guide méthodologique suivi methanisation

GUIDE METHODOLOGIQUE POUR LE SUIVI DUNE INSTALLATION DE METHANISATION

Rapport final

Juillet 2009

Etude ralise pour le compte de lADEME par lAPESA et BIOMASSE NORMANDIE Coordination technique : Guillaume BASTIDE Dpartement Gestion Optimise des Dchets Direction Dchets et Sols ADEME Angers

Guide mthodologique pour le suivi dune installation de mthanisation

26/11/2009

Toute reprsentation ou reproduction intgrale ou partielle faite sans le consentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la proprit intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaon rprime par le Code pnal. Seules sont autorises (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement rserves lusage priv de copiste et non destines une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifies par la caractre critique, pdagogique ou dinformation de luvre laquelle elles sont incorpores, sous rserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 L 12212 du mme Code, relatives la reproduction par reprographie.

LADEME en bref L'Agence de l'Environnement et de la Matrise de l'Energie (ADEME) est un tablissement public sous la tutelle conjointe du ministre de l'Ecologie, de l'Energie, du Dveloppement durable et de la Mer et du ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche. Elle participe la mise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'nergie et du dveloppement durable. Afin de leur permettre de progresser dans leur dmarche environnementale, l'agence met disposition des entreprises, des collectivits locales, des pouvoirs publics et du grand public, ses capacits d'expertise et de conseil. Elle aide en outre au financement de projets, de la recherche la mise en uvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des dchets, la prservation des sols, l'efficacit nergtique et les nergies renouvelables, la qualit de l'air et la lutte contre le bruit. http://www.ademe.fr

ADEME

2/55


26/11/2009

Avant ProposAu regard des enjeux de production dnergie renouvelable, de valorisation des dchets fermentescibles et, dans un contexte agricole en pleine volution (diversification des activits), la mthanisation agricole connat un nouvel essor au niveau national. Celle-ci a connu un fort dveloppement dans certains pays europens sous limpulsion dune politique incitative, souvent au travers dun prix dachat lev de llectricit. Cest le cas notamment en Allemagne o une politique daide au dveloppement dunits individuelles agricoles utilisant des cultures nergtiques a t encourage. En France, o lon compte actuellement 11 installations agricoles en service, la mthanisation la ferme pourrait suivre le dveloppement constat dans les Pays de lEurope du Nord, le tarif dachat de llectricit produite partir de biogaz constituant un facteur dencouragement ; plus dune vingtaine de projets identifis sont dailleurs en phase de dveloppement ou en construction. Il faut galement souligner que 82 projets de mthanisation ont t retenus dans le cadre du Plan de performance nergtique de lanne 2009. Les performances de ces units sont un lment fondamental pour valuer cette filire dans un contexte global de gestion des dchets organiques et prenniser des solutions de mthanisation agricole adaptes et performantes, tant dun point de vue conomique que technico-pratique . Ainsi, la mise en place dune mthodologie de suivi commune base sur des indicateurs pertinents de performance doit permettre : De prvoir les quipements ncessaires au suivi ds la construction des installations. De prparer lexploitant au suivi et au pilotage de son installation. Dtablir les bilans de fonctionnement et dinterprtation des performances. Dapporter des solutions et/ou des pistes damlioration. Daider lexploitant dans la conduite de lexploitation et dans lamlioration des performances de production nergtique. Ce guide balaye les diffrents aspects du suivi dune installation de mthanisation. Cependant, en considrant les nombreuses situations possibles et les spcificits lies certains procds, ce guide ne peut tre totalement exhaustif. Il apporte une mthode globale, un savoir-faire en mtrologie et en analyse de donnes exprimentales. Avertissement : chaque installation de mthanisation dispose d'un fonctionnement propre li aux substrats utiliss et au process mis en place par loprateur industriel et/ou le constructeur. Ce guide sattache dcrire de la manire la plus large possible les paramtres de suivi et les moyens de mesure mettre en uvre. Il propose en outre une mthode pour la mise en place dun suivi rationnel et adapt chaque situation. Il faut cependant souligner que chaque situation de terrain peut avoir ses propres spcificits qui demandent la mise en place dquipements et/ou de protocoles adapts. Mme si ce guide se veut couvrir les situations les plus larges possibles, il ne peut prtendre rpondre de manire exhaustive toutes les situations pouvant se rencontrer sur le terrain. Certaines adaptations/modifications pourront alors se rvler ncessaires.

ADEME

3/55


26/11/2009

Sommaire1 2 INTRODUCTION ..............................................................................................................1 OBJECTIFS DU SUIVI.....................................................................................................2 2.1 2.2 2.3 3 OBJECTIFS RECHERCHES............................................................................................2 AVANTAGES ET INCONVENIENTS ..................................................................................3 DIFFERENTS NIVEAUX DE SUIVI....................................................................................4

METHODOLOGIE DE SUIVI............................................................................................7 3.1 3.2 3.3 3.4 ELEMENTS DE SUIVI PAR UNITE FONCTIONNELLE .........................................................7 ORGANISATION DU SUIVI ...........................................................................................18 SPECIFICITES DE CHAQUE INSTALLATION ...................................................................22 SPECIFICITES SELON LE NIVEAU DE SUIVI ...................................................................23

4

BILANS DE SUIVI..........................................................................................................26 4.1 4.2 4.3 4.4 BILAN TECHNIQUE.....................................................................................................26 BILAN ENERGETIQUE.................................................................................................30 BILAN ENVIRONNEMENTAL.........................................................................................32 BILAN ECONOMIQUE .................................................................................................34

5

FICHES PRATIQUES ....................................................................................................36 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 ECHANTILLONNAGE ..................................................................................................36 MESURE DE DENSITE ................................................................................................39 ANALYSES DE COMPOSITION .....................................................................................40 INSTRUMENTATION ...................................................................................................41 FICHES DE SUIVI .......................................................................................................43 TABLEUR DE CALCUL1 ...............................................................................................48 FICHE SYNTHESE ......................................................................................................48

6

GLOSSAIRE ..................................................................................................................50

11

Pour ouvrir la pice jointe, depuis Adobe Reader, faire document>pice jointe>ouvrir.4/55

ADEME


26/11/2009

1

Introduction

Le prsent guide vise fournir aux porteurs de projets et autres organismes pouvant tre impliqus (Association Technique, Chambre d'Agriculture, Bureau dtudes, ADEME), une mthodologie commune de suivi des units de mthanisation. La systmatisation et l'homognisation du suivi des units de mthanisation sont importantes pour permettre le recueil des performances relles de fonctionnement. Ces donnes permettront de dresser le bilan annuel de fonctionnement d'une installation de mthanisation, qu'elle soit individuelle ou collective. Cette mthode devra galement pouvoir tre utilise pour tablir des bilans de fonctionnement sur des priodes plus longues allant ventuellement jusqu' la dure de vie de l'installation. Le suivi s'applique toutes les phases du process (de la rception la valorisation des sous-produits) et concerne les lments techniques et conomiques. Plusieurs lments sont considrer dans ce suivi. Pour chacun deux, des donnes sont recueillies et constituent la base de calcul des bilans. Quatre catgories de bilan seront ainsi tablies : Bilan technique Bilan nergtique Bilan conomique Bilan environnemental Ces bilans serviront l'laboration d'une "base de donnes" qui permettra de comparer les installations entre elles et de faire des bilans une chelle nationale.

Le guide est ainsi dclin en 5 grandes parties : Objectifs du suivi : Quelles sont les informations recherches ? Quels sont les avantages et les inconvnients ? Quel niveau de suivi mettre en place ? Mthodologie de suivi : Reprise des aspects fondamentaux connatre avant de se lancer dans un suivi pour l'interprtation des bilans notamment. Bilans de suivi : Quels sont-ils ? Comment les tablir ? Fiches pratiques : Prsentation pratique des techniques en vue d'assister le porteur de projet dans la ralisation du suivi. Glossaire : Explication des principaux termes techniques utiliss.

ADEME

1/55


26/11/2009

2

Objectifs du suivi

Cette partie vise dcrire les objectifs dun suivi et les avantages que peut y trouver un exploitant/oprateur dune installation de mthanisation le mettre en place. Les diffrents niveaux de suivi envisageables sont galement prciss en fonction de limplication de lexploitant dune part, et du niveau technique (instrumentation et analyse) possible sur lunit de traitement/valorisation, dautre part.

2.1

Objectifs recherchs

La mise en place dun suivi de fonctionnement dune installation de mthanisation peut rpondre plusieurs objectifs et/ou obligations2: Contrler le bon fonctionnement. Optimiser la production dnergie. Rpondre aux exigences rglementaires (notamment ICPE). Calculer le taux de valorisation nergtique. Participer un programme de suivi. Le suivi dune installation de mthanisation est indispensable son bon fonctionnement. Habituellement, chaque oprateur et/ou exploitant assure un minimum de suivi de certains paramtres, notamment dans le cadre du contrle des quipements. La mise en place dun suivi sur la base des recommandations formules dans ce guide va permettre lexploitant : de disposer d'un protocole adapt sa propre situation ; d'assurer lenregistrement des paramtres ncessaires l'laboration des bilans de fonctionnement.

Cette dmarche ncessite de rationaliser les diffrentes tapes de fonctionnement du processus de mthanisation. Ainsi, chaque tape va constituer une Unit Fonctionnelle pour laquelle diffrents paramtres ncessaires au suivi seront identifis. Une unit fonctionnelle constitue un ensemble de matriels et dactions relatifs une tape du fonctionnement de linstallation de mthanisation. Ainsi, pour une installation de mthanisation nous distinguerons 5 units fonctionnelles : Unit fonctionnelle 1 ou UF1 : Rception et transformation des matires premires. Cette UF regroupe tous les paramtres relatifs aux matires premires et aux procds de stockage/transformation mis en place en amont de la digestion. Unit fonctionnelle 2 ou UF2 : Digesteur. Cette UF comprend les quipements de digestion et de stockage de biogaz. Cest ce niveau que sont mesurs les performances de production de biogaz et les rendements de biodgradation anarobie. Unit fonctionnelle 3 ou UF3 : Valorisation nergtique. Cette UF comprend lensemble des quipements destins au traitement du biogaz et sa valorisation nergtique ; y compris la vente dnergie un oprateur. Unit fonctionnelle 4 ou UF4 : Valorisation du digestat. Cette UF comprend lensemble des quipements destins au stockage, au post-traitement et la valorisation du digestat. Unit fonctionnelle 5 ou UF5 : Fonctionnement gnral (moyens humain et matriel). Il sagit de regrouper ce niveau toutes les oprations lies au fonctionnement gnral de linstallation.

