Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel | ULG - 14 mars 2017

Cluster Technology of
Wallonia Energy, Environment
and sustainable Development
ULG - 14 mars 2017
Waste Heat to Energy,
le point sur une filière à
haut potentiel

PROGRAMME
2
Première partie : Gisements, obstacles et opportunités
• Cluster TWEED, Introduction – Cédric Brüll
• Ferest Ing, Etude des potentiels de récupération des énergies
fatales dans les Haut de France – Philippe Ferest
• ICEDD, Potentiel de l'énergie fatale en Wallonie
• Ferest Ing, Obstacles aux projets de récupération de chaleur
fatale industrielle, ébauches de solutions : Création d'un fonds
assurantiel national - Philippe Ferest

PROGRAMME
3
Deuxième partie : Solutions technologiques - Focus sur
quelques acteurs clés belges et français
• ACTE, Capter la chaleur fatale dans les fumées industrielles,
un enjeu technico-économique – Aude Bonvissuto
• Hevatech (Rhône-Alpes), "Conversion de chaleur fatale en
électricité: TURBOSOL, une technologie innovante et
économiquement performante" - Patrick BOUCHARD,
Président d'HEVATECH
• TERRAOTHERM, La récupération de l'énergie fatale à l'état
gazeux - Prof. Jaouad Zemmouri Directeur R&D
• Ulg, projets de chaleur fatale suivis par l'Université de Liège -
Vincent Lemort, Ass. Prof. De l'Université de Liège

1
TWEED :
Cluster Energie Durable

Qui sommes-nous?
2
Le Cluster TWEED est une organisation wallonne rassemblant
les acteurs du secteur de l'énergie durable.
Nos secteurs clés :

3
NEW PORTAL REWALLONIA IN 2016!

Que faisons-nous ?
4
• Mise en réseau
• Organisation de groupe-projets
• Veille technologique
• Soutien technique au montage
de projets
• Etudes de marché
• Promotion locale et
internationale
• Projets européens

TWEED en quelques chiffres
(depuis sa création, mars 2008)
• > 100 membres effectifs (payants), dont 85% d’entreprises
• Réseau de plus de 350 acteurs technologiques (membres ReWallonia)
• Près de 100 networking events
• Aide au montage de 25 projets de recherche ou d’investissement dans le
secteur « énergie durable » et partenaires de projets wallons (Plan Marshall,
DGO4, First Spin-Off,…) ou européens (H2020, Interreg,…)
• Présence sur plus d’une vingtaine de salons (EWEA, Intersolar, Husum, EU
Biomass Conference,…) et élaboration de plus de 10 missions à
l’international
• Réalisation de 6 cartographies d'acteurs économiques (Eolien, Solaire PV,
Biomasse-énergie, Chaleur verte, Smart Grid, Stockage)
• Plus de 50.000 pages visitées par an sur nos sites Web, 12 newsletters par
an, veille informative,…
• Plus de 15 partenariats : AWEX, Agoria, Energy Technlogy Club, International
Cleantech Network, Edora, Apere, pôles et clusters wallons (Mécatech,
GreenWin, Cap2020/eco-Construction,…), clusters étrangers (Energie 2020,
Tenerrdis, OREEC-Oslo Energy Cluster, Cluster de Energía del País Vasco)
5

Que faisons-nous?
• Mise en réseau des entreprises et autres acteurs des secteurs de l'énergie
durable via l'organisation de conférences à thèmes, d'évènements de
networking, de conférences, de séminaires, de séances d'information, de
visites d'entreprises...
• Organisation de groupe-projets qui rassemblent des entreprises aux
compétences complémentaires afin de constituer des filières d'entreprises
capables d'offrir des solutions globales aux clients dans des projets de taille
industrielle
• Soutien technique au montage de projets d'investissement et/ou de R&D
sur la thématique des énergies durables
• La réalisation d'une veille technologique dans le domaine de l'énergie
durable
• Réalisation d'études de marché et d'analyse économique et
technologique sur la thématique de l'énergie durable
• Promotion locale et internationale du cluster et de ses membres via
l’Agence Wallonne à l’Exportation (AWEx), l’Energy Technology Club
(AGORIA) et l’organisation de missions de prospection (Maroc, Pologne,
France, Danemark, Norvège, …).
• Participation à des projets wallons & européens
8

TWEED Asbl
Rue Natalis 2 – 4020 Liège – Belgium
www.clustertweed.be
Cédric Brüll
Directeur
cbrull@clustertweed.be
Olivier Ulrici
Ingénieur projets
oulrici@clustertweed.be
Paul Bricout
Ingénieur projets
pbricout@clustertweed.be
Laurent Minguet
Président
laurent@minguet.be
www.clustertweed.be

FEREST ING 2
Inventorier, repérer et caractériser les énergies
fatales de la Région Nord Pas de Calais dans le
but de les récupérer et de les réutiliser de
manière cohérente.

