ORC

Ressource pour les produits chimiques dans les secteurs des hautes technologies

Electricité décarbonée

Notre besoin en Electricité

Pour l’Agence Internationale de l’Energie les besoins en électricité de la planète ne sont qu'en augmentation constante (world-energy-outlook-2019-electricity). Pour autant, il faut arriver à la neutralité carbone en 2050 stratégie officielle de l'UE pour respecter l'accord de Paris.
Dans une simulation de développement réellement durable l’IEA, indique que l’efficacité énergétique serait la première source de réduction des émissions de CO₂ (44%) devant les renouvelables (36%). IEA - Energy Efficiency 2018
La chaleur est la principale source d'émissions de CO₂ de l'industrie lourde et représente actuellement environ les deux tiers de la demande énergétique industrielle et près d'un cinquième de la consommation énergétique mondiale.
Plusieurs technologies sont en cours de développement pour faciliter ce processus, dont le système à cycle organique de Rankine (ORC) pour la production d'électricité à partir de sources de chaleur à basse et moyenne température dans la plage de 30°C à 350°C, et même jusqu'à 550°C pour les petites puissances.
Un processus thermodynamique de production d'électricité à partir d'une source de chaleur, via une turbine à vapeur, il s'agit d'une évolution du cycle de Rankine.
Comme leur nom l'indique, les systèmes ORC utilisent des fluides organiques à la place de l'eau pour conduire le processus, et en raison de leurs points d'ébullition plus bas et de leur pression de vapeur plus élevée que l'eau, les sources de chaleur à basse température peuvent être utilisées pour générer de l'électricité plus efficacement.

Pour les entreprises opérant dans les divers secteurs énergétiques et industriels où les processus de chauffage sont vitaux, cette technologie offre une gamme d'avantages en matière d'efficacité qui pourraient non seulement aider à réduire leur empreinte carbone, mais également réduire les coûts d'exploitation et augmenter la flexibilité.
Les produits ORC sont déployés dans le monde entier pour être utilisés dans la production d'électricité à partir de la biomasse pour des applications de puissance limitée, à partir de sources géothermiques où les températures des sources de chaleur sont généralement inférieures à celles des combustibles fossiles, ainsi que pour convertir la chaleur résiduelle des processus industriels en électricité.
Être capable de récupérer et d'utiliser la chaleur qui serait autrement gaspillée sous forme d'évacuation des gaz d'échappement offre un gain d'efficacité considérable aux entreprises énergétiques et industrielles, leur permettant de générer de l'électricité à partir de sources déjà disponibles en tant que sous-produit des processus quotidiens.
La nature de l'ORC signifie que les améliorations de l'efficacité peuvent être encore maximisées en rendant les sources de chaleur à basse température réutilisables, tout en éliminant également le besoin d'eau et de son traitement associé, comme cela est nécessaire dans les applications traditionnelles du cycle de Rankine à vapeur, car il n'est pas nécessaire d'utiliser de l'eau dans le processus.
Une efficacité plus élevée se traduit également par des coûts inférieurs, car moins d'énergie doit être achetée auprès du réseau. Et cette demande d'énergie plus faible a à son tour l'avantage de réduire l'empreinte carbone global d'une opération en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.

Qu’est ce qu’est l’ORC ?

Le Cycle Organique de Rankine (ORC) permet de transformer des sources thermiques basses températures (entre 30°C à plus de 500°C) en électricité sans émission de CO₂ additionnel. Cette récupération de l'énergie industrielle fatale ou l'énergie perdue dans un process industriel a pour objectif de réduire la consommation et le coût de l'énergie. Et ceci grâce à l'utilisation de fluides réfrigérants organiques ; la chaleur récupérée va être utilisée pour chauffer puis vaporiser le fluide organique, qui sera ensuite détendu dans une turbine alimentant un générateur. Le fluide est ensuite condensé pour recommencer le cycle ORC (circuit fermé).
Les fluides utilisés sont organiques (ils sont sélectionnés en fonction des températures des flux) : ils demandent moins de maintenance-machine, car ne condensent pas lors de leur détente dans la turbine. Ils permettent de valoriser de la chaleur à des températures basses et travaillent sous une pression plus faible. Le module ORC est pré assemblé, compact et fiable.
Initialement, cette technologie a été développée pour la cogénération biomasse et la géothermie. Aujourd'hui, elle permet de valoriser la chaleur perdue en industrie : fonderies, verreries, cimenteries, aciéries, pétrochimie…. Ainsi que sur les échappements de moteurs diesel (trains, camions, navires…).

	Nucléaire	ORC Biomasse	ORC Récupération de chaleur
Intermittence
Impact Environnemental
Impact Sociétal
Impact CO2
Indépendance Energétique
Bénéfice induit
Bénéfice induit	déchets radioactifs	Gestion déchets verts	Efficacité énergétique

	Intermittence	Impact Environnemental	Impact Sociétal	Impact CO2	Indépendance Energétique	Bénéfice induit
Nucléaire						déchets radioactifs
Diesel
Charbon
Eolien
Barrage Hydraulique
Solaire au sol + Stockage
ORC Géothermie
ORC Biomasse						Gestion déchets verts
ORC Récupération de chaleur						Efficacité énergétique

	Nucléaire	Diesel	Charbon	Eolien	Barrage Hydraulique
Intermittence
Impact Environnemental
Impact Sociétal
Impact CO2
Indépendance Energétique
Bénéfice induit
Bénéfice induit	déchets radioactifs

	ORC Biomasse	ORC Récupération de chaleur
Intermittence
Impact Environnemental
Impact Sociétal
Impact CO2
Indépendance Energétique
Bénéfice induit
Bénéfice induit	Gestion déchets verts	Efficacité énergétique