2

La rglementation ICPE impose la mise en place denregistrements de donnes et ltablissement de bilans de fonctionnement des installations de traitement biologique de dchets. La plupart des paramtres sont utiles au suivi de fonctionnement dune installation. ADEME 2/55


26/11/2009

Le schma suivant indique le principe de la structuration du suivi en units fonctionnelles.

Schma de principe du suivi des diffrentes units fonctionnelles

UF3: valorisation nergie Production lectrique Production thermique Taux de valorisation Fonctionnement groupe UF1 : matire premire Quantit de substrats Composition biochimique Potentiel CH4 UF2 : digesteur Temprature pH Composition biogaz Dbit UF4: valorisation digestat Quantit digestat Composition biochimique Post-traitement

UF5: fonctionnement gnral Moyen humain Autres moyens matriels Mto

2.2

Avantages et inconvnients

La mise en place dun suivi ne doit pas tre considre comme une contrainte mais bien comme un moyen permettant de garantir le bon fonctionnement et l'optimisation de linstallation de mthanisation. Il sagit dune aide la conduite dexploitation. Sans tre exhaustif, le tableau suivant prsente les principaux avantages et inconvnients relatifs la mise en place dun suivi. Avantages Connaissance et valuation des performances. Contrle du rendement de production. Optimisation de la valorisation nergtique. Matrise de la vente dnergie. Matrise des cots de fonctionnement. Partage dexpriences sur la base dindicateurs communs. Avec lvolution du nombre de nouvelles installations (notamment au niveau agricole), on peut imaginer que les oprateurs vont mettre en place progressivement un certain niveau de suivi. Lapplication dune mme mthodologie de suivi permettra le partage dinformations entre les sites de mthanisation. Les retours dexpriences pourront alors tre bnfiques tous les acteurs de la filire. Lorganisation dun systme de recueil des donnes issues des diffrents suivis reste dfinir et tre mis en place par les structures comptentes. Temps de suivi. Budget dinstrumentation et danalyses. Inconvnients

ADEME

3/55


26/11/2009

2.3

Diffrents niveaux de suivi

On dfinit trois niveaux de suivi en fonction de la prcision souhaite. En effet, le suivi de fonctionnement d'une unit de mthanisation peut tre plus ou moins lourd mettre en uvre, notamment en termes de moyens humains, et ncessite une instrumentation plus ou moins complexe et coteuse.

2.3.1

Suivi simplifi

Le suivi simplifi est le premier niveau ; il constitue la base d'un suivi lmentaire. Il est ralis partir d'un ensemble minimum de paramtres qui permet d'assurer le suivi avec des donnes exploitables et comparables avec d'autres sites. Les paramtres relevs se rfrent essentiellement aux units fonctionnelles UF1, UF3, UF4 et UF5. Ce type de suivi exige donc peu de moyens humains et une instrumentation relativement restreinte, les outils mtrologiques ncessaires correspondant ceux imposs par la rglementation : compteur chaleur et compteur lectricit. Ces paramtres permettront de raliser un bilan de fonctionnement sommaire de l'installation mais seront insuffisants pour optimiser son fonctionnement.

2.3.2

Suivi complet

Il s'agit du second niveau de suivi. Il complte le suivi simplifi en intgrant de nouveaux relevs. Le suivi complet permet de raliser un bilan de fonctionnement approfondi de l'installation. L'instrumentation mise en uvre est plus lourde et exige des investissements supplmentaires, notamment en matire d'outils mtrologiques. Il conviendra d'intgrer l'ensemble des instruments au moment de la construction. Ce type de suivi sera certainement largement utilis car il permet une "prise en main" de l'installation et la ralisation d'un bilan prcis des performances, sans ncessiter des moyens humains importants.

2.3.3

Suivi exprimental

Le dernier niveau de suivi dit prcis ou exprimental ncessite des moyens humains consquents ainsi qu'une instrumentation spcifique, trs pousse, qui peut exiger une certaine exprience.

ADEME

4/55


26/11/2009

2.3.4

Choix du type de suivi

Le tableau suivant permet dapporter une aide quant au choix du suivi de fonctionnement selon les objectifs recherchs et les moyens mis en uvre, quun oprateur pourrait mettre en place. Moyens - Objectifs Peu ou pas dinstrumentation disponible Fonctionnement de linstallation simplifi Substrats dlicats (type lipides) Obligation damliorer les rendements (contrat nergie) Problme technique rsoudre Exigences rglementaires (sous-produits animaux, autorisation ICPE) Disponibilit dun oprateur pour respecter le protocole de suivi (environ 20mn/jour jusqu quelques heures lors des oprations plus lourdes de type chantillonnage de produits) Recherche de loptimum des performances Programme de suivi spcifique un paramtre (par exemple matrise de lH2S, performances agronomiques du digestat)

Technique

Humain

Peu de temps disponible Pas de comptences techniques Pas de structure de soutien

Disponibilit de loprateur Accompagnement du suivi par un centre technique, un laboratoire, lingnieriste, le constructeur

Programme dtude associ au suivi Financier Moyens limits Budget disponible pour instrumenter linstallation et pour des analyses externes Budget disponible pour instrumenter linstallation et pour des analyses externes

Type de suivi

Suivi simplifi

Suivi complet

Suivi exprimental

ADEME

5/55


26/11/2009

RETOUR DEXPERIENCE SUR UN SUIVI DINSTALLATION DE METHANISATION AGRICOLE : GAEC du Bois Joly - La Verrie (85) Denis Brosset (agriculteur) L'installation de mthanisation met en uvre un procd alimentation discontinue sur fumier de bovins et dchets de fruits et lgumes. La digestion est ralise au sein de 4 digesteurs de type silocouloir fonctionnant en parallle. Un module de cognration d'une puissance lectrique de 30 kW permet de valoriser le biogaz. Le site dispose galement d'un mini rseau chaleur qui dessert une habitation et les btiments dlevage. Ce site fait l'objet d'un suivi exprimental sur une dure de 2 ans (2008-2010). Le suivi, financ par l'ADEME, est ralis par deux bureaux d'tudes (APESA et Biomasse Normandie) avec le concours de l'exploitant. Le suivi des diffrents paramtres vous aide-t-il piloter votre installation ? L'ensemble des paramtres relevs est effectivement utile l'exploitation quotidienne et globale de l'installation. La dmarche employe m'a galement permis de "prendre en main" plus facilement l'installation au cours de la phase de dmarrage. En effet, le procd de mthanisation en discontinu est peu reprsent en France et il existe donc peu de rfrences techniques pouvant aider la prise de dcision. Le suivi mis en place (de type exprimental) reprsente-t-il une charge importante de travail ? Le suivi quotidien ralis dans le cadre de l'tude finance par l'ADEME ncessite un investissement humain d'environ 10 minutes par jour. Ce suivi est dclin en deux tapes : un relev de terrain quotidien ralis partir des outils mtrologiques mis en place dans le cadre de l'tude ; une saisie informatique de l'ensemble des relevs qui a lieu en moyenne une fois par mois. Le suivi terrain est une tape, certes impose dans le cadre du programme dtude, mais indispensable l'exploitation de l'unit. Ainsi, je ne considre pas que cela constitue une charge de travail supplmentaire. Seule la saisie informatique me semble plus contraignante en raison du manque d'aisance vis--vis de l'outil informatique en tant que tel. Enfin, le suivi impose quelques contraintes d'exploitation supplmentaires comme par exemple la mesure unitaire de la production de biogaz par digesteur. Grce au suivi avez-vous amlior le fonctionnement (rendement) de votre installation ? Certains indicateurs comme la composition du mlange entrant et la production de biogaz associe, m'ont permis d'amliorer l'exploitation de mon installation. Par exemple, au cours des diffrents chargements, je me suis aperu que la quantit de fruits de lgumes est un facteur limitant de la digestion, et une part trop importante dans le mlange peut nuire la production de biogaz voire conduire une inhibition totale de la raction de mthanisation.

ADEME

6/55


26/11/2009

3

Mthodologie de suivi

Les objectifs de suivi dune installation de mthanisation sont multiples. Afin den dgager les aspects fondamentaux, il convient de : dfinir les lments de suivi considrs par unit fonctionnelle ; rappeler les bases relatives l'organisation du suivi : - ralisation d'un protocole de suivi ; - moyens de mesure ; - enregistrement des donnes ; - analyse des donnes ; prsenter les spcificits de chaque installation : - connaissance lmentaire ; - principales spcificits technologiques ; considrer les particularits des diffrents niveaux de suivi. Le schma ci-dessous reprend le principe de la mthodologie gnrale de suivi. Cette mthodologie sera dcline pour chaque niveau de suivi. Schma de principe de la mise en place d'un suivi UF 3 UF 4

UF 1

UF 2

UF 5

Elments de suivi Instrumentation Analyses laboratoire

Centralisation

Fichiers d'enregistrement

Ralisation du bilan de fonctionnement annuel et pluriannuel

3.1

Elments de suivi par Unit Fonctionnelle

Dans ce chapitre, le contenu du suivi est dtaill pour chaque unit fonctionnelle composant une installation de mthanisation.

ADEME

Indicateurs environnementaux

Indicateurs conomiques

Indicateurs nergtiques

Indicateurs techniques

7/55


26/11/2009

3.1.1

UF1 - Rception et transformation des matires premires

Cette UF concerne toutes les tapes et actions lies la rception, au stockage et au prtraitement des matires premires qui vont entrer en mthanisation. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF comprennent : Les volumes et les tonnages des diffrentes matires. Les compositions biochimiques des substrats. Les potentiels mthanognes des substrats.