FEREST ING 3
○ Énergies fatales issues des utilités :
énergie perdue sur les compresseurs d’air comprimé,
les compresseurs de froid industriel et les pompes à
vide (échauffement du fluide + échauffement de
l’huile de lubrification)
énergie perdue sur les fumées de combustion sur
tous types de brûleurs (chaudière eau, chaudière
vapeur)
énergie perdue sur l’air extrait au niveau des
ventilations de locaux sans double flux
énergie non valorisée sur les installations issues de
cogénérations

FEREST ING 4
○ Énergies fatales issues des process :
énergie de process (réacteurs, fours, autoclaves,
stérilisateurs, etc…) évacuée sur tours
aéroréfrigérantes, sur aéroréfrigérérants secs, sur
cours d’eau ou en mer
pertes de vapeur par fuite sur réseau fermé ou non
retour des condensats
énergie de rayonnement de produits en
refroidissement libre (forge, fonderie)
énergie issue de fours ou process exothermiques
divers extraite directement

FEREST ING 5
○ Énergies fatales issues des déchets :
biogaz actuellement brûlé en torchère
UIOM

FEREST ING 6
concerne la plupart
des entreprises
Énergies fatales
CALCUL THEORIQUE - Ratios
ne concerne que les
entreprises
« motivées »
Énergies fatales
ANALYSE DES DONNEES PRECISES
aide à la réalisation des ratios

○ Envoi questionnaires papiers : 170
○ Envoi questionnaire + contacts téléphoniques : 250
○ Visites sites industriels + chiffrage : 8
○ Retour questionnaires : 46
○ Taux de retour : 19 %
FEREST ING 7

FEREST ING 8
○ 170 ENTREPRISES GENERENT A ELLES SEULES:
○ ENERGIE FATALE TOTALE REGIONALE
(857 entreprises):

FEREST ING 9
ENERGIE FATALE
>90°C
ENERGIE FATALE
60°C<T<90°C
ENERGIE FATALE
T<60°C TOTAL
Fumées entre 150
et 1500 °C
Eau chaude Eau chaude
2 378 GWh 4 GWh 32 643 GWh 35 026 GWh
205 ktep 0,3 ktep 2 807 ktep 3 013 ktep
6,8% 0,01% 93,2% 100,0%

FEREST ING 10
CATEGORIE ENERGIE PERDUE EN GWh
Agro-alimentaire 611
Automobile 138
Chimie 3 067
Cimenterie 36
Imprimerie 9
Magasin 1
Papier carton 81
Plastique 28
Santé 5
Textile 9
UIOM 1 590
Verre 132
Métallurgie sidérurgie 5 781
Production d'énergie 23 500
Autre 37
Total général 35 026
Total général en ktep 3 013

FEREST ING 11
BASSIN ENERGIE PERDUE EN GWh EQUIVALENT LOGEMENTS
ARRAS 107 4 693
BETHUNE 313 13 919
BOULOGNE SUR MER 8 336
CALAIS 119 5 293
CAMBRAI 70 3 090
DOUAI 54 2 377
DUNKERQUE 6 342 281 613
GRAVELINES 21 780 967 035
LENS 452 20 078
LILLE R T 134 5 932
MAUBEUGE 2 256 100 181
SAINT OMER 171 7 611
VALENCIENNES 1 339 59 433
Autres 1 882 83 574
TOTAL 35 026 1 555 137

Récupération sur les utilités :
○ chauffage d’ateliers ou de bureaux
○ production d’eau chaude sanitaire
○ réchauffage de bâche alimentaire en entrée de chaudières
eau chaude et vapeur
○ préchauffage d’air comburant en entrée de brûleurs de
chaudières
○ double flux
○ station de méthanisation et production d’énergies (électrique
et thermique)
FEREST ING 12

Récupération sur les process :
○ production d’eau chaude process
○ production d’eau pour le nettoyage en place (NEP)
○ maintien de bains et cuves de process à température
○ séchage de produits
○ préchauffage d’air de fours ou de tunnels
FEREST ING 13

Recensement géographique et quantification des
besoins des consommateurs potentiels :
○ Hôpitaux
○ Réseaux de chaleur
○ ZAC et ZI existantes et futures
○ Industries
Sources : DREAL, AMORCE, Opérateurs énergétiques et
références en interne
FEREST ING 14

Quelques exemples réalisés ou en cours :
○ AQUANORD
○ DK6
○ Réseau de Chaleur CUD
○ TERMINAL METHANIER
○ ARCELOR/CC Desvres Samer (Réseau de chaleur)
○ UIOM Maubeuge, Halluin …
○ RIO TINTO
FEREST ING 15

○ Consommation énergétique régionale en 2009
( source AXENNE, SRCAE) :
Dont part industries (49 %) :
FEREST ING 16

Objectif régional de 12% d’Energie Renouvelable en 2020 :
Réalisé régional en 2008 :
FEREST ING 17

Gisement quantifié d’énergie fatale totale:
FEREST ING 18

FEREST ING 19
Dont chaleur fatale à haute température (la plus
intéressante) :

○ Un gisement d’énergie fatale considérable,
géographiquement concentré sur quelques zones, et
techniquement récupérable
○ Certains industriels sont très intéressés par cette démarche
d’écologie industrielle, et prêts à pousser plus loin les études
○ La question des investissements reste prédominante. Le
recours à des exploitants privés du secteur de l’énergie pour
porter les investissements peut être dans certains cas une
solution.
FEREST ING 21

○ Création d’un fonds de garantie national pour palier les
aléas d’activité industrielle
○ Renforcement des liens entre public et privé pour
pérennisation du secteur industriel local
○ Une opportunité d’amélioration de la rentabilité des sites
industriels
○ Une opportunité d’amélioration du bilan
environnemental des industriels ( traitement des fumées,
quotas CO2)
FEREST ING 22

23
FEREST ING.
20, rue de la Halle
59000 LILLE
Tél: 03 20 13 13 32
Fax: 03 20 13 19 82
contact@ferest-ing.fr
www.ferest-ing.fr

Directive efficacité énergétique 2012/27 –
Art 14

ICEDD - PwC
Objectifs de la mission
JAN 2012 – JAN 2013
L’article 14 (§ 1er) impose aux Etats membres, pour le 31 décembre 2015, de
réaliser « une évaluation complète du potentiel pour l’application de la
cogénération à haut rendement et de réseaux efficaces de chaleur et
de froid »
Transposer l’article 14 de la Directive 2012/27/UE,
Slide 2
Waste Heat to Energy – 14 mars 2017

