1 520 k€01/01/2022 60% 4 560 k€

Avances remboursables 25% 9 500 k€calendrier des apports calendrier des remb.

01/01/2018 0% k€ 01/01/2028 20%01/01/2019 10% 950 k€ 01/01/2029 20%01/01/2020 30% 2 850 k€ 01/01/2030 20%01/01/2022 60% 5 700 k€ 01/01/2031 40%

Apport Initial FP privés 50% 19 000 k€calendrier des apports calendrier des remb.

01/01/2018 10% 1 900 k€ 01/01/2026 100%01/01/2019 10% 1 900 k€01/01/2020 40% 7 600 k€ Taux 8,00% dette bancaire 19 000 k€01/01/2022 40% 7 600 k€ calendrier des apports maturité

01/01/2026 100% 01/01/2032Taux 5,00%

durée 6,00

0%

20%

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évolution du ratio prudentiel

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20 000 k€

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Stocks en risque et trésorerie disponibleTrésorerie disponible

Stock en risque

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Apport en capital

~ Le cas de base prévoit un montage financier axé sur un apport de fonds propres privés de 55% et defonds publics à hauteur de 45% des besoins sous forme de subventions et d’avances remboursables

~ Les apports publics (hormis les subventions) sont remboursés aux financeurs publics plusieursannées après, avec la possibilité d’une rémunération inférieure au marché (considérée nulle dansl’analyse)

~ Les apports privés sont rémunérés au TRI actionnaire de 12% en adéquation avec les attentes dumarché, et ne sont donc pas pari passu avec les apports publics (problématique d’aide d’Etat).

Trésorerie du fonds

~ Un apport total de 38 M€ est nécessaire dans le cas d’une garantie uniquement des montants nonamortis (Scénario 1),

~ Un apport total de 43 M€ est nécessaire dans le cas d’une garantie des montants non amortiscomplétée par la garantie perte d’exploitation (Scénario 2).

~ Pour mémoire, le Scénario 1 est privilégié, la prise de risque supplémentaire prévu au scénario 2pesant dans le montage

21

Intérêt : échapper à la problématique d’aide d’Etat : 2 cas

Structure financière sans subvention ni avance remboursable, 100% fonds propres

~ Les apports publics sont constitués de 100% de fonds propres provenant aussi bien d’apports publicsque privés et seront rémunérés pari passu à un taux commun : le TRI actionnaire,

~ l’effet de levier financier produit par les subventions et avances remboursables disparait et le TRItombe à 6,5% contre 12% précédemment, jugé trop peu attractif pour des investisseurs privés

Structure financière sans subvention ni avance remboursable, 50% fonds propresprivés et 50% dettes publiques rémunérées au taux du marché

~ La rémunération de la dette apportée par les prêteurs publics étant fixée au taux du marché (tauxqu’appliquerait un prêteur privé), la qualification d’aide d’Etat peut être exclue.

~ L’effet de levier financier introduit permet d’élever le TRI actionnaire à 8% bien que Les investisseursauront une appétence réduite (ou exigeront un TRI plus élevé en contrepartie) concernant le risqueassocié à cet effet de levier financier

22

Montée en charge de l’activité plus faible

~ Hypothèses de montée en charge : bâties de manière prudente. Seulement 50% du potentiel desprojets est atteint par le fonds de garantie à horizon 10 ans,

~ Un scénario dégradé de -20% sur le nombre de projets concernés sur un horizon 10 ans entraîne uneffet de levier moindre : x 8,64 au lieu de x 10,85 et un TRI moins attractif de 11% au lieu de 12%,

~ Cette faible variation du TRI (baisse du volume de projets de -20%) témoigne de la résistance dumontage.

Baisse des estimations d’adhésion

~ Le Fonds de Garantie Base se place dans la perspective d’une cotisation rendue obligatoire à tousprojets subventionnés par l’ADEME, notamment via le Fonds Chaleur,

~ Si cette hypothèse impossible : baisse significative du nombre de cotisants estimée à 40% du volumede projets par rapport au scénario de base,

~ Un effet de levier moindre : x 6,75 au lieu de x 10,85,

~ Et un TRI moins attractif de 10% au lieu de 12% initialement prévu,

~ Le profil de rentabilité s’en trouverait érodé mais reste globalement résistant.