3.1.1.1 Quantits de substrats traitsLa connaissance prcise des quantits des diffrents substrats traits est indispensable aux calculs des paramtres fonctionnels de linstallation et ltablissement des bilans de fonctionnement. On peut identifier diffrents niveaux dinformations collecter : Les quantits annuelles de substrats traits (en tonne ou en m3 par an) : elles sont gnralement bien connues pour les effluents dlevage (bilan agronomique, dossier de mise aux normes). Pour les substrats exognes linstallation, il est ncessaire davoir des bordereaux des peses des diffrents produits entrant sur linstallation ou de mettre en place une mthode de mesure de ces produits. Les quantits quotidiennes traites par linstallation : il sagit de connatre de la manire la plus prcise possible les quantits des diffrents substrats ou du mlange traits sur linstallation. Lorsquil sagit de substrats liquides (pompables), on mettra en place un systme de mesure des dbits (dbitmtre, mesure de niveaux dans la fosse dintroduction, autre systme talonn). Pour les substrats solides, on contrlera les masses introduites (pesons, systme talonn de mesure dun volume1).

Notons que pour obtenir des donnes fiables, il sera ncessaire de mesurer la densit des diffrents produits (voir 5.2 Fiches pratiques).

3.1.1.2 Composition des substrats traitsLe contrle des matires premires permet de vrifier la composition des substrats ainsi que leur comportement en mthanisation. Ce contrle permet de connatre la qualit des produits entrants (par voie de consquence la qualit et linnocuit du digestat obtenu), dapprhender la composition permettant ensuite de calculer les paramtres fonctionnels de linstallation (teneur en matire sche, charge organique) et de vrifier le niveau de production de biogaz. Sur la base dun chantillonnage (voir 5.1 Fiches pratiques) reprsentatif de chaque substrat, il sagit de faire raliser par un laboratoire comptent diffrentes analyses. Ce suivi des matires premires a pour but : De contrler la composition biochimique des produits entrants. Il sagit de connatre les paramtres suivants : Teneur en matire sche Teneur en matire organique2 Teneur en azote total3 Teneur en azote ammoniacal1Il peut sagir par exemple dtalonner le godet dun chargeur tlescopique ou encore la benne dune remorque agricole. Pour les produits solides (MS>1%) la matire organique (MO) est habituellement dterminer par une mesure de calcination 550C, on parle alors de Matire Sche Volatile (MSV). Dans le cas de produits organiques non souills pas des plastiques ou des composs organiques de synthse, il est couramment admis que MSV = MO. 3 Azote et phosphore sont des lments nutritionnels indispensables au bon fonctionnement de la fermentation mthanique ; on retient gnralement le ratio suivant : C/N/P = 1/30/150.2 1

ADEME

8/55


26/11/2009

Teneur en phosphore4

Eventuellement, dautres paramtres peuvent tre collects : les laboratoires proposent gnralement un menu analytique pour dterminer les principaux paramtres de composition biochimique dun chantillon organique. Tous ne sont pas ncessaires pour le suivi oprationnel de linstallation mais ils permettent davoir une bonne connaissance des produits organiques utiliss (voir 5.3 Fiches pratiques). De vrifier les critres dinnocuit et dabsence de composs indsirables : Inertes et impurets : plastique, verre Elments traces mtalliques (E.T.M.) Composs traces organiques (C.T.O.) Critres microbiologiques2 De connatre le potentiel mthanogne de chaque substrat. A partir dun chantillon reprsentatif du substrat, on dtermine la production totale de biogaz et la teneur en mthane de ce dernier. Ce test permet de connatre et de contrler la production de biogaz du substrat utilis. Cest une tape incontournable pour permettre une bonne analyse des performances de la mthanisation.

Notons que la frquence dchantillonnage et danalyse dpendra de la nature des substrats utiliss. Certains produits sont relativement stables tout au long de lanne (cas de la plupart des effluents dlevage) ; dautres au contraire prsentent des variations saisonnires importantes (cas des dchets verts, certains dchets agroalimentaires). Pour ces derniers il sera ncessaire daugmenter la frquence dchantillonnage et danalyse.

3.1.2

UF2 : Digesteur

Cette UF concerne tous les quipements de digestion et de stockage du biogaz. Cest ce niveau que sont mesures les performances de la biodgradation anarobie. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF comprennent : Les volumes, les tonnages et la composition du mlange entrant. Les paramtres de fonctionnement du milieu de fermentation. La production et la composition du biogaz.

3.1.2.1 Mlange entrant dans le digesteur3.1.2.1.1 Quantit A dfaut de connatre les quantits quotidiennes de chaque substrat, la quantit de mlange des diffrents produits entrant dans le digesteur est une donne indispensable ltablissement des paramtres de fonctionnement de linstallation. 3.1.2.1.2 Composition du mlange Pour allger le suivi et le nombre danalyses raliser, il peut tre envisag deffectuer les analyses de composition biochimique et dinnocuit sur un chantillon reprsentatif du mlange entrant dans le digesteur.1

Il est important de connaitre la teneur en azote ammoniacal du substrat (NH4+) car une concentration importante en ammoniaque dans le digesteur peut entraner des baisses de performances de la fermentation. 2 Pour lanalyse des critres microbiologiques, il convient dapporter un grand soin lchantillonnage ainsi qu la conservation des chantillons (contenant strile, transport rfrigr, rception laboratoire en moins de 24h). Les laboratoires danalyses comptents sont mme de donner tous les renseignements utiles pour la conservation et lenvoi des chantillons. ADEME 9/55


26/11/2009

Signalons cependant que cette analyse ne permettra pas didentifier prcisment les variations ventuelles de composition de chacun des substrats. La frquence dchantillonnage et danalyse dpendra de la variation de composition du mlange et de celle ventuelle de certains substrats (comme les dchets verts par exemple). La frquence danalyse sera dfinie dans le protocole de suivi.

3.1.2.2 Milieu de fermentation Diffrents paramtres sont ncessaires pour suivre le fonctionnement dun digesteur. La mesure de ces paramtres va permettre : de vrifier le bon droulement de la mthanisation ; danticiper dventuelles drgulations de la fermentation.3.1.2.2.1 Temprature

Un suivi continu de la temprature au sein du digesteur est ncessaire. Pour cela le digesteur (ou les digesteurs) doit tre quip dune sonde qui permette de connatre la temprature interne au digesteur. Cette sonde doit tre place dans le milieu du digesteur, une distance suffisante des changeurs de chaleur et loin des parois de la cuve, afin de mesurer une temprature moyenne de fermentation. Gnralement, on utilise une sonde thermocouple (de type K ou de type pt100 ) positionne dans un gaine ( doigt de gant ) afin dtre accessible de lextrieur et ainsi pouvoir tre talonne et/ou change si elle est dfectueuse. La prcision de la mesure doit tre de lordre de 0.1C. La frquence de la mesure nest pas ncessairement leve compte tenu du fait que le digesteur est maintenu en temprature. Ainsi, un relev quotidien est suffisant si un enregistrement automatique nest pas prvu sur linstallation. Signalons que gnralement le systme de chauffage du digesteur a une rgulation grce cette mesure de temprature. Cela peut permettre de rcuprer cette donne assez facilement pour le suivi. 3.1.2.2.2 pH Le pH du milieu de fermentation est un paramtre essentiel et doit tre suivi rgulirement. Il conditionne le bon fonctionnement des bactries et notamment des mthanognes. Le pH optimum de fonctionnement se situe autour de la neutralit entre 7 et 7.5. La mesure du pH se fait sur un chantillon reprsentatif de digestat prlev en sortie du digesteur (voir 5.1 Fiches pratiques). Il existe une large gamme de matriels portatifs pour raliser cette mesure. Une sonde pH permettant une mesure en continu peut galement tre mise en place au sein du digesteur. Un enregistrement continu des donnes permet dobtenir un suivi plus prcis de lvolution de ce paramtre au cours des diffrentes phases de fonctionnement de lunit. 3.1.2.2.3 Acides gras volatils (AGV) Les AGV sont des produits intermdiaires de la fermentation. Il est important quils soient forms pour permettre la production de biogaz par les mthanognes mais ils ne doivent pas saccumuler. Une accumulation traduit un dysfonctionnement. Le contrle des AGV est important lorsque le digesteur est susceptible de fonctionner avec des substrats trs fermentescibles (rsidus de fruits, ensilage de vgtaux, dchets lipidiques). Il sera ncessaire deffectuer rgulirement une analyse. Le raisonnement de la frquence des analyses est rflchir lors de la mise en place du protocole.

ADEME

10/55


26/11/2009

Leur mesure doit tre effectue sur un chantillon reprsentatif de digestat. Certains laboratoires proposent lanalyse des AGV majoritaires dans un fermenteur (acide actique, acide propionique et acide butyrique). Lenvoi de lchantillon doit se faire dans les 24 heures aprs le prlvement. Signalons que lautocontrle est galement possible mais ncessite un minimum de matriel analytique de laboratoire. 3.1.2.2.4 Pouvoir tampon ou alcalinit Le pouvoir tampon dun digesteur est mesur travers lalcalinit du milieu et cette dernire dpend principalement de la concentration en bicarbonate. Le pouvoir tampon permet de connatre la capacit du milieu de fermentation maintenir un pH stable autour de la neutralit. Le suivi rgulier de ce paramtre facilite l'exploitation du digesteur en prvenant les risques dacidification. La mesure de lalcalinit doit se faire sur un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques). Les laboratoires danalyses pratiquent cette mesure en routine. Signalons que lautocontrle est possible mais il ncessite un matriel analytique spcifique de laboratoire. 3.1.2.2.5 Ammoniac De lammoniac est produit au cours des tapes de rduction de la matire organique. Si sa concentration augmente au-del de quelques g/l, il peut devenir inhibiteur de la mthanognse. Ce phnomne peut survenir notamment lorsque lon utilise certains effluents ou sous-produits riches en azote (certains effluents dlevage, certains effluents et sous-produits dIAA). Dans ce contexte, le contrle de lammoniac dans le milieu de fermentation est utile au pilotage de linstallation et au suivi des performances. La mesure de la teneur en ammoniac doit se faire sur un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques). Les laboratoires danalyses pratiquent cette mesure en routine. Signalons que lautocontrle est envisageable mais ncessite un matriel analytique spcifique de laboratoire.