ICEDD - PwC
Présentation de l’approche
Slide 3
Tâche 1 – Besoins et offres en chaleur
Tâche 2 – Besoins et offres en froid
Tâche 3 – Potentiel technique
Tâche 4 – Analyse coûts-avantages territoriale
Tâche 5 – Potentiel économique
Tâche 6 – Stratégie de développement des potentiels économiques
• Déterminer le potentiel technique
• de la cogénération de qualité;
• des énergies fatales;
• des réseaux efficaces de chaleur et de froid.
• Déterminer les économies d’énergie primaire;
• Déterminer les évolutions probables de ces potentiels.
• Déterminer le potentiel économique
• de la cogénération;
• des énergies fatales ;
• des réseaux de chaleur et de froid.
• Déterminer l’évolution probable de ces potentiels et de l’économie d’énergie primaire aux
horizons 2020, 2030 et 2050.

ICEDD - PwC
Potentiel des énergies fatales à haute température
Slide 4
ORC et la récupération de chaleur fatale
pour la production d’électricité
Sources : Bilan énergétique wallon 2012
et cahiers techniques sectoriels
http://energie.wallonie.be/fr/cahier-technique-recuperation-de-
chaleur-fatale-pour-la-production-d-electricite-dans-l-industrie-et-
applications-en-ene.html?IDC=8049&IDD=115266

ICEDD - PwC Slide 5
• Technologie utilisée : ORC (Organic Rankine Cycle)
• Permet de générer de l’électricité à partir de source de chaleur à basse et moyenne
température
Estimation du potentiel technique
:
en GWh PCI PART
Chaleur
récupéréeBranche industrie
Consommation
de combustible
Offre chaleur
fatale
Sidérurgie 3 704,2 246,0 6,6%
Non Ferreux 128,5 0,0 0,0%
Chimie 5 634,3 828,5 14,7%
Mineraux Non Metalliques 12 555,9 1 245,7 9,9%
Alimentation 3 554,2 7,8 0,2%
Textile 129,6 0,0 0,0%
Papier 3 056,8 0,0 0,0%
Fabrications Métalliques 928,7 3,1 0,3%
Autres Industries 1 212,1 0,0 0,0%
TOTAL INDUSTRIE 30 904,2 2 331,2 7,5%

ICEDD - PwC
Slide 6
• Point de départ: le potentiel technique des énergies fatales à haute
température: plusieurs scénarios possibles
Evolution probable du potentiel
:
Horizon: 2030
Scénario « statu quo » utilisé pour le potentiel économique car approche bottom-up
en GWh
Scénario
(-30%)
Scénario
2000-2012
Scénario
2010-2012
Scénario
1990-2012
Scénario
statu quo
Scénario
(+30%)
SIDERURGIE 172,2 0,0 0,0 0,0 246,0 319,8
NON FERREUX 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
CHIMIE 580,0 602,9 735,3 1000,0 828,5 1077,1
MINERAUX NON METALLIQUES 872,0 883,0 1051,7 1150,9 1245,7 1619,4
ALIMENTATION 5,5 10,1 2,2 9,0 7,8 10,2
TEXTILE 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
PAPIER 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
FABRICATIONS METALLIQUES 2,2 2,0 0,3 2,0 3,1 4,1
AUTRES INDUSTRIES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
TOTAL INDUSTRIE 1631,9 1498,1 1789,5 2161,9 2331,2 3030,6
Evolution p.r. au statu quo 70% 64% 77% 93% 100% 130%

ICEDD - PwC
Slide 7
• Caractéristiques économiques des ORC:
Les coûts d’investissement des ORC pour la récupération de chaleur fatale sont
particulièrement variables et dépendent fortement des applications concernées.
La qualité et la quantité de l’énergie disponible vont déterminer en grande partie la
taille et donc le coût des échangeurs de récupération.
Les coûts spécifiques varient de 1000 €/kW pour les installations de plusieurs
mégawatts, à 3000 €/kW pour celles de quelques centaines de kW.
A cela s’ajoute les coûts d’installation qui représentent à priori 50 % du coût de l’ORC
(valeur issue de la bibliographie).
Au final, le coût spécifique d’un ORC se situe donc dans une fourchette de 1500 €/kW à
4500 €/kW.
Attention toutefois que, en pratique, les coûts d’installation peuvent être nettement
plus importants car fortement dépendant du site au niveau du génie civil, des
connexions hydrauliques et électriques etc… »
Estimation du potentiel économique

ICEDD - PwC
:
Approche bottom-up:
Potentiel technique énergie haute température = 2 331 GWh
Pot. économique à 2 ans est nul (0%)
Hypothèses: TRS < 2 ans, CV= 0€, sans subside
Slide 8
2331 GWh
765 GWh
1870 GWh

ICEDD - PwC
Potentiel des énergies fatales à basse température
Le point de départ a été l’étude: EDF R&D, The Low Temperature Heat Recovery in
Industry: Which Potential and How to Access It?, 2011
Cette étude analyse le potentiel technico-économique de la récupération de chaleur
(haute et basse température 60° - 200°) dans l’industrie française.
Nous avons focalisé notre attention sur le potentiel technique à basse température (càd <
100°) pour lequel des applications chaleur-chaleur (PAC) peuvent être envisagées.
Hypothèses: mêmes demandes de chaleur, potentiels, applications, etc, en France et en Wallonie
Slide 9
Méthodologie (application chaleur-chaleur)
:
60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C 100-119°C 120-139°C
Chimie organique 0,19% 0,07% 0,13% 0,07% 0,26% 0,13%
Agro-alimentaire 0,81% 1,54% 0,68% 0,98% 1,18% 0,85%
Sidérurgie 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00%
Matériaux non-métalliques 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00%
papier-carton 0,08% 0,00% 0,27% 0,24% 0,37% 0,16%
Autres 0,44% 0,24% 0,40% 0,16% 0,20% 0,04%
Potentiel récupération de chaleur fatale simplifié en France : proportion des consommations industrielles