Les sources de chaleur

Source naturelle

Géothermie :
Sources naturelles basses et moyennes températures
Application « oil and gas », production d’électricité décarbonnée

Solaire Thermoélectrique :
Module ORC couplé avec des capteurs cylindro-paraboliques ou des miroirs de Fresnel

Biomasse

Incinérateur :
Les Huiles Usées;
Valorisation des déchets - Cogénération

Méthanisation – biogaz :
Boues de stations d'épuration
Fumier, Lisier d'animaux

Chaudières à biomasse
Crématorium

La chaleur fatale ou de récupération

Fours industriels :
Fumées de fours, Fumées de chaudières
Cuissons, Fonderies, Cimenteries, Verreries, Agroalimentaire…

Maritime :
Production d’électricité à partir de la chaleur générée par les moteurs à propulsion ou auxiliaires

Groupes électrogènes :
Amélioration du rendement des groupes électrogènes (diesel, gaz, naturel, biogaz) via la production additionnelle d’électricité

Fluides de refroidissement :
Datacenter, frigo, patinoire, sale réfrigérée…

Fonctionnement de la technologie ORC

T-S diagram of rankine cycle

1Récipient liquide
- Solkatherme SES 36
- NE3O-Fluid OZ36
- Alcane Cycloalcane
- HFC, HFE, HFO
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive
2Pompe
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive
- Soudure
- Résine / Vernis
- Graisse
37Régénérateur
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive

4Evaporateur
- Fluide Caloporteur
- Galden
- Huile thermique
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive
5Turbine
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive
- Soudure
- Résine / Vernis
- Graisse
6Génératrice
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive
- Soudure
- Résine / Vernis
- Graisse
8Condenseur
- Fluide Caloporteur
- MPG / MEG
- Huile de coupe
- Solvant de nettoyage
- Lessive

Fluides

	Famille	Inflammabilité	Permissible Exposure	Max power output, kW	Critical temperature °K / °C	ODP	GWP	ASHRAE 34
NE3O-Fluid Oz36	HFO	Non	500 ppm		444,2 / 171	0	< 2	A1
Solkatherm SES 36	HFC	Non	1000 ppm	23,66	450,7 / 178	0	794	A1

Summary of Abundances, Lifetimes, Ozone Depletion Potentials (ODPs), Radiative Efficiencies (REs), Global Warming Potentials (GWPs), and Global Temperature change Potentials (GTPs)

Solkatherm SES36 --> NE3O-Fluid Oz36

Les Fluides

	Famille	Inflammabilité	Permissible Exposure	Max power output, kW	Critical temperature °K / °C	GWP	ASHRAE 34
Cyclopentane (R-600a)	Hydrocarbone (HC)	Oui	600ppm	24,99	511,7 / 239	3	A3
Pentane (R-601)	Hydrocarbone (HC)	Oui	600ppm	24,48	469,7 / 196,55	4	A3
Isopentane (R-601a)	Hydrocarbone (HC)	Oui	600ppm	24,48	460,35 / 187,2	4	A3
Butane (R-600)	Hydrocarbone (HC)	Oui	1000ppm	21,99	425,12 / 151,97	4	A3
Isobutane (R-600a)	Hydrocarbone (HC)	Oui	1000ppm	21,38	407,81 / 134,7	3	A3
HFO 1234yf (R-1234yf)	HFO	Oui	500ppm	N/A	367,85 / 95	4	A2L
HFO 1234ze >30°C (R-1234ze E)	HFO	Oui	800ppm	N/A	382,52 / 109	6	A2L
HFO 1234ze < 30°C (R-1234ze Z)	HFO	Non	800ppm	N/A	387,15 / 114	6	A2L
R-245fa	HFC	Non	400ppm	22,15	427,01 / 154,01	1030	B1
R-134a	HFC	Non	1000ppm	N/A	374,21 / 101,1	1430	A1
Solkatherme SES 36	HFC	Non	1000ppm	23,66	450,7 / 178	794	A1
HFO 1336mzz-Z (R-1336mzz-Z)	HFO	Non	500ppm	N/A	444,15 / 171,3	2	A1
HCFO-1233zd(E)(HDR 14)	HFO	Non	800ppm	N/A	439,6 / 166	0	A1
FK-6-1-12 Novec 774	FK(Fluoroketone)	Non	225ppm	N/A	468,15 / 195	1	A1
FK-5-1-12 Novec 649	FK(Fluoroketone)	Non	150ppm	N/A	442,15 / 169	1	A1
RE347mcc (HFE-7000)	HFE	Non	75ppm	N/A	437,7 / 165	530	A1
Octamethyltrisiloxane (MDM)	Siloxane	Oui	N/A	N/A	564,09 / 291	1	A2
Octamethylcycl otetrasiloxane (D4)	Siloxane	Oui	N/A	N/A	586,5 / 313	1	A2
Decamethyltetrasiloxane (MD2M)	Siloxane	Oui	N/A	N/A	599,4 / 326	1	A2
Decamethylcycl opentasiloxane (D5)	Siloxane	Oui	N/A	N/A	619,15 / 346	1	A2
Dodecamethylcyclohexasiloxane (D6)	Siloxane	Oui	N/A	N/A	645,78 / 372,63	1	A2

Permissible Exposure : Donnée Fiche de données de sécurité; Max power output, kW : THESE - Thermodynamic and technical criteria for the optimal selection of the working fluid in a mini-OR; Critical temperature °K / °C : Donnée Fiche de données de sécurité; GWP : Donnée Fiche technique; ASHRAE 34 : THESE - Stratégie de modélisation des systèmes de valorisation énergétique : application aux machines ORC et à absorption;

Service Chimie

Substances Chimiques

Spécialités Chimiques

Equipement de Production