3.1.2.2.6 Matire sche rsiduelle La mesure de la matire sche rsiduelle dans le digestat permet de suivre le fonctionnement du digesteur. En effet, la production de biogaz est la rsultante de la dgradation de la matire organique, constituant principal de la matire sche du produit ou du mlange trait. Ds lors, cette dgradation entrane une baisse de la matire sche dans le digestat. Ainsi, le suivi rgulier de la teneur en matire sche permet de contrler le niveau de biodgradation et donc lvolution du fonctionnement du digesteur. La mesure de la matire sche rsiduelle doit se faire sur un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques). Les laboratoires danalyse pratiquent cette mesure en routine. Signalons que lautocontrle est envisageable mais ncessite un matriel analytique spcifique de laboratoire.

3.1.2.2.7 Matire organique rsiduelle La mesure de la matire organique rsiduelle dans le digestat permet dvaluer le niveau de biodgradation anarobie de la matire organique et de calculer le rendement global de la raction. Cette mesure doit se faire sur un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques). Les laboratoires danalyse pratiquent cette mesure en routine. Signalons que lautocontrle est envisageable mais ncessite un matriel analytique spcifique de laboratoire.

3.1.2.3 Production de biogaz3.1.2.3.1 Dbit de biogaz La mesure du dbit de biogaz permet de contrler la production. C'est un paramtre indirect permettant de suivre le fonctionnement du digesteur. En effet, la diminution de la production de biogaz est un facteur dalerte pouvant indiquer un dysfonctionnement. La mesure dun dbit de gaz est

ADEME

11/55


26/11/2009

souvent dlicate et demande un matriel adapt (dbitmtre) et talonn aux conditions de production. Pour le choix du dbitmtre, il faut tenir compte: des caractristiques du biogaz (composition, masse volumique, temprature, teneur en eau, vitesse (mini et maxi), corrosion) ; de la configuration de linstallation (pertes de charge admissibles, longueur droite de canalisation disponible, diamtre de canalisation). La pose du dbitmtre doit tre ralise selon les consignes dun spcialiste. Lidal est que lorgane de mesure de dbit soit prvu ds la construction de linstallation afin de disposer des bonnes conditions de mesure. Le tableau suivant prsente une prslection de capteurs de dbit pouvant tre utiliss pour la mesure de biogaz. Type de capteurs utilisables pour la mesure de dbit de biogaz Type de capteur Mcanique Technologie utilise Flotteur Hlice Organe dprimogne Statique Effet vortex Fil chaud Massique thermique Grandeur mesure Dbit volumique Vitesse dcoulement Pression diffrentielle Vitesse dcoulement Vitesse dcoulement Dbit massique

La majorit des dbitmtres disponibles dans le commerce indique le volume coul par unit de temps. Lunit utilise est gnralement le Nm3/h. Pour cela, il est ncessaire : dtalonner le dbitmtre (fabricant ou fournisseur) ; de paramtrer correctement lappareil de mesure (diamtre de la conduite). Le dbitmtre install doit pouvoir mesurer le dbit instantan et le dbit cumul. Il est muni pour cela dun systme de mmorisation de linformation ; le relev des donnes devra tre adapt la capacit de mmorisation de lappareil. La mesure de la temprature et de la pression du biogaz dans la canalisation est indispensable la dtermination du dbit normalis. Signalons que la mesure du dbit de biogaz nest pas obligatoire dans le cadre du contrat de vente dlectricit EdF. Lnergie primaire biogaz est apprhende partir dune part lnergie lectrique produite (compteur de livraison) et dautre part le rendement thorique du moteur (voir 5.4 Fiches pratiques).

3.1.2.3.2 Temprature du biogaz La mesure de la temprature du biogaz permet de calculer le volume normalis de biogaz produit. Cette mesure est gnralement associe la mesure du dbit. Une sonde spcifique de type thermocouple peut tre mise en place sur la canalisation de collecte de biogaz.

3.1.2.3.3 Pression du biogaz Dans le cas du biogaz, temprature constante, sa masse volumique est proportionnelle la pression. Il est donc indispensable de mesurer en parallle la pression du biogaz dans la canalisation. Cette mesure est gnralement associe la mesure du dbit.

3.1.2.3.4 Teneur en mthane Le mthane (CH4) est le constituant majoritaire du biogaz (concentration pouvant aller de 50 75%v/v). Lorsque la mthanisation est en rgime stabilis, la teneur en mthane est constante (faibles variations 1 2%v/v). Ds lors, une baisse de la teneur en mthane dans le biogaz souligne gnralement lapparition dun dysfonctionnement de lcosystme, notamment des mthanognes.ADEME 12/55


26/11/2009

La mesure rgulire de la teneur en mthane permet de suivre le fonctionnement et indirectement de piloter linstallation. La mesure du CH4 doit se faire au moyen dun analyseur spcifique (la mesure au moyen dune cellule infrarouge est la plus adapte des mesures de terrain).

3.1.2.3.5 Teneur en dioxyde de carbone Le dioxyde de carbone (CO2) est le deuxime constituant du biogaz (concentration pouvant aller de 25 50%v/v). La mesure du CO2 peut se faire soit au moyen de tubes colorimtriques spcifiques, soit au moyen dun analyseur spcifique (la mesure au moyen dune cellule infrarouge est la plus adapte des mesures de terrain). Il existe des appareils qui permettent deffectuer les mesures concomitantes du CH4 et du CO2 dans la gamme des concentrations rencontres dans le biogaz (mesures effectues gnralement au moyen de cellules infrarouges). Notons quen premire approximation, la mesure du CO2 peut suffire au suivi de la composition du biogaz en considrant que CH4+CO2=100% de la composition ; connaissant la teneur en CO2, on peut approcher celle en mthane par simple diffrence. La prcision est de lordre de 0.5% dans la mesure o les autres composs du biogaz sont gnralement des concentrations infrieures 0,1%.

3.1.2.3.6 Teneur en hydrogne sulfur Le suivi de la teneur en hydrogne sulfur (H2S) du biogaz est important pour garantir un bon fonctionnement des matriels de valorisation nergtique (chaudire, groupe lectrogne). Cest un des critres dapplication des conditions de garantie des constructeurs de matriels. La mesure de lH2S peut se faire soit au moyen de tube colorimtrique spcifique, soit au moyen dune cellule danalyse spcifique (analyseur dhydrogne sulfur). Il est possible galement deffectuer un prlvement de biogaz dans un contenant adapt (ampoule de prlvement, baudruche ou sac en Tedlar) et envoi un laboratoire danalyse spcialis. Signalons que certains constructeurs proposent des modules de mesure dH2S qui peuvent tre coupls avec lappareil danalyse du CH4 et CO2. Ce type dappareil permet dassurer de manire concomitante les trois mesures des composants ; ce qui est trs pratique pour des mesures de terrain.

3.1.2.3.7 Teneur en autres composs Il est toujours possible et intressant dans certaines situations de suivre dautres composs du biogaz. Ces analyses sont envisager au cas par cas. Les mesures se feront par prlvement du biogaz (ampoule de prlvement, baudruche ou sac en Tedlar) et envoi un laboratoire danalyse comptent. Ce type de mesure ne sera envisag que dans le cadre dun suivi exprimental de linstallation.

ADEME

13/55


26/11/2009

3.1.3

UF3 - Valorisation nergtique

Cette UF concerne tous les quipements destins au traitement du biogaz et sa valorisation nergtique ; y compris la vente dnergie un oprateur et/ou lautoconsommation. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF comprennent : Le suivi du fonctionnement des quipements de valorisation. Le comptage de lnergie valorise.

3.1.3.1 Suivi du fonctionnement de l'quipement de valorisation du biogazLe suivi de fonctionnement consiste relever les principaux paramtres de fonctionnement de lquipement de valorisation du biogaz et noter les lments lis lentretien et/ou aux pannes de cet quipement. Volet fonctionnement : Caractristiques de fonctionnement (il sagit essentiellement de dcrire les caractristiques techniques de linstallation). Nombre dheures de fonctionnement. Nombre dheures darrt de linstallation (en distinguant les causes : entretien, panne, non disponibilit de biogaz, non disponibilit du rseau). Analyse de lhuile de vidange (indicateur de lusure dun moteur). Autres lments selon installation. Volet entretien/panne : Frquence dentretien (chaudire, vidange moteur) Pannes (descriptif, cause) Signalons que ce suivi peut tre labor en collaboration avec lquipementier et/ou lentreprise de maintenance. A ce niveau, la tenue dun registre permettant de noter les diffrentes interventions sur lunit sera indispensable. Les donnes enregistres serviront tablir le bilan de fonctionnement annuel et analyser les performances obtenues, notamment en termes de rendement de valorisation dnergie.

3.1.3.2 Energie valoriseIl sagit de comptabiliser lnergie valorise sous ses diffrentes formes : chaleur et lectricit1 : Comptage de lnergie lectrique produite (compteur groupe lectrogne). Comptage de lnergie lectrique distribue (poste de distribution dEdF). Comptage de lnergie calorifique produite. Comptage de lnergie calorifique consomme sur linstallation (chauffage digesteur). Comptage de lnergie calorifique distribue (plusieurs compteurs peuvent tre utiles afin de distinguer les diffrentes consommations : chauffage btiment, rseau chaleur, installation de schage).

Les autres formes de valorisation nergtique du biogaz ne sont pas prises en compte dans cette version du guide (puration, compression et injection dans le rseau de distribution du gaz naturel, puration, compression et utilisation comme gaz naturel pour vhicule). ADEME 14/55

1


26/11/2009

Les compteurs de production/utilisation dnergie sont gnralement mis en place lors de la construction de linstallation ; en outre, certains compteurs sont obligatoires dans le cadre du contrat dachat dlectricit. Dans le cadre du suivi de linstallation, il sagit de sappuyer sur les donnes fournies par ces lments et ventuellement de rajouter des compteurs chaleur supplmentaires selon la configuration de linstallation (voir 5.4 Fiche pratique).