ICEDD - PwC
Le potentiel des énergies fatales à basse température
Slide 10
Estimation du potentiel technique
:
60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C Total <100°C
Chimie-organique 20,0 8,0 14,0 8,0 50,0
Agro-alimentaire 38,0 72,1 31,7 45,9 187,7
Sidérurgie 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Matériaux non-métalliques 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
papier-carton 3,0 0,0 10,1 9,1 22,1
Autres 17,4 5,7 9,6 3,8 36,5
Total du potentiel en chaleur à basse t° 296,4
GWh,2012
GWhGWh

ICEDD - PwC
Un potentiel économique a été calculé comme la somme des installations qui pourraient
être réalisées compte tenu des coûts d’investissement, des coûts opérationnels et des
gains d’énergie. Seules les installations avec un TRS < 2 ans ont été retenues.
Pour le calcul du potentiel technique et économique wallon, nous avons calculé des ratios
potentiel technique et économique sur base des consommations de combustible du
secteur français. Ensuite, nous avons multiplié ces ratios par les consommations
correspondantes du secteur wallon.
Hypothèses:
- Mêmes demandes de chaleur, potentiels, applications, etc, en France et en Wallonie
- Mêmes coûts d’investissements en France et en Wallonie
- Nous avons corrigé les résultats pour tenir compte du différentiel de prix du gaz et de l’électricité en France et en
Belgique (nous avons utilisé les données Eurostat belge)
Nous ne connaissons pas dans les détails ni la répartition du potentiel technique par
activité industrielle ni les différentes applications dans chaque secteur. Le calcul du
potentiel économique se fera donc par un approche top-down via littérature:
➢ DECC, The potential for recovering and using surplus heat from industry, 2014
➢ EDF R&D, The Low Temperature Heat Recovery in Industry: Which Potential and How to Access It?, 2011
➢ IEA Heat Pump Programme, Annex 35: Application of Industrial Heat Pumps, 2014
Slide 11
:

ICEDD - PwC
Slide 12
:
60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C GWh/an
Chimie organique 13,00 2,00 8,00 1,00 24,00
Agro-alimentaire 8,71 24,56 11,88 14,26 56,44
Sidérurgie 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Matériaux non-métalliques 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
papier-carton 2,01 0,00 4,03 7,04 7,19
Autres 0,00 0,00 3,66 1,83 5,49
93,12
Potentiel de récupération en Wallonie proportion du total des consommations industrielles 0,2%
60-69°C 70-79°C 80-89°C 90-99°C total
Chimie organique 65% 25% 57% 13% 48%
Agro-alimentaire 22% 32% 36% 29% 30%
Sidérurgie - - - - -
Matériaux non-métalliques - - - - -
papier-carton 37% 0% 22% 43% 33%
Autres 0% 0% 38% 48% 15%
Total 31%
% du potentiel technique
Potentiel économique GWh/an

ICEDD - PwC
Potentiel économique de la chaleur fatale
:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
GWh/an
Pot. technique total
90-99°C
80-89°C
70-79°C
60-69°C
Approche top-down:
Potentiel technique énergie basse température = 296 GWh
Pot. économique = 93 GWh (31%)
Hypothèses: TRS < 2 ans, CV= 0€, sans subside
Slide 13

ICEDD - PwC Slide 14
Potentiel technico économique de la chaleur fatale
en Wallonie, 2012
Synthèse
:
Branche industrie
Conso totale
(hors non
énergétique)
Conso totale
combustible
Offre chaleur
fatale
(t°>100°C)
Offre
chaleur
fatale
(t°<100°C)
Offre
chaleur
fatale totale
en
%/comb
Potentiel
Economique
En %
comb
[GWh] [GWh] [GWh] [GWh] [GWh] % [GWh] %
Siderurgie 6 250 3 704 246 0 246 6,6% 0 0,00%
Non Ferreux 201 129 0 0 0 0,0% 0,00%
Chimie 8 629 5 634 829 50 879 15,6% 24 0,43%
Mineraux Non Metalliques 14 461 12 556 1 246 0 1 246 9,9% 0 0,00%
Alimentation 4 700 3 554 8 188 196 5,5% 56 1,59%
Textile 279 130 0 0 0 0,0% 0,00%
Papier 3 785 3 057 0 22 22 0,7% 7 0,24%
Fabrications Metalliques 1 531 929 3 0 3 0,3% 0,00%
Autres Industries 1 795 1 212 0 36 36 3,0% 5 0,45%
TOTAL INDUSTRIE 41 630 30 904 2 331 296 2 628 8,5% 93 0,30%

Merci de votre attention
Pascal Simus
Equipe Bilan énergétique
Project manager
+32 (0)81 25 04 80
Pascal,simus@icedd,be

ETUDE POUR LA CRÉATION D’UN FONDS DE GARANTIE CONTRE LE
RISQUE INDUSTRIEL DANS LES PROJETS DE VALORISATION DE CHALEUR
FATALE
1

Contexte de l’étude
Enjeux et objectifs de l’étude
Méthodologie
Synthèse des entretiens avec les industriels
Synthèse des entretiens avec les institutions financières
Benchmarking international
Benchmarking France sur des fonds analogues
Extrapolation à la région Hauts de France et au territoire national
Principes généraux de fonctionnement du fonds
Business model du fonds
Structuration financière du fonds
Structuration juridique du fonds
Conclusion
2