23

Augmentation de la sinistralité et conséquences sur le TRI

~ Pas de base de données des défaillances historiques de projets de valorisation d’énergie fatale :probabilité des sinistralités établies sur la base d’une approche de benchmark + notre expertisetechnique,

~ Sinistralité moyenne prise en compte : 10%, soit 1 projet sur 10 faisant défaillance,

~ En augmentant les probabilités de sinistralité pour arriver à une sinistralité moyenne de 20%, lemontage voit alors son efficacité et sa rentabilité baisser, ce qui se manifeste respectivement par :

� Une capitalisation plus importante (nécessaire pour faire face à ce risque accru) à hauteur de 41M€ (soit +8%),

� Et un TRI moins attractif de 10% au lieu de 12% initialement prévu.

24

Le modèle retenu est le suivant

25

Participation d'acteurs publics

~ L'abondement des collectivités territoriales devra se faire dans le respect des règles de participationsdes collectivités à des sociétés commerciales,

~ Sachant que les collectivités ne peuvent être contraintes par les organes de la société porteuse dufonds de faire de nouveaux apports en cas de difficulté financière,

~ Le financement FEDER nécessite un fléchage des sommes allouées et apporte une grande complexitédans la gestion du fonds de garantie.

Forme sociale

~ La société par actions simplifiée apparaît la forme sociale la plus adaptée et la plu souple pour porter le fonds.

26

Qualification juridique du fonds au regard du droit des assurances

~ Une opération d’assurances se définit par quatre critères fondamentaux : la couverture d’un risque,le versement d’une prime, la réalisation d’un sinistre, la mutualisation du risque.

~ Au cas présent, le risque de qualification du Fonds de garantie en société d’assurances est doncimportant,

~ la sécurité juridique impose que le projet de création du Fonds soit soumis pour avis préalable àl’ACPR.

Respect de la règlementation des aides d'État~ La structuration public-privé 50/50 en pari passu permet d'échapper à la qualification des prises de

participation publiques au fonds comme aides d'État.

27


~ Le gisement national de chaleur fatale pouvant être valorisé en France a été estimé à 14,9 TWh pourun investissement de l’ordre de 784 M€.HT; cela représente environ 8 000 emplois créés oumaintenus auxquels il convient d’ajouter les emplois liés aux opérations de maintenance etd’exploitation des nouvelles installations,

~ L’effet de levier produit sur la filière par un mécanisme de fonds de garantie permet de le démarquerpar rapport à des initiatives traditionnelles axées sur des prises de participations directes aux projetsou des subventions,

~ La couverture de garantie proposée devra être axée en priorité sur une couverture du montant nonamorti des investissements du cotisant,

~ La participation du Fonds aux résultats des projets à succès via un mécanisme de royalties estessentielle pour assurer un montage robuste et rentable,

~ La masse critique de projets cotisants au Fonds de Garantie ne sera atteinte qu’à l’échelon national,

28


~ Le cas de base prévoit un montage financier axé sur un apport de fonds propres privés de 55% et defonds publics à hauteur de 45% des besoins sous forme de subventions et d’avances remboursablesproposant un TRI actionnaire en adéquation avec les attentes du marché (12%) mais présentant parailleurs un risque de qualification d’aides d’Etat

~ Un montage alternatif autour d’apports publics et privés en fonds propres rémunérés pari passuéviterait la qualification d’aide d’Etat mais proposerait une rentabilité relativement faible (TRI del’ordre de 6,5%), avec pour conséquence un univers d’investisseurs privés intéressés à uneparticipation au fonds très restreint,

~ Un montage intermédiaire avec des apports publics sous forme de prêt avec taux d’intérêt à niveaude marché plutôt que des subventions et avances remboursables, pourrait être envisagé. Ilpermettrait un TRI de l’ordre de 8% ce qui pourrait être plus acceptable pour l’attractivité du Fonds,bien que les investisseurs auront une appétence réduite concernant le risque associé à l’effet delevier financier introduit

~ L’intérêt d’un tel Fonds de Garantie ne pourra être qu’amélioré en élargissant son fonctionnementaux projets ENR en général, tels que par exemple la production d’électricité à partir de chaleur fataleindustrielle lorsque la valorisation thermique n’est pas envisageable (éloignement trop important dela source de chaleur fatale par rapport à l’utilisation potentielle de cette chaleur).