3.1.4

UF4 - Valorisation du digestat

Cette UF concerne lensemble des quipements destins au stockage, au post-traitement et la valorisation du digestat. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF comprennent : La mesure de la quantit de digestat produit. Le suivi de la composition du digestat.

La valorisation du digestat peut faire lobjet dun suivi plus ou moins prcis selon le mode de posttraitement/valorisation mais aussi selon les objectifs recherchs (effet fertilisant, effets long terme sur le sol). Les lments retenus dans ce document concernent le stockage et la valorisation par pandage sur des cultures agricoles. Si un post-traitement est ralis, il sera ncessaire dadapter le protocole de suivi (sparation de phase liquide/solide, post-traitement par maturation arobie, schage, co-compostage). Des indicateurs spcifiques au mode de post-traitement retenu seront alors dfinir (par exemple dans le cas dune sparation de phase : volume liquide, composition fraction liquide, volume et masse de solide, composition fraction solide).

3.1.4.1 La quantit de digestat produitIl est ncessaire de connatre la fois la masse et le volume de digestat produit. On appliquera ce niveau les moyens et les mthodes dcrites en UF1.

3.1.4.2 Composition du digestatEn premire approche, la composition du digestat rejoint une analyse de suivi agronomique classique de produit organique (effluents dlevage, compost) et concerne les principaux indicateurs suivants : Matire sche Matire organique Teneur en azote total Teneur en azote ammoniacal Elments totaux : phosphore, potassium, calcium, magnsium, soufre. pH Rapport C/N La frquence de cette analyse est lie la priode dutilisation du digestat. Ainsi, il sagit deffectuer une analyse de composition juste avant lpandage du produit. Lchantillon doit tre le plus reprsentatif possible de lensemble du digestat ; il faut pour cela mettre en uvre les bonnes pratiques dchantillonnage (voir 5.1 Fiche pratique). Signalons que larrt dexploitation de lunit de mthanisation prcise gnralement le niveau des analyses ncessaires ainsi que la frquence.

ADEME

15/55


26/11/2009

Dautres paramtres peuvent tre vrifis dans le digestat, notamment si des produits exognes sont utiliss demandant une rglementation spcifique (boue de station dpuration par exemple). Il sagira alors de vrifier les critres dinnocuit et dabsence de composs indsirables comme par exemple : Elments traces mtalliques (E.T.M.) Composs traces organiques (C.T.O.) Critres microbiologiques1 Inertes et impurets : plastique, verre

3.1.4.3 Valorisation du digestatSelon le niveau dinvestigation souhait, dautres analyses pourront tre ralises notamment pour valuer le degr de maturit de la matire organique du digestat : test Cresson, test Rottegrad, analyse ISB (indice de stabilit biologique). De mme des suivis agronomiques sur culture peuvent tre envisags. Ces analyses et essais sont mettre en uvre au cas pas cas. Prcisons que ce type de mesure ne sera envisag que dans le cadre dun suivi exprimental de linstallation.

3.1.5. UF5 - Fonctionnement gnral

Cette UF concerne le fonctionnement gnral de linstallation autre que ceux dtaills dans les prcdentes UF. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF comprennent : Les moyens humains ncessaires au fonctionnement. Les matriels propres linstallation. Les quipements externes utiliss. Les donnes mtorologiques.

A ce niveau, il sagit de relever les donnes gnrales d'exploitation qui comprennent les conditions extrieures pouvant influencer le process de mthanisation ainsi que les relevs relatifs au temps de travail, la dure d'utilisation des matriels de manutention et propres au fonctionnement de l'installation (pompes, broyeurs). Il sagira galement dassurer l'inventaire des oprations de maintenance, renouvellement et entretien du matriel ncessaire au fonctionnement de l'installation2.

3.1.5.1 Temps de travailOn distinguera : Le temps ncessaire au fonctionnement (par exemple apport de matires premires, mise en route pompe dintroduction) et au contrle de linstallation (par exemple, inspection de routine, contrle de la qualit du biogaz, contrle du fonctionnement du groupe). Le temps ncessaire certaines oprations spcifiques la conduite de linstallation (par exemple, rception/stockage dune matire premire, reprise/pandage du digestat).

Pour lanalyse des critres microbiologiques, il convient dapporter un grand soin lchantillonnage ainsi qu la conservation des chantillons (contenant strile, transport rfrigr, rception laboratoire en moins de 24h). Les laboratoires danalyses comptents sont mme de donner tous les renseignements utiles pour la conservation et lenvoi des chantillons. 2 En dehors de lquipement de valorisation nergtique qui est suivi en UF3. ADEME 16/55

1


26/11/2009

Le temps ncessaire aux oprations de maintenance ou de rparation. A ce niveau, la mise en place dun cahier de maintenance du matriel permettra de suivre toutes les interventions ralises par l'exploitant ou par une personne extrieure sur l'installation.

3.1.5.2 Matriels propres linstallation :Il sagira de suivre pour chacun des matriels propres l'installation (pompes, agitateurs, broyeurs, sparateur de phase) : Temps dutilisation : heures de fonctionnement. Consommation nergtique : compteur ou calcul approch. La plupart du temps, il sagit de matriels fonctionnant avec des moteurs lectriques. Un compteur de consommation dlectricit spcifique linstallation peut tre install afin de comptabiliser lnergie consomme. Cette donne interviendra pour effectuer le bilan nergtique global de linstallation.

3.1.5.3 Matriels annexes utiliss :Il sagira de suivre pour chacun des matriels annexes l'exploitation de l'unit (tracteur, tlescopique, broyeur, pandeur) : Temps dutilisation : heures de fonctionnement. Consommation nergtique : carburant ou calcul approch. Ces lments seront pris en compte pour effectuer le bilan nergtique global de linstallation.

3.1.5.4 Donnes mtorologiquesUn suivi des principales donnes mtorologiques, temprature et pluviomtrie, permet de mieux analyser les bilans de fonctionnement de linstallation. Un quipement propre linstallation avec un relev des donnes peut tre mis en place ou bien ces informations peuvent tre collectes auprs de Mto France sur la station la plus proche de l'unit de mthanisation.

ADEME

17/55


26/11/2009

3.2

Organisation du suiviRdaction dun protocole

3.2.1

La mise en place dun suivi de fonctionnement de linstallation de mthanisation passe par la rdaction dun protocole qui a pour objectif de dtailler le contenu technique de lopration de suivi. Le protocole est adapt par lexploitant son unit de mthanisation en tenant compte dune part, des spcificits de son installation et dautre part, des bonnes pratiques dcrites dans ce guide mthodologique. Dans le document "protocole", il sagira notamment de prciser les aspects suivants : Le descriptif de linstallation : une fiche technique dcrivant le principe de fonctionnement de linstallation, les principaux quipements (notamment ceux lis la valorisation nergtique), les donnes conomiques (investissement) Les moyens mis en uvre : linstrumentation en place, les points de mesure, les paramtres mesurs La nature et le rythme des relevs des diffrents paramtres. Les analyses prvues : nature, frquence, nombre Ce document est annex au classeur de suivi de linstallation. Il est indispensable de disposer du protocole pour permettre une analyse des rsultats et ltablissement des bilans de fonctionnement de linstallation.

3.2.2

Moyens de mesure

Les moyens mettre en uvre pour mesurer les diffrents paramtres sont variables selon le type d'installation. On distingue cependant les principaux moyens suivants : pour la mesure de quantit1 : - des pesons pour la mesure de substrats solides (fumier, tontes, digestat ) - des dbitmtres ou autres systme pour les substrats liquides ; pour la mesure de la temprature interne au(x) digesteur(s), des sondes de type thermocouple ; pour la mesure du pH, un pHmtre ; pour la mesure de la quantit de biogaz, un dbimtre ; pour le contrle de la composition du biogaz (CH4, CO2, H2S), un analyseur infrarouge ou des tubes colorimtriques ; pour contrler la production d'nergie : un compteur lectrique et un (des) compteur(s) thermique(s) ; pour le relev des conditions extrieures : thermomtre, pluviomtre pour le contrle du temps de travail : montre, chronomtre Le tableau suivant prsente pour chacune des units fonctionnelles les principales informations sur les paramtres mesurer. UF Paramtre Quantit (mesure effectuer pour chaque substrat) Composition (mesure effectuer pour chaque substrat) Potentiel mthanogne (mesure effectuer pour chaque substrat) Quantit mlange entrant Unit Moyen dobtention de la valeur2 Pesons, dbitmtre, protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole adapt Frquence de relev

UF1 : rception & transformation matire premire

m3 & tonne Selon valeur mesure Nm3CH4/tMO m3 et/ou tonne

A chaque nouveau substrat ou changement d'alimentation

2 fois par an ou chaque

1 2

: di ge stADEME

Il peut sagir des substrats mais aussi du digestat. Est signal la mthode recommande mettre en uvre. 18/55


26/11/2009

% de chaque produit Composition biochimique Selon valeur du mlange mesure Structuration du mlange Temprature pH C Unit pH g/l eq. ac. actique

Selon configuration installation Echantillon et analyse laboratoire Sonde de type thermocouple pHmtre Echantillon et analyse laboratoire

changement de mlange

Mini 1x/jour 1 5x/sem Si problme fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3x/sem Si problme fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3x/sem 2 fois par an ou chaque changement de mlange En continu Quotidien 1 3x/sem

AGV

Alcalinit

g/l eq. HCO3

Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Dbitmtre talonn Analyseur infrarouge, tubes colorimtriques Analyseur ddi, tube colorimtrique

Matire sche rsiduelle Matire organique rsiduelle Dbit de biogaz Teneur en CH4 et CO2 Teneur en H2S

%/MB %/MB Nm 3/h % (v/v) ppm

Paramtre Fonctionnement gnral de linstallation Energie lectrique

Unit Selon paramtre kWh

Moyen dobtention de la valeur1 Selon installation Compteur lectrique normalis (instantan et cumul) Compteur thermique normalis (instantan et cumul) Echantillon et analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole adapt