Le Pôle d’Excellence Régional Energie 2020 a proposé en 2015 à l’ADEME Nord-Pas-de -
Calais de lancer une étude de faisabilité sur la création d’un fonds assurantiel pour couvrir le
risque de défaut d’un industriel dans des projets de valorisation de la chaleur fatale.
Nombre de projets sur différentes plaques industrielles de la région n’aboutissent pas en
raison de la difficulté pour les opérateurs-investisseurs à obtenir la garantie de la maison-
mère de l’un ou l’autre industriel concerné. La question est portée depuis plusieurs années
par les industriels et les opérateurs de services énergétiques.
L’ADEME Nord Pas de Calais a accepté de financer cette étude conjointement avec la Région
Nord Pas de Calais dans le cadre du FRAME et l’a intégré dans le programme de travail du
Protocole de Partenariat « Démonstrateur récupération et valorisation de la chaleur fatale
industrielle » signé en novembre 2015 entre MM. B Lechevin, président de l’ADEME et M P
Vergriete, Président de la Communauté Urbaine de Dunkerque.
Le Pôle d’Excellence Régional Energie 2020 a missionné après appel d’offres la société
FEREST ING. pour mener l’étude. Celui-ci a créé un consortium constitué de FINANCE
CONSULT, TECHNOPOLIS, LUCITECH et du cabinet juridique CORNET VINCENT SEGUREL.
L’étude a fait l’objet d’une communication finale le 5 janvier 2017 à l’ADEME Hauts de
France à Douai.
3

Enjeux
Gisement d’énergie fatale récupérable très
significatif sur le territoire français 51 TWh (T° > 100 °C),
Interfaçage possible avec les réseaux de chaleur,
Incitation à monter des projets de récupération
d’énergie fatale d’origine industrielle pour contribuer
à la réalisation des objectifs des Schémas Régionaux
Climat Air Energie (SRCAE),
Outil complémentaire au Fonds Chaleur de l’ADEME
et aux autres financements possibles.
Objectif principal
Venir en dernier recours derrière les autres solutions
existantes : commerciales, contractuelles, et
d’assurance pour ne couvrir que le risque résiduel du
défaut d’un industriel.
4

5
Récupération de chaleur fatale d’un industriel vers un ou plusieurs
autres industriels :
C’est ici l’investisseur-opérateur qui cherche à se prémunir de la défection
d’un client industriel ou d’un fournisseur industriel (livraison ou collecte de
chaleur).
Récupération de chaleur fatale pour un réseau de chaleur :
C’est ici le réseau de chaleur qui est intéressé par une garantie du risque
industriel qu’il prend avec son fournisseur.
Récupération de chaleur fatale sur un site industriel pour le bénéfice
propre de l’industriel :
C’est ici l’opérateur-investisseur qui souhaite se prémunir du risque de
défection de son client industriel chez qui il réalise l’investissement.
Défection d’un client sur un réseau de chaleur se fournissant en
partie en énergies fatales :
C’est là encore l’opérateur du réseau qui cherche à couvrir le risque de
défaillance d’un de ses clients industriels.
Flux d’énergie
Acteurs: industrie , réseau de chaleur , autre

6
L’étude cherche à
Caractériser la notion de risque industriel : investissements, rentabilité du projet, fiabilité des acteurs
dans le temps,…,
Tirer les avantages d’un périmètre géographique national (mutualisation des risques, montée en régime
rapide du fonds),
Définir les montants à garantir, la durée de couverture, les modalités de déclenchement de la garantie,
Définir les règles de structuration et de gestion du fonds.
Pour ce faire
Sélection de 14 projets types en Région Hauts de France en tenant compte de la diversité des projets
(privé/public, industrie/collectivités territoriales, réseau de chaleur, UIOM, etc.), selon 4 typologies
étudiées de récupération de chaleur fatale,
Étude de risque,
Entretiens individuels,
Estimation des montants à couvrir,
Extrapolation à la maille nationale.
Simulation des mécanismes de couverture possible et ingénierie financière et juridique

7
Analyse de risques
Les risques sont globalement répartis entre les acteurs parties prenantes d’un projet de valorisation de
chaleur fatale, avec un niveau supérieur pour les opérateurs réseau,
Le risque principal à couvrir est la variation temporaire ou permanente, partielle ou totale, de l’énergie
disponible chez le(s) producteur(s) ou de la demande chez le(s) consommateur(s),
La durée du contrat, associée à la fluctuation tarifaire d’autres énergies en concurrence avec la chaleur
fatale, est également un risque important,
Peu de risques portent sur les aspects techniques : les technologies utilisées pour la captation et la
valorisation de la chaleur fatale sont jugées fiables et ayant fait leurs preuves,
Dans certains cas, les projets ont échoué pour des risques administratifs ou fiscaux (ex. : quotas de CO2).
Couverture usuelle des risques
En raison de la faible visibilité sur leurs marchés, les industriels établissent généralement des contrats
d’approvisionnement d’une durée inférieure au temps de remboursement des investissements.

8
Entretiens avec des investisseurs privés et publics, type BPI, BEI, CDC et CGI.
Ceux-ci ont manifesté un intérêt sur les points suivants
Effet levier sur les fonds publics par le fonds plus important que lors d’un financement direct,
Diversification du mode d’intervention de ces acteurs qui se limitent aujourd’hui à des financements
directs ou des prises de participation (sociétés de projet),
Possibilité d’intervenir à des conditions semblables aux conditions de marché et d’être considérés
comme des investisseurs privés.
Ceux-ci ont formulé les conditions suivantes
Une part majoritaire d’investisseurs privés est souhaitée au tour de table et ainsi faciliter les
interventions en avances remboursables,
Pour certains investisseurs, une des conditions préalables d’intervention est le fait que l’outil ne soit
pas considéré comme une aide d’Etat,
Nécessité de fournir aux investisseurs publics une meilleure vision de la structure opérationnelle du
futur Fonds : structure opérationnelle à définir plus précisément.