29

Donneurs d’ordre

Bureau d’Etudes Techniques - Mandataire

Cabinet d’Ingénierie Financière

Cabinet d’Analyse des Risques

Cabinet d’Analyse des Risques

Cabinet Juridique

30

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Heat ExchangersDesign & manufacturing

Faire de la chaleur fatale une ressourceEnjeux techniques et économiques

When innovation Acts for savings

Expertise sur la récupération de chaleur sur fuméesFondée en 2003

Initialement active sur le secteur des micro turbines à gaz (Brayton Récupéré)

Fabrication de sa propre technologie

d’échangeurs de chaleur

¨ Depuis 2009 : tests et développements¤ Etudes multiples¤ Nombreux bancs de test : clients, Ulg, …¤ Développement de 3 produits

¨ Prendre le temps de développer :¤ S’adapter au marché¤ Etre attentif aux valorisations demandées¤ Orienter le développement vers les

secteurs les plus prometteurs

Les récupérateurs GAP de ACTE

Intégrer les enjeux techniques et économiques

Transformer la chaleur perdue

des fuméesen énergie renouvelée

Source Transformation Utilisation primaire

30-60%Echappement

Le besoin en énergie renouvelée

La majorité des petits procédés industriels sont linéaires et conçus uniquement pour satisfaire à l’utilisation primaire.

Les sources énergétiques sont fossiles et en moyenne 30 à 60% des consommations sont perdues à l’échappement.

Source – non épuisable

Captation / transformation

Utilisation primaire

Echappement - déperditions


Idéalement, il faudrait pouvoir remplacer leurs sources fossiles par des sources renouvelables, et réduire les échappements à de faibles déperditions tout au plus.

Mais cela nécessiterait de renouveler l’intégralité du parc industriel. ..

Source -combustible Transformation Utilisation

primaire Echappement


Source -combustible Transformation Utilisation

primaire Echappement

L’énergie renouvelée consiste elle à connecter les procédés linéaires existants en utilisant l’énergie à l’échappement de l’un pour soulager la consommation de combustible de l’autre.

Divers enjeux économiques

¨ L’optimisation du parc existant

¨ Les économies énergétiques¤ Financières¤ Environnementales¤ Sociétales


Ces dimensions ne

sont pas valorisées. Manque

d’incitants locaux?

¨ L’optimisation du parc existant

¨ Les économies énergétiques¤ Financières

n La performance financière est le frein qui pèse sur la filière « renouvelée » et sur la récupération de chaleur

n Les usines exigent des temps de remboursement de l’ordre de 2-3 ans

¤ Environnementalesn Limitation des émissions de CO2

¤ Sociétalesn La diminution des consommations de combustibles

améliore directement la qualité de l’air < la santé des personnes < les coûts sociaux (micro-particules, gaz à effets de serre, réfugiés climatiques etc.)


Dans un secteur

industriel affaibli, les dimensions financières

pèsent sur les décisions

industrielles.

En Wallonie, en 2017, le temps de retour sur investissement moyen d’une installation photovoltaïque à échelle industrielle est la suivante:

Ø 4-6 ans avec subsides et autoconsommation

Ø 7-8 ans sans subsides

Pourtant, le marché PV continue de se développer.

Alors pourquoi pas aussi celui de l’énergie renouvelée ?

Source : Simulateur financier photovoltaïque de l’APERehttp://www.apere.org/diffuser/pv

LE soleil LE vent

Pour chacun, 1-2 technologies qui se déclinent en taille selon l’application

Source

T°C

SOx, HCl…

Nm³/h24/7

Mg/m³

Les fumées industrielles

Les fumées, elles, sont multiples et très diversifiées

¨ Enjeu sur la technologie récupérative:¤ Suffisamment standard pour répondre au

temps de retour sur investissement et enjeux d’installation/maintenance

¤ Configuration potentielle à la carte pour pouvoir s’adapter à l’environnement industriel


Chaleur de procédéAir / LiquideORC

La valorisation idéale de la chaleur fatale

Vapeur de procédé ou énergie

Air/Gaz/vapeur -> Énergie1000°C

650°C

350°C

120°C

2 ans 10 ansTemps de Payback

Tem

pé

ratu

re d

e la

cha

leur

fata

le

Air | Gaz

Vapeur

[T>850°C]

¨ Production d’énergie¤ Fluide sous pression¤ Turbine air/vapeur

¨ Intérêts :¤ Énergie à haut potentiel

¨ Enjeux:¤ Fluide sous pression¤ Hautes Températures : incompatibles avec

fluides secondaires organiques (risque de surchauffe)

¤ Matériaux (prix)

Les formes de valorisation de la chaleur

Vapeur ¨ Procédés vapeur:¤ Stérilisation / process¤ Cogénération (via turbines vapeur)