Frquence de relev 1x/sem 1 7x/sem

UF3 : valorisation de lnergie

U F

Energie thermique Qualit huile moteur Quantit (mesure effectuer pour chaque substrat) Composition (mesure effectuer pour chaque substrat) Donnes mtorologiques

kWh Selon paramtre m3 & tonne Selon valeur mesure C, mm

1 7x/sem Selon moteur

UF4 : valorisation du digestat

Mini 2x/an Echantillon et analyse laboratoire Thermomtre, pluviomtre Quotidien A chaque opration : suivi, maintenance, fonctionnement A chaque opration

UF5 : fonctionnement gnral

Temps de travail pour chaque opration

minutes

Montre/chronomtre

Autres matriels

Selon travail ralis

Selon matriel

1

Est signal la mthode recommande mettre en uvre. 19/55

ADEME


26/11/2009

Certains outils mtrologiques ncessitent une vrification annuelle complte et un talonnage rgulier (1 fois tous les 2 mois) tels que les analyseurs biogaz. Signalons galement que dans le cadre du contrat de vente dlectricit EdF, des points techniques sont respecter sur les appareils de mesure : inviolabilit des chanes de mesures, utilisation de matriels norms, vrification des appareils de mesure une fois par an et par un tiers, ce tiers devant tre un organisme agr. Les moyens de mesure doivent tre rflchis au moment de la dfinition du protocole. La description de ces moyens doit tre faite dans le document protocole ainsi que les mthodes de mesures, dtalonnage et de contrle des appareils.

3.2.3

Enregistrement du fonctionnement

3.2.3.1 Paramtres enregistrsSelon le paramtre mesur, la mthode denregistrement va tre diffrente ; on peut ainsi dgager 3 cas de figure : Le paramtre ncessite une mesure en continue : cest le cas du dbit de biogaz qui ncessite la mise en place dun appareil de mesure en continu avec un systme de comptage/totalisateur permettant dafficher le dbit cumul. Cest le cas galement de lnergie produite et distribue (chaleur et lectricit). Le paramtre ne prsente pas de variation rapide : cest par exemple le cas de la temprature du digesteur qui normalement ne varie pas fortement au cours du fonctionnement (sauf incident). La mesure de ce paramtre ne ncessite pas un enregistrement en continu avec une frquence rapide ; un relev quotidien est la plupart du temps suffisant. Le paramtre varie ponctuellement : cest par exemple le cas du mlange entrant dans le digesteur qui ne varie pas (ou avec une amplitude faible) dans sa composition tant que les mmes substrats en quantits identiques sont utiliss. Une mesure de la composition du mlange sera faite avec un pas de temps plus ou moins espac selon la prcision de suivi souhaite.

Ainsi, on pourra faire appel diffrents moyens pour assurer le relev et lenregistrement des donnes de fonctionnement de linstallation : Un enregistrement automatique : dans le cas dune mesure en continue, un systme denregistrement des donnes devra tre mis en place (de type data loger ). Il existe diffrents systmes plus ou moins labors permettant denregistrer et de stocker les informations donnes par un capteur (dbitmtre, compteur nergie). Il sera ncessaire cependant de pouvoir rcuprer les donnes enregistres rgulirement avec un matriel informatique pour librer la mmoire de stockage des donnes. Un relev manuel : certains paramtres peuvent tre relevs rgulirement par lexploitant et nots sur une fiche de suivi (cf $ 5.5 - Fiches pratiques).

3.2.3.2 Phases de fonctionnementLe type de mesure ainsi que la frquence denregistrement vont dpendre galement de la phase de fonctionnement du digesteur. Schmatiquement, on peut distinguer deux types de priode dans le fonctionnement dune unit de mthanisation : Une priode de fonctionnement stabilis : elle correspond un fonctionnement quotidien rgulier et reproductible du digesteur. Il sagit au cours de cette phase de suivre les diffrents paramtres avec une frquence rgulire correspondant la prcision du suivi souhait. Ainsi,la mesure de certains paramtres peut tre espace dans le temps comme : la composition du biogaz, la mesure du pH, la composition du digestat Par contre dautres20/55

ADEME


26/11/2009

paramtres comme le dbit de biogaz, la production dnergie (lectricit, chaleur), seront enregistrs en continu. Cest sur cette priode que seront calculs les rendements de production dnergie et tablis les bilans de fonctionnement de linstallation. Une priode de transition : au cours de cette priode des variations importantes des paramtres de fonctionnement peuvent apparatre pour diverses raisons : un changement de substrat, une monte en charge. Ces priodes correspondent des adaptations du fonctionnement de l'installation (plusieurs priodes de transitions peuvent tre ralises au cours dune anne de fonctionnement). Au cours de ces priodes, il est intressant de suivre de manire plus prcise certaines valeurs comme : le dbit instantan de biogaz, la teneur en mthane dans le biogaz, les variations du pH (si possible des AGV qui sont des indicateurs plus prcis et prcurseurs dun changement de pH) Ces informations sont utiles pour mieux apprhender le fonctionnement du digesteur ; elles relvent cependant dun suivi de type complet ou exprimental. Les performances obtenues au cours de ces priodes ne sont pas considrer de la mme faon que celles obtenues au cours dune priode stabilise. Elles rentreront dans lanalyse globale annuelle du fonctionnement de linstallation mais pas dans les calculs de rendement de production dnergie.

Signalons que nous ne considrons pas ce niveau la phase de dmarrage du digesteur. Notons galement que dans le cas dun digesteur en fonctionnement discontinu, il faudra distinguer les 4 phases suivantes : phase de remplissage du racteur, phase de dmarrage de la production, phase stabilise, phase de dcroissance de la production.

3.2.4

Analyse des donnes

3.2.4.1 Unit de base Pour lanalyse des donnes de fonctionnement, il est ncessaire de dfinir une unit de base qui correspond une priode de fonctionnement de linstallation de mthanisation. Ainsi, nous considrons la semaine comme unit de base de fonctionnement pour effectuer une analyse des performances de linstallation de mthanisation1. A partir des diffrents relevs, on cherchera alors dterminer les performances hebdomadaires. Le fait dutiliser la semaine comme unit de base pour lanalyse des performances de fonctionnement permet dobtenir des valeurs moyennes et de lisser les fluctuations quotidiennes lies souvent aux conditions dexploitation de lunit. Donnons deux exemples : Exemple 1 : calcul de la productivit ou rendement biologique. Linstallation est alimente 5 jours par semaine. Un dbitmtre permet la mesure cumule du biogaz. La productivit va tre calcule de la manire suivante : volume de biogaz cumul sur la semaine/ somme des tonnages introduits pendant les 5 jours de la semaine. Exemple 2 : calcul de la charge organique (CO) introduite sur une priode dans le digesteur de 1 500 m3. Lintroduction se fait 5 jours par semaine (du lundi au vendredi) raison de 35 m3/jour dun mlange de sous-produits 12.7% de MO. La charge organique hebdomadaire du digesteur est calcule de la manire suivante ((35 000x0.127)x5/7)/1500, soit une CO de 2.12 kgMO/m3.j.

3.2.4.2 Priode de fonctionnementPour lanalyse des donnes, il sera galement ncessaire de considrer une priode correspondant des conditions identiques de fonctionnement de linstallation. Il sera alors possible de calculer les performances moyennes et d'effectuer une analyse du fonctionnement de la priode considre. Les diffrents indicateurs des bilans de suivi (voir chapitre suivant) seront ainsi calculs pour chaque priode identifie (moyenne et cart type). Un bilan annuel de fonctionnement pourra tre ensuite tabli.

Signalons que ce formalisme est classiquement utilis dans les diffrentes publications relatives aux performances dinstallation de mthanisation. ADEME 21/55

1


26/11/2009

3.3

Spcificits de chaque installationConnaissances lmentaires

3.3.1

Quel que soit le procd de mthanisation (continu, piston, discontinu, infiniment mlang), la mthodologie de suivi reste identique. Elle restera galement identique quels que soient les substrats utiliss et le mode de valorisation de lnergie. Deux types de caractristiques seront identifis : Les principaux paramtres de fonctionnement : Charge massique Charge organique Temps de sjour Temprature pH Autres paramtres dcrits dans les chapitres prcdents Les rendements calculs partir des donnes issues du suivi : Production de biogaz Potentiel mthanogne Rendement de biodgradation Rendement volumique Teneur en mthane Taux de valorisation nergtique Autres paramtres dcrits dans les chapitres prcdents

3.3.2

Principales spcificits technologiques

Selon le type dinstallation de mthanisation, diffrentes spcificits seront prendre en compte pour la mise en place dun suivi et la validation du protocole. Sans pouvoir tre exhaustif, nous dcrirons les principales spcificits technologiques : Le procd de mthanisation : Continu/discontinu : la plupart des installations sont pour linstant construites en systme continu et comprennent un ou plusieurs digesteur/fosse. Une description prcise du fonctionnement des flux est chaque fois indispensable afin, dune part, de positionner correctement les diffrents points de relev et dautre part, de considrer les bons paramtres de fonctionnement pour tablir les bilans de fonctionnement et de performances (volumes des cuves en jeu, temps de sjour digesteur). Lorsquil sagit dune installation en discontinu, un protocole adapt au rythme de remplissage/ fermentation/ vidange des digesteurs est ncessaire. Des exemples sont donns dans le chapitre 5 (point 5.5 - Fiches pratiques) de ce guide. Infiniment mlang/piston : il sagira essentiellement de tenir compte des priodes de fonctionnement pour effectuer les bons prlvements pour lanalyse des digestats.

Le prtraitement des matires premires : Lorsquil existe en amont de ltape de fermentation, il est intressant den mesurer les performances (traitement thermique, traitement enzymatique (ensilage par exemple)) et les ventuelles modifications de la matire premire (pertes de matire organique, "dstructuration" des fibres vgtales). Ces lments seront importants considrer pour lanalyse des performances de ltape de mthanisation.