9
Il n’existe pas de fonds portant spécifiquement sur les projets de valorisation de la chaleur
fatale.
Les fonds intervenant dans le domaine des énergies renouvelables et de l’efficacité
énergétique le font majoritairement dans les pays en développement, avec souvent le
concours de bailleurs internationaux.
On les trouve aux Etats Unis, Inde, Chine, Brésil, Thaïlande, Bulgarie, Moldavie, Lituanie.
Ils présentent les caractéristiques suivantes
Durée de vie variable,
Existence d’un plafond de montant garanti,
Couverture partielle du risque par le fonds de garantie,
Coût du dispositif supporté partiellement ou totalement par le bénéficiaire,
Certains fonds couvrent uniquement le tiers-financeur,
Mise en place de frais de candidature pour réduire le nombre de « mauvais » projets, qui ont de forts
risques d’échouer.

10
Comparatif réalisé par rapport à des Fonds de Garantie existants
FINORPA,
GEODEEP,
AQUAPAC,
Fonds Géothermique pour la Chaleur (terminé depuis 2015 – 20 ans d’activité).
Eléments essentiels à retenir de ces Fonds
Homogénéité des sinistralités : autour de 10%,
Prime d’adhésion au moment de la signature du contrat de couverture,
La garantie porte sur le montant non amorti des investissements, les recettes annexes ou le TRI,
Participation publique pour soutenir les fonds de garantie,
Mécanisme de royalties pour améliorer les conditions commerciales et sécuriser la structure
financière des fonds.

11
Les 14 échantillons analysés ont été extrapolés à la maille de la Région Hauts-de-France et
au territoire français à partir de différentes études régionales de gisements de chaleur fatale
réalisées par l’ADEME et d’un certain nombre de coefficients correcteurs.
Volume estimé des gisements mobilisables par le Fonds de Garantie :

12
Montant de projets réalisés bien supérieur aux montants injectés par le fonds
Par exemple, le fonds Géothermie de Chaleur géré par la SAF-Environnement observe sur ses
opérations un effet de levier de l’ordre de x25, c’est-à-dire que pour 1 € injecté dans le fonds, 25 €
d’investissements sont déployés sur des projets de géothermie.

13
Seront éligibles à la souscription au Fonds de Garantie
Industriel(s) producteur(s), Industriel(s) consommateur(s),
Opérateur énergétique,
Collectivité locale,
Gestionnaire de CVE,
Tiers investisseurs.
La garantie proposée par le fonds n’interviendra
qu'après épuisement de toutes les assurances en vigueur existantes souscrites par l'assuré ou dont il
bénéficie,
et de tous les recours possibles liés aux clauses contractuelles liant les différents acteurs du projet de
récupération d’énergie fatale.

14
Couverture et sinistralité des risques : Deux scénarii de couvertures possibles
Scénario 1 : Remboursement des montants non amortis des investissements,
L’hypothèse de couverture du montant non amorti des investissements est de 50%.
Scénario 2 : Remboursement des montants non amortis des investissements ainsi que des pertes
d’exploitation (défaillance partielle).
Le montant couvert supplémentaire correspond à 10% du chiffre d’affaire annuel
Le scénario 1 est à privilégier car
La prise de risque supplémentaire pèse dans le montage car les limites acceptables en termes de
primes et royalties sont atteintes
L’effet de levier est diminué, c’est-à-dire qu’à périmètre égal de projets d’énergie fatale, il faut des
injections de capital plus importantes au sein du fonds de garantie
Le couple risque/retour associé à ce produit de garantie n’est pas suffisamment attractif pour
apporter une valeur économique additionnelle (ou même neutre) au fonds de garantie.
L’analyse des risques n’a pas mise en évidence le caractère « facteur déclencheur » de cette
couverture.

15
Sinistralité attendue
La sinistralité moyenne attendue, toutes typologies de projet confondues, est de 10%.
Primes d’adhésion envisagées
Garantie sur montant non amorti : 5% maximum du montant couvert quelle que soit la typologie de
projets,
Garantie sur perte d’exploitation : 5% maximum du montant couvert quelle que soit la typologie de
projets.
Royalties envisagées pour les projets qui n’ont pas subi de sinistralité
5% de la chaleur vendue pour une couverture de garantie uniquement sur les montants investis,
7% de la chaleur vendue si la couverture proposée est étendue à une garantie sur perte d’exploitation.

16
Deux phases opérationnelles du
Fonds de Garantie
Une phase initiale risquée avec un
Fonds de Garantie en période
d’amorçage et des flux de trésorerie
instables (en fonction des sinistres
avérés),
Une seconde phase moins risquée
où les royalties perçues permettent
de stabiliser les flux de trésorerie
rentrants et ce, même après
couverture des sinistres, avec par
voie de conséquence une visibilité
accrue sur la rémunération des fonds
propres.

17
Montée en charge du fonds
Hypothèse retenue :sur un horizon de 10 ans : la moitié du potentiel des projets progressivement
couverte par le Fonds de Garantie, soit un investissement cumulé de 400 M€.
Cette hypothèse se place dans la perspective d’une cotisation au Fonds de Garantie rendue obligatoire à
tout projet subventionné par l’ADEME (notamment via le Fonds Chaleur).

