Cogénération en exploitation agricole. Bac S Amérique du nord 2014


.La cogénération est la production d'électricité et de chaleur à partir d'un combustible dans un dispositif unique : le cogénérateur. Dans une exploitation agricole le combustible peut être du biogaz issu de la méthanisation des déchets organiques produits : fumier, résidus végétaux...
La méthanisation.

Equivalence énergétiques.

Vérifier la cohérence entre la composition du biogaz et les données énergétiques.
1 m3 de biogaz contient environ 0,6 m3 de méthane ( 60 %).
La cogénération.
Production annuelle d'énergie par le cogénérateur : thermique : 860 MWh ; électrique : 830 MWh.
Efficacité énergétique ou rendement global : 70 %.

Calculer en MWh la quantité d'énergie libérée en un an par la combustion du biogaz dans cette installation, puis le volume du biogaz dans cette installation ( dans les CNTP).
Energie totale produite par an : 860 +830 =1690 MWh.
Energie libérée par la combustion du méthane : 1690 / 0,70 = 2414 ~2,41 103 MWh ou 2,41 106 kWh.
1 m3 de méthane ( 0,6 m3 de biogaz) produit  une énergie de 10 kWh.
Volume de biogaz ( dans les CNTP) :
2,41 106 /(10* 0,6) ~ 4,0 105 m3.



Déterminer ( en m3) le volume d'eau qui peut être chauffé de 10 °C à 70°C chque année grâce à l'énergie thermique produite. ceau = 4180 J kg-1 K-1.
Energie nécessaire pour porter 1 m3 ( 1000 kg) d'eau de 10 °C à 70 °C :
 Q = m ceau Dq = 1000*4180*60=2,51 108 J = 2,51 MJ.
Soit 2,51 108 / 3600 =6,97 104 Wh = 69,7 kWh.
Energie thermique disponible annuellement : 8,6 105 kWh.
Volume d'eau pouvant être chauffé :
8,6 105 / 69,7 =1,23 104 m3.
Calculer l'énergie électrique annuelle produite par le cogénérateur en utilisant la puissance électrique du cogénérateur P = 104 kW. Comparer le résultat à une autre donnée et conclure.
Enérgie ( kWh) = puissance ( kW) fois durée ( heure) = 104*24*365=9,1 105 kWh =9,1 102 MWh.
Le texte indique une énergie électrique produite égale à 830 MWh.
L'écart entre les deux valeurs est de l'ordre de 10 %.
Lors de la conversion du biogaz dans le cogénérateur, de l'électricité et de la chaleur sont produites, mais il y a aussi des pertes.



Donner deux  arguments montrant l'intérêt environnemental d'un tel dispositif.
Le méthane est un gaz à effet de serre ; il contribue au réchauffement global. Il faut donc éviter de le laisser s'échapper dans l'atmosphère.
La fermentation anaérobique produit du biogaz mais aussi un engrais de haute valeur fertilisante.
Valorisation de matière organique et économie de dioxyde de carbone produit.




.





  

menu