ADEME

22/55


26/11/2009

Le post-traitement du digestat : Les caractristiques de cette tape, lorsqu'elle est prsente, doivent tre connues pour tablir les bilans de masse et les flux dlments fertilisants (si sparation de phase par exemple). Lanalyse de la qualit du produit final sera galement raisonner au regard du post-traitement appliqu (maturation arobie, co-compostage).

3.3.3

Autres spcificits

Selon la configuration de lunit de mthanisation, le protocole de suivi devra tre adapt aux autres spcificits de linstallation. Sans tre exhaustive, la liste suivante prsente diffrents aspects prendre en compte : Choix dorganisation : moyen humain disponible pour assurer le suivi. Sous-traitance : si de la sous-traitance est envisage pour assurer lexploitation, il sera ncessaire de valider le protocole avec les oprateurs de linstallation et de ladapter si ncessaire. Niveau dinstrumentation: il est possible que le constructeur ait dj prvu certains matriels et relevs, il sagira de vrifier la pertinence de ces derniers afin destimer s'ils correspondent des paramtres dcrits dans ce guide mthodologique. Dautres aspects peuvent tre pris en compte dans le cadre de la mise en place du protocole selon les configurations de chaque site.

3.4

Spcificits selon le niveau de suivi

Comme prsent prcdemment, diffrents niveaux de suivi sont envisageables : suivi simplifi, suivi complet, suivi exprimental. La synthse prsente dans le tableau suivant a pour objet de lister les paramtres relevs chaque niveau de suivi ainsi que l'instrumentation mise en jeu.

ADEME

23/55


26/11/2009

Paramtres relevs selon le niveau de suivi UF UF1 Paramtre Quantit* Composition* Potentiel mthanogne* Quantit mlange entrant Structuration du mlange Composition biochimique du mlange Temprature Moyen dobtention de la valeur1 Pesons, dbitmtre, protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole adapt Selon configuration installation Echantillon et analyse laboratoire Sonde de type thermocouple Frquence de relev A chaque nouveau substrat ou changement d'alimentation 2 fois par an ou chaque changement de mlange Mini 1fois/sem 1fois/jour Niveau de suivi ExpriSimplifi Complet mental 1fois/se 1fois/jou 1fois/jou m r r 1fois/se 5 m fois/sem 2 fois par an (analyse digestat) ou chaque changement de mlange Matire organique rsiduelle Dbit de biogaz Teneur en CH4 et CO2 Teneur en H2S *Mesure effectue pour chaque substrat Echantillon et analyse laboratoire Dbitmtre talonn Analyseur infrarouge, tubes colorimtriques Analyseur ddi, tube colorimtrique En continu Quotidien 1 3 fois/sem 1fois/se m 5 fois/sem 5 fois/sem 3fois/se m

pH Acides gras volatils UF2 Alcalinit Matire sche rsiduelle

pHmtre Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse laboratoire

1 5 fois/sem Si problme de fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3 fois/sem Si problme de fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3 fois/sem

1

Est signale la mthode recommande mettre en uvre. 24/55

ADEME


26/11/2009

UF

Paramtre Fonctionnement gnral de linstallation Energie lectrique

Moyen dobtention de la valeur1 Selon installation Compteur lectrique normalis (instantan et cumul) Compteur thermique normalis (instantan et cumul) Echantillon et analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire Thermomtre, pluviomtre Montre/chronomtre Selon matriel Avis de loprateur

Frquence de relev 1fois/sem 1 7 fois/sem

Energie thermique

1 7fois/sem

Qualit huile moteur UF4 Quantit Composition Donnes mtorologiques Temps de travail pour chaque opration Autres matriels Fonctionnement gnral de linstallation

Selon moteur Minimum au moment de lpandage du digestat Quotidien A chaque opration : suivi, maintenance, fonctionnement A chaque opration A chaque observation ou problme

Niveau de suivi ExpriSimplifi Complet mental 1fois/se 1fois/se 7fois/se m m m 1fois/se 1fois/se 7fois/se m m m 300 1fois/an 400 h

UF3

UF5

1fois/se m

quotidie n

1fois/mo is

1

Est signale la mthode recommande mettre en uvre. 25/55

ADEME


26/11/2009

4

Bilans de suivi

La mesure des diffrents paramtres a pour objectif d'tablir des bilans de fonctionnement de l'installation partir d'indicateurs communs diffrentes units. On distingue quatre types de bilan : un bilan technique s'appuyant sur des indicateurs biologiques, d'une part, techniques, d'autre part ; un bilan nergtique visant valuer les performances du dispositif de valorisation du biogaz ; un bilan environnemental afin de dterminer l'impact de l'unit de mthanisation en termes de rduction des gaz effet de serre et d'efficacit nergtique ; un bilan conomique pour dterminer la rentabilit de l'unit.

4.1

Bilan technique

Dans le bilan technique, on intgre deux types d'indicateurs : - les indicateurs biologiques relatifs aux performances de production de biogaz et de dgradation de la matire en digestion. On retrouve ainsi le rendement matire, le taux de dgradation de la matire organique, le rendement biologique, le bilan physico-chimique et le taux de minralisation de l'azote ; - les indicateurs techniques relatifs aux temps de travail humain et matriel ddis au fonctionnement de l'installation, les indicateurs de dimensionnement d'une installation (rendement technologique), les indicateurs relatifs au fonctionnement de l'installation (temps de sjour ou temps de rtention hydraulique, la charge spcifique).

4.1.1

Indicateurs biologiques

Sept indicateurs biologiques permettent une analyse du fonctionnement d'une unit de mthanisation. Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul Rendement matire (Rm) Il permet de mesurer la production de digestat partir d'une quantit connue de substrats traits. Le rendement matire (Rm) s'exprime en % Rm = Tonnage sortant digestat/ Tonnage entrant mlange Tonnage entrant mlange (tMB) Tonnage sortant du digestat (tMB) Pour les procds alimentation discontinue, les mesures doivent tre ralises sur le mme digesteur et le mme chargement afin d'obtenir des donnes exploitables. Pour les procds alimentation continue, les mesures sont ralises sur un pas de temps donn (ex : temps de rtention hydraulique)

Spcificit lie au procd

Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd

Taux de dgradation de la matire organique (Td) Il permet de mesurer la quantit de matire organique dgrade pendant la digestion. Il est galement appel "taux d'puration". C'est un indicateur de traitement. Il a une influence sur la production de biogaz. Le taux de dgradation (Td) s'exprime en % Td = Tonnes de matire organique du digestat / Tonne de matire organique du mlange entrant Teneur en matire organique du mlange (t MO/t MS) Teneur en matire organique du digestat (t MO/t MS) Pour les procds alimentation discontinue, les mesures doivent tre ralises sur le mme digesteur et le mme chargement afin d'obtenir des donnes exploitables.26/55

ADEME


26/11/2009

Indicateur Intrt

Rendement biologique (Rb)1 Le rendement biologique permet de mesurer la quantit de biogaz produit au cours de la digestion. Il est galement appel rendement de transformation des dchets ou encore production spcifique. Il peut tre exprim galement partir de la production de mthane. Le rendement biologique (Rb) s'exprime en Nm3biogaz/t MO ou en Nm3CH4/t MO Rb = Production de biogaz (Nm3) / Tonne de MO du mlange ou Rb = (Prod.de Biogaz * Teneur en CH4)/ Tonne de MO du mlange Tonne de MO du mlange Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) -

Unit

Expression

Variables de calcul Spcificit lie au procd

Indicateur

Bilan physico-chimique Le bilan physico-chimique permet de caractriser l'volution des matires premires au cours de la digestion et notamment des concentrations en : - lments fertilisants ; - lments traces mtallique ; - lments pathognes. Il ne constitue pas rellement un indicateur tel que dfini prcdemment. Toutefois, c'est un outil intressant notamment pour comparer les caractristiques du digestat par rapport aux normes en vigueur pour les amendements et fertilisants organiques (NFU 44 051, NFU 42 001). Les lments ncessaires la ralisation de ce bilan sont issus d'analyses ralises sur le mlange entrant en digestion et sur le digestat. en g/kg de MS ou MB (composition biochimique) Units/g MB (micro-organismes et pathognes) Composition biochimique et microbiologique du mlange Composition biochimique et microbiologique du digestat Composition en ETM/CTO/CVO/Inertes du digestat ISB/CBM du digestat -

Intrt

Unit

Expression


Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul

Taux de minralisation de l'azote (TmN) La mthanisation permet de minraliser l'azote et de le rendre ainsi plus facilement disponible pour les plantes. Il est donc intressant de mesurer le taux de minralisation de l'azote au cours de la digestion. Le taux de minralisation de l'azote (TmN) s'exprime en % Tm = Teneur en NH4 digestat /Teneur en NH4 mlange entrant digesteur Teneur en Azote ammoniacal du mlange entrant (g/kg MS) Teneur en Azote ammoniacal du digestat (g/kg MS)3

1

Ou rendement biogaz ou encore potentiel mthanogne (lorsque la valeur est exprime en Nm CH4/TMO) 27/55

ADEME


26/11/2009

Indicateur

Rendement technologique (Rt) ou Rendement volumique (Rv) Il exprime la quantit de biogaz produit par unit de volume de digesteur et par jour. C'est un indicateur d'efficacit biologique du procd ainsi qu'un indicateur de dimensionnement. Il est galement appel "efficacit volumique". Le temps de sjour (TS) dans le digesteur (ou temps de rtention hydraulique (TRH) pour les liquides) intervient dans le calcul de cet indicateur. Le rendement technologique (Rt) s'exprime en Nm3 de biogaz/m3 de digesteur/jour Rt = (Production de biogaz / Volume de digesteur)/ TS Production de biogaz (Nm3) Volume du digesteur (m3) Temps de sjour (jours)