18
5,40%
1,02
10,85
000 k€
900 k€
600 k€
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1-janv.-18
1-nov.-18
1-sept.-19
1-juil.-20
1-mai-21
1-mars-22
1-janv.-23
1-nov.-23
1-sept.-24
1-juil.-25
1-mai-26
1-mars-27
1-janv.-28
1-nov.-28
1-sept.-29
1-juil.-30
1-mai-31
1-mars-32
1-janv.-33
1-nov.-33
1-sept.-34
1-juil.-35
1-mai-36
1-mars-37
évolution du ratio prudentiel
120 000 k€
140 000 k€
160 000 k€
Stocks en risque et trésoreriedisponible
Trésorerie disponible
Stock en risque
Ratio prudentiel
Un niveau prudentiel de capitalisation du fonds consisterait à constituer un volume de trésorerie tel
qu’il pourrait couvrir un pourcentage raisonnable de ce risque maximal
Il a été choisi d’adopter une approche de gestion du risque conservatrice avec un ratio prudentiel de
25%, soit de l’ordre de 2,5x le taux de sinistralité attendu (10%).
Résultats du cas « couverture des montants non amortis » (cas de base)
nitiale de fonds - facteurs de solvabilité
atio de couverture fond/risque maximal 25%
TRI actionnaire 12,2% Ratio prudentiel minimum 25,40%
Indicateur ratio actuel / ratio cible 1,02
Distrib. de div.? NON Levier sur la filière 10,85
obal 100% 38 000 k€
cial 5% 1 900 k€
ns 20% 7 600 k€
r des apports
01/01/2018 10% 760 k€
01/01/2019 10% 760 k€
01/01/2020 20% 1 520 k€
01/01/2022 60% 4 560 k€
emboursables 25% 9 500 k€
r des apports calendrier des remb.
01/01/2018 0% k€ 01/01/2028 20%
01/01/2019 10% 950 k€ 01/01/2029 20%
01/01/2020 30% 2 850 k€ 01/01/2030 20%
01/01/2022 60% 5 700 k€ 01/01/2031 40%
tial FP privés 50% 19 000 k€
r des apports calendrier des remb.
01/01/2018 10% 1 900 k€ 01/01/2026 100%
01/01/2019 10% 1 900 k€
01/01/2020 40% 7 600 k€ Taux 8,00% dette bancaire 19 000 k€
01/01/2022 40% 7 600 k€ calendrier des apports maturité
01/01/2026 100% 01/01/2032
Taux 5,00%
durée 6,00
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1-janv.-18
1-nov.-18
1-sept.-19
1-juil.-20
1-mai-21
1-mars-22
1-janv.-23
1-nov.-23
1-sept.-24
1-juil.-25
1-mai-26
1-mars-27
1-janv.-28
1-nov.-28
1-sept.-29
1-juil.-30
1-mai-31
1-mars-32
1-janv.-33
1-nov.-33
1-sept.-34
1-juil.-35
1-mai-36
1-mars-37
évolution du ratio prudentiel
0 k€
20 000 k€
40 000 k€
60 000 k€
80 000 k€
100 000 k€
120 000 k€
140 000 k€
160 000 k€
1-janv.-18
1-déc.-18
1-nov.-19
1-oct.-20
1-sept.-21
1-août-22
1-juil.-23
1-juin-24
1-mai-25
1-avr.-26
1-mars-27
1-févr.-28
1-janv.-29
1-déc.-29
1-nov.-30
1-oct.-31
1-sept.-32
1-août-33
1-juil.-34
1-juin-35
1-mai-36
1-avr.-37
Stocks en risque et trésoreriedisponible
Trésorerie disponible
Stock en risque

19
Apport en capital
Le cas de base prévoit un montage financier axé sur un apport de fonds propres privés de 55% et de
fonds publics à hauteur de 45% des besoins sous forme de subventions et d’avances remboursables
Les apports publics (hormis les subventions) sont remboursés aux financeurs publics plusieurs
années après, avec la possibilité d’une rémunération inférieure au marché (considérée nulle dans
l’analyse)
Les apports privés sont rémunérés au TRI actionnaire de 12% en adéquation avec les attentes du
marché, et ne sont donc pas pari passu avec les apports publics (problématique d’aide d’Etat).
Trésorerie du fonds
Un apport total de 38 M€ est nécessaire dans le cas d’une garantie uniquement des montants non
amortis (Scénario 1),
Un apport total de 43 M€ est nécessaire dans le cas d’une garantie des montants non amortis
complétée par la garantie perte d’exploitation (Scénario 2).
Pour mémoire, le Scénario 1 est privilégié, la prise de risque supplémentaire prévu au scénario 2
pesant dans le montage

21
Intérêt : échapper à la problématique d’aide d’Etat : 2 cas
Structure financière sans subvention ni avance remboursable, 100% fonds propres
Les apports publics sont constitués de 100% de fonds propres provenant aussi bien d’apports publics
que privés et seront rémunérés pari passu à un taux commun : le TRI actionnaire,
l’effet de levier financier produit par les subventions et avances remboursables disparait et le TRI
tombe à 6,5% contre 12% précédemment, jugé trop peu attractif pour des investisseurs privés
Structure financière sans subvention ni avance remboursable, 50% fonds propres
privés et 50% dettes publiques rémunérées au taux du marché
La rémunération de la dette apportée par les prêteurs publics étant fixée au taux du marché (taux
qu’appliquerait un prêteur privé), la qualification d’aide d’Etat peut être exclue.
L’effet de levier financier introduit permet d’élever le TRI actionnaire à 8% bien que Les investisseurs
auront une appétence réduite (ou exigeront un TRI plus élevé en contrepartie) concernant le risque
associé à cet effet de levier financier

22
Montée en charge de l’activité plus faible
Hypothèses de montée en charge : bâties de manière prudente. Seulement 50% du potentiel des
projets est atteint par le fonds de garantie à horizon 10 ans,
Un scénario dégradé de -20% sur le nombre de projets concernés sur un horizon 10 ans entraîne un
effet de levier moindre : x 8,64 au lieu de x 10,85 et un TRI moins attractif de 11% au lieu de 12%,
Cette faible variation du TRI (baisse du volume de projets de -20%) témoigne de la résistance du
montage.
Baisse des estimations d’adhésion
Le Fonds de Garantie Base se place dans la perspective d’une cotisation rendue obligatoire à tous
projets subventionnés par l’ADEME, notamment via le Fonds Chaleur,
Si cette hypothèse impossible : baisse significative du nombre de cotisants estimée à 40% du volume
de projets par rapport au scénario de base,
Un effet de levier moindre : x 6,75 au lieu de x 10,85,
Et un TRI moins attractif de 10% au lieu de 12% initialement prévu,
Le profil de rentabilité s’en trouverait érodé mais reste globalement résistant.