¨ Intérêts:¤ Potentiel énergétique¤ Utilisation complémentaire

¨ Enjeux:¤ Gestion de la pression (cogénération)¤ Types de fluide:

n Eau déminéralisée à coûtn Eau de réseau à maintenance


[400°C;850°C]

Chaleur de procédé

Air|Liquide

¨ Procédés simples :¤ Chaudières¤ Bains de rinçage/dégraissage

¨ Intérêts :¤ Régulation hydraulique¤ Capacité calorifique

¨ Enjeux :¤ Optimisation profil utilisateur (application heat-

to-heat)¤ Valeur¤ Compatibilité fluide caloporteur avec gamme de

température de la source


[T<400°C]

Chaleur de procédéAir / LiquideORC

Vapeur de procédé ou énergie

Air/Gaz/vapeur -> Énergie

La valorisation idéale de la chaleur fatale

1000°C

650°C

350°C

120°C

2 ans 10 ansTemps de Payback

Tem

pé

ratu

re d

e la

cha

leur

fata

le

RécupérateursGAP de ACTE

Une technologie de captation

Dissiper la chaleur ou la récupérer?


Espacement5mm ou plus sur mesure

Gestion point chaud

CollecteursZoom sur le GAP 65-4-5

Une technologie de captation modulaire

GAP 30-3-2 GAP 50-3-3 GAP 65-4-5

50 kWth à 1,5 MWth

250 Nm³/h 24000 Nm³/h

50 kgDN300

90 kgDN500

120 kgDN650

Des références variées pour nourrir le progrès

Clients Industriels Partenariats R&DConcepteurs de systèmes énergétiques

www.acte-sa.be

Pour toute question ou demande de renseignements :

[email protected]

When innovation Acts for savings

‘LORSQUE DEUX FORCES SONT JOINTES, LEUR

EFFICACITÉ EST DOUBLE’- ISAAC NEWTON

Conversion de chaleur fatale en électricité : TURBOSOL, une technologie innovante et économiquement performante

Patrick BOUCHARD, PrésidentHEVATECH SAS

Les enjeux de la valorisation de la chaleur fatale et le positionnement d’HEVATECH

• Un gisement de l’ordre de 50% de la consommation mondiale d’énergie (tous domaines confondus) !!

• Cette valorisation peut être directe (captage et stockage de la chaleur) ou indirecte (captage et conversion de la chaleur en électricité).

• Bien que disposant de compétences et d’expériences sur ces deux voies,

HEVATECH est positionnée prioritairement sur la conversion de la chaleur fatale en électricité qui sera autoconsommée ou injectée dans le réseau

� Marchés ciblés : l’incinération des déchets et de la biomasse, l’industrie et des groupes électrogènes de puissance,

� Europe + pays où le tarif de l’électricité est élevé

� Avec une technologie innovante «Turbosol» � dans une gamme de puissance 25 à 100 kWe qui sera étendue à 1 MWe,� Et une température de chaleur fatale supérieure à 350 °C ( et qui sera

exploitée jusqu’à environ 180°c)

> 300 M€ déchets + > 1 Md€ biomasse/Cogen

> 1,5 Md€ industrie > 1,2 Md€ groupes électrogènes

…auquel HEVATECH répond par une solution originale

Un marché accessible très important

HEVATECH en quelques mots

• Start-up technologique positionnée sur les technologies, systèmes et produits permettant de valoriser la chaleur perdue

• Création : 2010 – Statut JEI• L’équipe : 7 personnes complémentaires et

expérimentées• Implantation : Drôme• Capital :

Fondateurs 72 %Investisseurs privés 28 %

• Levée de fonds : 1,4 M€ à ce jour + nouvelle augmentation en préparation avec un cabinet spécialisé dans les CleanTech(prévue courant 2017) pour financer l’industrialisation des premiers modules TURBOSOL et le développement commercial

• Lauréate de l’AMI Total-ADEME « Efficacité énergétique dans l’industrie »

• FUI MOGAS : récupération de chaleur perdue sur l’échappement d’un moteur à gaz (oct. 2015)

Prototype - 2015

2017: démonstrateur TURBOSOL implanté sur un incinérateur de boues de STEP

La Technologie de conversion TURBOSOLLe principe

Concept basé sur la mise en œuvre de 2 composants :

• L’accélérateur diphasique développé en lien avec le CNRS : accélération d’un liquide par la détente isotherme d’un fluide thermodynamique