Intrt

Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd Indicateur

Bilan hydrique Les units de mthanisation mettant en uvre un procd alimentation discontinue ncessitent l'immersion du mlange pour deux raisons : - les bactries anarobies responsables du processus de dgradation se dveloppent dans un milieu humide ; - l'immersion du mlange permet galement d'atteindre les conditions d'anarobiose. L'immersion est assure par les jus du mlange et un apport d'eau extrieure. Cette phase liquide est appele "jus de recirculation". Pour optimiser la gestion du procd, il est ncessaire de connatre le volume de jus utilis au cours de la digestion par tonne de matire traite. Pour cela, on calcule l'indicateur d'apport en jus de recirculation (Aj). L'apport de jus (Aj) est exprim en m3/tonne traite Aj= Vj /Tonnage entrant du mlange avec Vj : volume de jus apport dans le digesteur tant gal : Vj = Temps de fonctionnement des pompes * dbit de la pompe Temps de fonctionnement des pompes de recirculation des jus durant la phase de digestion par digesteur (h) Dbit de la pompe (m3/h) Tonnage entrant du mlange (tonnes) Indicateur calcul uniquement pour les procds alimentation discontinue

Intrt

Unit Expression

Variables de calcul


ADEME

28/55


26/11/2009

4.1.2

Indicateurs techniquesIndicateur Temps de rtention hydraulique (TRH) ou Temps de sjour (TS) Le temps de rtention hydraulique (TRH) ou temps de sjour (TS) quantifie la dure de sjour de la matire au sein du digesteur. Il permet de caractriser le fonctionnement de l'installation. La dure s'exprime en jours Pour les procds alimentation continue : TRH = (volume utile du digesteur/ dbit de matire entrant)/24 Pour les procds alimentation discontinue : TS = Date de dchargement - Date de chargement TRH : - Volume utile du digesteur (m3 utile) - Dbit de la pompe d'injection (m3/h) TS : - Date de chargement - Date de dchargement On utilise le terme TRH pour les procds en voie liquide et TS pour les procds en voie sche Charge Organique La charge organique est un indicateur d'intensit du traitement et du dimensionnement de l'installation. Elle est exprime en t Matire organique/m3 utile de digesteur/jour. CO = Tonne de MO du mlange/Volume du digesteur/TRH ou TS Tonne de MO du mlange Volume utile du digesteur (m3 utile) Temps de rtention hydraulique ou Temps de sjour (jours) Temps de travail humain (Th) Cet indicateur doit permettre de dterminer le temps de travail humain ncessaire la conduite de l'installation d'une faon globale et pour chaque opration. Il est donc calcul pour chaque opration, ces dernires tant diffrentes selon les procds mis en uvre : Oprations rception/tri/prparation des matires premires chargement fermeture du digesteur suivi de la digestion maintenance et entretien du moteur maintenance et entretien des digesteurs dchargement Procd alimentation continue Procd alimentation discontinue

Intrt Unit

Expression

Variables de calcul

Spcificit lie au procd Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd Indicateur

Intrt

Unit Expression

L'indicateur (Th) est exprim en h/t MB traite. Th globale = somme de l'ensemble des Th par opration

ADEME

29/55


26/11/2009


Relevs manuels des heures par opration Tonnage trait sur la priode considre -

Indicateur

Temps d'utilisation du matriel (Tm) Cet indicateur doit permettre de dterminer globalement et pour chaque opration cite prcdemment, le temps d'utilisation des matriels. La liste du matriel considr est la suivante : - tracteur ; - pandeur ; - tlescopique/chargeur ; - trmie d'alimentation (procd alimentation continue uniquement). Tm est exprim en h/t MB traite Tm gnral = somme des Tm pour chaque matriel Relevs manuels par type de matriel Tonnage trait sur la priode considre -

Intrt

Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd

4.2

Bilan nergtique

Le bilan nergtique comprend une srie d'indicateurs qui peuvent varier en fonction du type d'nergie produite sur l'installation. En effet, il existe trois possibilits de production d'nergie sur une installation de mthanisation : - la production d'lectricit : celle-ci est ralise par le biais d'un moteur combin une gnratrice sans module de rcupration de la chaleur ; - la production de chaleur seule par le biais d'une chaudire ; - la production conjointe d'lectricit et de chaleur par l'intermdiaire d'un moteur combin une gnratrice avec un module de rcupration de la chaleur (mise par les gaz d'chappement et le circuit de refroidissement du moteur). Ce dernier cas de figure est le plus frquent sur les installations agricoles. L'ensemble form par le moteur -la gnratrice - le module de rcupration de la chaleur est appel module de cognration. Prcisons que les dispositifs combinant moteur, turbine vapeur et gnratrice ne sont pas pris en compte dans ce guide. Les indicateurs nergtiques prsents ci-aprs correspondent au cas le plus frquent et galement le plus complet. Un tableau de synthse permet au terme de cette prsentation de dterminer la pertinence de chaque indicateur au regard du mode de production considr.

4.2.1

Indicateurs nergtiquesIndicateur Production d'nergie primaire (Pp) La production d'nergie primaire (Pp) correspond la quantit d'nergie produite thoriquement partir du biogaz, hors perte lie au rendement du moteur. Pp s'exprime en kWh PCI/Nm3 Pp = Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4 Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) PCI CH4 : 9,96 kWh PCI/Nm3 CH4

Intrt Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procdADEME

30/55


26/11/2009

Indicateur

Production d'nergie utile La production d'nergie utile correspond l'nergie rellement produite la sortie du module de cognration ou de la chaudire et comprend la production d'lectricit (Pe) et la production thermique totale (Pth) dont la production thermique valorise (Pthv). L'nergie lectrique produite est mesure par l'intermdiaire d'un compteur lectrique prsent sur l'installation. La production d'nergie thermique totale (Ptht) se mesure par un compteur gnral situ en sortie du module de cognration/chaudire (mesure la quantit de chaleur produite). La production thermique valorise (Pthv) se mesure par un compteur ddi (voire plusieurs si l'installation dispose d'un compteur par type d'usage) ou par la diffrence entre le compteur gnral et le compteur arotherme (ou arorfrigrant). Production d'lectricit (Pe) qui s'exprime en kWh l Production thermique (Ptht et Pthv) qui s'exprime en kWh th utiles Pas de formule de calcul spcifique, la production tant releve directement sur les compteurs -

Intrt

Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd

Indicateur

Rendement de l'installation Le biogaz produit est valoris dans le module de cognration/chaudire permettant la production d'lectricit et/ou de chaleur. Cependant, la totalit du biogaz n'est pas transforme en nergie, le rendement du module n'tant pas de 100 %. Il convient ds lors de mesurer ce rendement : - le rendement lectrique (Re); - le rendement thermique (Rth) partir de la production thermique valorise ; - le rendement global (Rg). Les rendements s'expriment en % Re = Pe / (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4) Rt = Pthv / (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4) Rg = (Pe+Pthv)/ (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4) Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) Production d'lectricit (kWh l) Production de chaleur (kWh th utile valorise) (Pthv)

Intrt

Unit Expression

Variables de calcul


4.2.2

Les indicateurs suivre selon le mode de valorisation du biogazProduction d'lectricit seule Pe Ptht Pthv Re Rt Production de chaleur seule Production conjointe de chaleur et d'lectricit

Indicateurs nergtiques Production d'nergie primaire Production d'nergie utile sortie module de cognration ou chaudire Rendement

ADEME

31/55


26/11/2009

Rg

Rg = Re

Rg = Rt

Rg = Re+Rt

4.3

Bilan environnemental

Le bilan environnemental comprend 2 indicateurs. Indicateur Rendement d'efficacit nergtique (Ree) Le rendement d'efficacit nergtique reprsente le rapport entre la production d'nergie renouvelable produite par l'installation de mthanisation et la consommation d'nergie ncessaire au fonctionnement de l'installation. La production d'nergie renouvelable correspond l'nergie disponible en sortie du module de cognration ou de la chaudire. La consommation d'nergie comprend : - la quantit de carburant consomme par les vhicules amenant les dchets sur l'installation ; - la quantit de carburant consomme par les matriels de manutention (chargeur, tracteur) utiliss pour faire fonctionner l'installation ; - le fioul ou le gaz consomm pour faire dmarrer le module de cognration. Les oprations d'pandage du digestat ne sont pas intgres dans le calcul du rendement considrant que les consommations d'nergie lies sont similaires un pandage classique. Unit Pas d'unit spcifique Ree = Quantit d'nergie renouvelable produite/Quantit d'nergie fossile consomme Avec : - Quantit d'nergie renouvelable produite (kWh) = Production d'lectricit (kWh) + Production de chaleur totale (kWh) - Quantit d'nergie fossile consomme (kWh)= consommation de carburants de l'ensemble des vhicules (transport, manutention et moteur) (litres)*10 en retenant : 1 litre de fuel = 10 kWh PCI Calcul de la consommation de carburant : Consommation de carburant (litres)= nombre d'heures de fonctionnement du vhicule (h)*consommation du vhicule (l/h) Production d'lectricit (kWh) Production de chaleur (kWh) Nombre d'heures de fonctionnement des vhicules de transport, de manutention et du moteur (h) Consommation des vhicules de transport, de manutention et du moteur (l/h) -

Intrt

Expression

Variables de calcul


ADEME

32/55


26/11/2009

Indicateur Intrt Unit

Taux de substitution des nergies fossiles/fissiles (Tsf) Ce ratio mesure la production d'nergie renouvelable rellement disponible et substituable des nergies fossiles. La quantit d'nergie renouvelable disponible exclut la chaleur utilise pour le maintien en temprature des digesteurs. Cet indicateur s'exprime en pourcentage (%) Tsf = Quantit d'nergie renouvelable disponible/Quantit d'nergie primaire Avec :

Expression

- Quantit d'nergie renouvelable disponible (kWh)= Production d'lectricit (kWh) + Production de chaleur totale (kWh)- Production de chaleur utilise pour les digesteurs (kWh) - Quantit d'nergie primaire (kWh)= Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4 Production d'lectricit (kWh) Production de chaleur (kWh) Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) PCI CH4

Variables de calcul


ADEME

33/55


26/11/2009

4.4

Bilan conomique

Le bilan conomique comprend des indicateurs couramment utiliss tels que le bilan global d'exploitation permettant de calculer le cot de revient du traitement des effluents, et le taux de rentabilit interne. Il existe d'autres indicateurs (mthode TEC, Temps de retour brut, analyse de trsorerie ) pouvant tre calculs pour approfondir l'analyse des performances conomiques not

Documents

guide méthodologique suivi methanisation