• Utilisation d’une turbine à action « type PELTON » : fonctionnement avec un petit diamètre de roue, à basse pression et avec une faible vitesse de rotation

Jet diphasique à haute vitesse

Huile cède de la chaleur à l’eau/vapeurL’eau/vapeur cède de la quantité de mouvement à l’huile

La Technologie de conversion TURBOSOLUne modélisation complexeThèse avec le LEMTA (Co financement ADEME): Compréhension des phénomènes physiques, Modélisation, optimisation et comparaison avec les cycles Carnot, Rankine, Hirn

Puissance calorifique reçue par l’huile : 86 kWPuissance électrique nette : 9,5 kW

Rendement : 11%

Collaboration CNRS SIMAP /Université de Cagliari: Modélisation et optimisation de l’injecteur (Profil, conditions en entrée, taille des gouttes,…)

La Technologie de conversion TURBOSOLUne modélisation complexe

Evolution de la vitesse de l’huile et de l’eau dans l’accélérateur Ecoulement dans la turbine

La Technologie de conversion TURBOSOLUn prototype représentatif

• Faibles coûts d’investissement et de maintenance• Machine simple, robuste, non bruyante, facile à implanter et opérer (petit

diamètre, basse vitesse de rotation)• Récupération de chaleur dans une plage 180 – 550 °C• Fonctionnement à très faible pression (turbine à 1 bar, circuits à

10 bar)• Sécurité, respect de l’environnement (pas de pression, pas de fluide organique)• Flexibilité (diversité des sources de chaleurs) et modularité (plusieurs jets sur

une même turbine)• Détente « quasi isotherme » donc au plus près du rendement théorique de

Carnot• Possibilité de rejet thermique à 100 °C, donc mise en œuvre possible dans un

« contexte chaud » ou valorisation possible pour une production associée de chaud ou de froid

La Technologie de conversion TURBOSOLDes avantages uniques

La Technologie de conversion TURBOSOLUne simplicité de réalisation et une robustesse…

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…procurant un net avantage économique sur les ORC

�Payback : -37% ; ROI + 59%

Préfiguration 3D de l’implantation du module sur l’incinérateur (en vert) : le module TS (en violet) est installé en dérivation pour ne pas perturber le fonctionnement de l’incinérateur

La Technologie de conversion TURBOSOLPremier démonstrateur sur site client en 2017

Echangeur Partenaire Module TURBOSOL

La Technologie de conversion TURBOSOLDes avantages uniques

PRES_SOR-PPT-17032016 12

2018-2019

Mise en place d’un atelier d’assemblage de modules

TURBOSOL

2016 - 2018

Co développement d’applications/démonstrateurs :

Conception et intégration de démonstrateurs

Implantation et test sur sites partenaires

R&D et Démonstration Industrialisation

Feuille de route

PRES_SOR-PPT-17032016 13

HEVATECH est intéressée…

• Par des co-développements sur des projets concrets • pour des applications liées à la récupération de chaleur perdue sur les marchés

ciblés- Meilleure compréhension des cahiers des charges et des enjeux- Évaluation grandeur nature de la technologie TURBOSOL

• Recherche de nouveaux démonstrateurs à mettre en place en 2018-2019

Contacts

• Patrick BOUCHARD, Pré[email protected] : +33 (0)4 58 17 17 00

• Marie KERMARREC, Chef de [email protected] : +33 (0)6 34 33 48 61

HEVATECHHeat Valorization Technologies145 Chemin de la Roche du GuideRN7 Espace Corbière Sud26780 – Malataverne – FranceT : +33(0) 4 58 17 17 00www.hevatech.fr

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.hevatech.fr/

La récupération d'énergie fatale à l'état gazeux

Prof. Jaouad Zemmouri

www.terraotherm.comwww.terraosave.com (bientôt)

Liège 2017

• Ungisementd’énergiemaissouventdifficileàcapter

• Lapollutioncompliquesouventlacapturedecetteénergie:• L’agressivitéchimiquedesfumées• Présenceimportanted’humidité• Problèmedesgrandsdébits• Différentsniveauxdetempérature


2

3

Lestechniquesclassiques

• Echangeurgaz/gaz• Dimensionsaugmententrapidementavecledébits• L’humiditéréduitfortementleurefficacité (saturationparlefilm)• Lacorrosionlimiteaussileursusages• ROIdifficile

• Leséchangeursgaz/liquide• L’Humidité réduitfortementleurefficacité (saturationparle film)• Lacorrosionlimiteaussileurusage• ROIdifficile

• Lesscrubbers(échangedirect)• Trèsefficacepourlacondensation• Participeaulavagedesfumées

Lavage des fumées et récupération d’énergie

Technologies actuelles des scrubbers

4

• Letauxd’échangedépenddelaprobabilitéderencontreentrelesgouttelettesetlesconstituantsdelafumée

• L’efficacitéestlimitéeparlahauteur

• Modélisation des échangeurs directs

Origines scientifique de TERRAO®

Bubble ofairinwater

Dropintheair

• Nous avons étudié la différence entre les échanges:• Des gouttelettes dans l’air.• Des bulles dans l’eau.

• Conditions : • air à 26°C• eau à 3°C

TERRAO® : Un échangeur direct innovantPrincipe de fonctionnement

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Entrée airTair = 0 to 1000 °C

Sortie airTair = TeauHR=100%

Entrée eauTeau

Sortie eauT < Teau (Chauffage de l’air)

T>Teau (refroidissement de l’air)

Airlavé

TERRAO® brasse l’air et l’eau ensemble pour des échanges thermiques quasi-parfaits.

La technologie TERRAO®

8

L’échangeur TERRAO® récupère à la fois l’énergie sensible ET latente de l’air

L’efficacité de transfert de l’énergieentre l’air et l’eau atteint quasiment100%

Fonctions de l’échangeurDébits : 100 à 100 000m3/h

9

humiditéabsoluedel’air(g/kg)Température del’air(°C)

-50

1000

Teau

Entrée

TERRAO®

Sortie

saturationàTeau

entrée Sortie

1000

0 TERRAO®

TERRAO® : Un échangeur direct innovant

Réalisations avec DALKIA groupe EDF

Chaufferie gaz 80 MW0.75 MW récupérée sur 25000m3/h de fumée (20% des fumées)

10

11

Réalisations avec DALKIA groupe EDF

Chaufferie biomasse 9 MW

Récupération de 1.5 MW sur les fumées

Lavage des fumées et récupération d’énergie par TERRAOSAVE®

§ Grande capacité de lavage des fumées et de récupération d’énergie

§ Grand débit avec une surface raisonnable : 10 000m3/h sur 1 m2

• Il n’y a pas de limite de débit• Il n’y a pas de limite de température

§ La hauteur de TERRAOSAVE® ne dépasse pas 2 m quelque soit le débit

§ TERRAOSAVE® se met facilement en cascade

§ Le traitement de l’eau est identique à celui des scrubbers classiques

12

• TERRAOSAVE utilise l’échangeur TERRAO® pour récupérer l’énergie thermique contenue dans les fumées à basses et hautes températures (40°C à 1000°C)

• Les performances de TERRAOSAVE rendent économiquement rentable la récupération des fumées

• TERRAOSAVE capte l’énergie thermique mais également les polluants gazeux et particules en suspension, par lavage des fumées

• TERRAOSAVE a été développé pour capter et traiter les fumées industrielles de cheminées de chaufferies, usines, incinérateurs, paquebots, etc…

Conclusions

13

TERRAOSAVE 2017

TERRAOTHERM dans le domaine de traitement de l’air

14

Technology applied to HVAC

Example : Aquatic center in Lillebonne, Normandie

§ Temperatures :• water : 28 to 30°C• Air : 26 to 28°C

§ This characteristics create an important evaporation

§ Without renewal of air, the atmosphereis unbreathable (chloramines)

15


16



§ 660 m2 of ponds§ 3 Terrao modules for 7,500 m3/h installed§ Total dehumidification capacity: 90 kg/h§ Operational review:

• Over the period from September 2015 to August 2016 (inclusive), the system provided 518 MWh of useful to the pool, distributed over the air and water heating of the basins

• It provided almost 30% of the pool's total thermal requirement over this period, which is in line with expectations.

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ProjetsdeRécupérationdechaleurfatalesuivisparl’ULg

Waste Heat toEnergy,lepointsurunefilièreàhautpotentielUniversité deLiège,le14mars2017

VincentLEMORT,VanLongLE,SamuelGENDEBIEN,LudovicGUILLAUME,etal.

LaboratoiredeThermodynamique,UniversitédeLiège

Contenudelaprésentation

2

1. Laboratoiredethermodynamique2. Bancsd’essaismoteursaéronautiques

3. Foursderéchauffagedebrames

4. Moteursàcombustioninterne

5. Conclusions

LaboratoiredeThermodynamiquePrésentationgénérale

3

• Départementd’AérospatialeetMécanique

• Equiped’approx.30personnes:4professeurs(1Emérite),3postdoc,12doctorants,4techniciens,1secrétaire,5chercheursinvités,2collaborateursscientifiques

• Activitésderecherchecontribueàdévelopperdessystèmesthermiquesinnovantsetperformants

• Bonéquilibreentrerechercheexpérimentale etnumérique

• Grandeproximitéaveclemonde industriel

LaboratoiredeThermodynamiqueActivitéssurlarécupération dechaleur

4

o Bâtiments

ü Ventilation (Green+,SmartPac,Silenthalpic)

ü Machinesfrigorifiques (IEAAnnex 48)

o Transports

ü Moteursdevoitures(thèsesCIFRE)

ü Moteursdepoidslourds(FP7Nowaste)

ü Moteursdenavires(FP7Joule)

ü Moteursd’avions(Green)

o Industrie

ü Foursàbrames(ORCAL)ü Cubilotsdefonderies

« Heat toheat »:avecousanspompesàchaleur

« Heat topower »:ORC

(« Heat tocool »:cyclestrithermes)


5

Organic Rankinecycle(ORC)

Lamachine Lecycle


6

Source:Desideri,2016

MarchédesORCs estenpleindéveloppement…


7

1. Laboratoiredethermodynamique2. Bancsd’essaismoteursaéronautiques3. Foursderéchauffagedebrames

4. Moteursàcombustioninterne

5. Conclusions

Bancsd’essaismoteursaéronautiquesContexte

8

o Marchédesbancsmoteurs:OEM,fabricantsdemoteurs,sociétésdemaintenance,compagniesaériennes,armées.

o Bancsd’essaisàproximitésdeconsommateursénergétiques(chaleur/froid/électricité)

o Récupérationdechaleursurbancsd’essaisdemoteurs

Ø Turbofan:gazd’échappement(1240-1450kg/set55-70°C:47MW)

Ø Turbojet:gazd’échappement(550kg/setapprox.300°C:161MW)

Ø Turboprop:eaurefroidissementdufrein(30-70°C)etgaz(35-60kg/setapprox.300°C:17MW)

Ø Turboshaft:eaurefroidissementdufrein(30-70°C)etgaz(35-60kg/setapprox.317°C:11MW)

ProjetGREEN

Bancsd’essaismoteursaéronautiquesVerroustechnologiques

9

o Températuredesgazensortiederéacteurpeut-êtretrèsbasse:55°C

o Rentabilitééconomique delasolution derécupérationdechaleurdépenddelafréquenced’utilisationdubanc(etdelasimultanéitéaveclaconsommationénergétiquedusite).

o Echangeurderécupérationdechaleurnedoitpasperturber lesperformancesdumoteur (limitationdelacontre-pression).

Stockage

thermique

ProjetGREEN

Bancsd’essaismoteursaéronautiquesContributions

10

o Comparaisonparlasimulationdedifférentestechniquesderécupération.

ORC:turbojetPAC:turbofan

Préchauffagechaudière:turbofan

ProjetGREEN


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o Miseàl’essaisetmodélisationd’unprototype d’échangeurdechaleurmisàl’échelle(similitudedeReynolds).

o Echangeur:plaquestubulaires,14m2

o Bancd’essais:Brûleurgazde465kW(vs46MW),débitd’air:0-4.2kg/settempérature:20-450°C

ProjetGREEN


12

o Performancesen« heat to heat »(générationd’eauchaude):

o Performancesen« heat topower »(générationdevapeur):

ProjetGREEN

Bancsd’essaismoteursaéronautiquesPerspectives

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o Etudierendétailsplusieurs siteséquipésdebancsd’essais.

o Réaliserdesessaisavecdesfluidesorganiques (ORC).

o Etudierladynamiquedel’échangeur.

ProjetGREEN


14

1. Laboratoiredethermodynamique2. Bancsd’essaisaéronautiques

3. Foursderéchauffagedebrames4. Moteursàcombustioninterne

5. Conclusions

FoursderéchauffagedebramesContexte

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o Consommation engaz:350kWhpartonned’acierproduite.

o Foursdéjàéquipésd’unéchangeursderécupération

o 25-35%perdusdanslesfumées.

o Potentieladditionnel derécupérationviaunORC.

350°C-400°C

Source:Comeca

ProjetORCAL

820°C

500°C

Aluminum2%

Cement26%

Chemicals17%

Ironandsteel30%

Pulpandpaper2%

Other23%

EmissionsdirectesdeCO2dansl’industrie,

parsecteuren2006(IEA,2009)

FoursderéchauffagedebramesVerroustechnologiquesetscientifiques

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Ø Amontdurécupérateur:

✔ ImportantΔT:limitationpertesdecharge.

✖ Chutedet°èredimensionnement durécupérateur

✖ Hautetempératureè évaporationindirecteimpossible/choix fluidecaloporteur limité

o Positiondel’échangeurderécupérationadditionnel

Ø Avaldurécupérateur:

✔ Evaporationdirecteestpossible(pasdefluide intermédiaire)

✖ Transfertdechaleursousun faibleΔT: importantessurfaced’échangeetpertesdecharge.

500°C

820°C

ProjetORCAL

FoursderéchauffagedebramesVerroustechnologiques

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o Utilisationdecaloducsàgravité(« thermosiphons »)

ü Fluidecaloporteurnaturel

ü Faiblegradientdetempérature

ü Faiblecoût,peudemaintenance,compact,fiable

ü Pasdepompescirculation

Sectiondecondensation=évaporateurORC

Sectiond’évaporation(fumées)

o Utilisationd’unORCvscycleàvapeurd’eau:thermodynamiquement etéconomiquement plus intéressant

820°C 620°C

Source:Amini A.,2013

ProjetORCAL

FoursderéchauffagedebramesContributions

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o Dimensionnementdescaloducs(prisesencomptelimitessurlestransfertsdechaleur),choixdufluide(eau)/matériau(acier)

o Pre-dimensionnementORC:utilisationducyclopentane,turbine,échangeurrécupérateur

o Performancesévaluées:

ü 7,435MWth récupérés

ü 1.42MWe produits

ü RendementORC:19.1%

ü Payback >4ans

360 380 400 420 440 460 480 500 520

x 106

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

14

14.5

15

15.5

16

16.5

Tev [K]

WO

RC [

W]

mO

RC [

kg/s

]

mORC mORC WORC WORC

ProjetORCAL


19

1. Laboratoiredethermodynamique2. Bancsd’essaisdemoteursaéronautiques

3. Foursderéchauffagedebrames

4. Moteursàcombustioninterne5. Conclusions

MoteursàcombustioninterneContexte

20

Typicalenergydistribution onaeuro5engine

o Réduirelaconsommationdecarburantdespoidslourdsestnécessaire:

Ø Pourréduire lesémissionsdeCO2.

Ø Augmenter lacompétitivitédu transportparcamion(lecarburantreprésente28%ducoûtopératoired’uncamion).

o Unedespistes:valorisationchaleurrejetéeàl’ambiance(prèsde60%del’énergieducarburant)viaORC.

ProjetNoWaste

MoteursàcombustioninterneVerroustechnologiques

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o Choixdufluide+machineexpansion

o Limitationsurlepoids/contre-pressionmoteur

o Sourcesdechaleurfortementdynamiques:contrôleadapté

o Augmentation delachargederefroidissementducamion

o AtteindreunROI<2ans

ProjetNoWaste

MoteursàcombustioninterneContributions

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Source:V.Grelet etal..Modelbased control forwaste heat recovery heat exchangersRankinecyclesysteminheaving duty trucks.3rdInternational Seminar onORCPowerSystems,Brussels, 2015.

o Développement, modélisationetcaractérisationexpérimentaledenombreuses turbines (volumétriques,axiales,radiales)

o Développementoutils simulationrégimeétabli/dynamique

o EtudearchitectureORC

o EtudeducontrôledesORC

Conclusionsetperspectives

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o Lessolutions techniquesprésentées(enparticulier, lesORC)sontglobalementtechniquementmatures,maislepotentield’innovationrestetrèslarge.

Ø Développementdecomposants:échangeurs, turbines, stockages,etc.

Ø Stratégiesdecontrôleavancées.

o Larentabilitééconomique(ROI)estparfoisencoredifficilement atteignable.

o Lasolution derécupérationdechaleuraunimpactsurleprocédé:uneapprocheglobaleestnécessaire.

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Mercipourvotre attention!

NousremercionségalementlaRégionwallonneetlaCommissioneuropéennepour lefinancementdesprojetsprésentés.

[email protected]