23
Augmentation de la sinistralité et conséquences sur le TRI
Pas de base de données des défaillances historiques de projets de valorisation d’énergie fatale :
probabilité des sinistralités établies sur la base d’une approche de benchmark + notre expertise
technique,
Sinistralité moyenne prise en compte : 10%, soit 1 projet sur 10 faisant défaillance,
En augmentant les probabilités de sinistralité pour arriver à une sinistralité moyenne de 20%, le
montage voit alors son efficacité et sa rentabilité baisser, ce qui se manifeste respectivement par :
Une capitalisation plus importante (nécessaire pour faire face à ce risque accru) à hauteur de 41
M€ (soit +8%),
Et un TRI moins attractif de 10% au lieu de 12% initialement prévu.

24
Le modèle retenu est le suivant

25
Participation d'acteurs publics
L'abondement des collectivités territoriales devra se faire dans le respect des règles de participations
des collectivités à des sociétés commerciales,
Sachant que les collectivités ne peuvent être contraintes par les organes de la société porteuse du
fonds de faire de nouveaux apports en cas de difficulté financière,
Le financement FEDER nécessite un fléchage des sommes allouées et apporte une grande complexité
dans la gestion du fonds de garantie.
Forme sociale
La société par actions simplifiée apparaît la forme sociale la plus adaptée et la plu souple pour porter
le fonds.

26
Qualification juridique du fonds au regard du droit des assurances
Une opération d’assurances se définit par quatre critères fondamentaux : la couverture d’un risque,
le versement d’une prime, la réalisation d’un sinistre, la mutualisation du risque.
Au cas présent, le risque de qualification du Fonds de garantie en société d’assurances est donc
important,
la sécurité juridique impose que le projet de création du Fonds soit soumis pour avis préalable à
l’ACPR.
Respect de la règlementation des aides d'État
La structuration public-privé 50/50 en pari passu permet d'échapper à la qualification des prises de
participation publiques au fonds comme aides d'État.

27
Le gisement national de chaleur fatale pouvant être valorisé en France a été estimé à 14,9 TWh pour
un investissement de l’ordre de 784 M€.HT; cela représente environ 8 000 emplois créés ou
maintenus auxquels il convient d’ajouter les emplois liés aux opérations de maintenance et
d’exploitation des nouvelles installations,
L’effet de levier produit sur la filière par un mécanisme de fonds de garantie permet de le démarquer
par rapport à des initiatives traditionnelles axées sur des prises de participations directes aux projets
ou des subventions,
La couverture de garantie proposée devra être axée en priorité sur une couverture du montant non
amorti des investissements du cotisant,
La participation du Fonds aux résultats des projets à succès via un mécanisme de royalties est
essentielle pour assurer un montage robuste et rentable,
La masse critique de projets cotisants au Fonds de Garantie ne sera atteinte qu’à l’échelon national,

28
Le cas de base prévoit un montage financier axé sur un apport de fonds propres privés de 55% et de
fonds publics à hauteur de 45% des besoins sous forme de subventions et d’avances remboursables
proposant un TRI actionnaire en adéquation avec les attentes du marché (12%) mais présentant par
ailleurs un risque de qualification d’aides d’Etat
Un montage alternatif autour d’apports publics et privés en fonds propres rémunérés pari passu
éviterait la qualification d’aide d’Etat mais proposerait une rentabilité relativement faible (TRI de
l’ordre de 6,5%), avec pour conséquence un univers d’investisseurs privés intéressés à une
participation au fonds très restreint,
Un montage intermédiaire avec des apports publics sous forme de prêt avec taux d’intérêt à niveau
de marché plutôt que des subventions et avances remboursables, pourrait être envisagé. Il
permettrait un TRI de l’ordre de 8% ce qui pourrait être plus acceptable pour l’attractivité du Fonds,
bien que les investisseurs auront une appétence réduite concernant le risque associé à l’effet de
levier financier introduit
L’intérêt d’un tel Fonds de Garantie ne pourra être qu’amélioré en élargissant son fonctionnement
aux projets ENR en général, tels que par exemple la production d’électricité à partir de chaleur fatale
industrielle lorsque la valorisation thermique n’est pas envisageable (éloignement trop important de
la source de chaleur fatale par rapport à l’utilisation potentielle de cette chaleur).

29
Donneurs d’ordre
Bureau d’Etudes Techniques - Mandataire
Cabinet d’Ingénierie Financière
Cabinet d’Analyse des Risques
Cabinet d’Analyse des Risques
Cabinet Juridique

Heat Exchangers
Design & manufacturing
Faire de la chaleur fatale une ressource
Enjeux techniques et économiques
When innovation Acts for savings

Expertise sur la récupération
de chaleur sur fuméesFondée en 2003
Initialement active sur le
secteur des micro turbines à
gaz (Brayton Récupéré)
Fabrication de
sa propre technologie
d’échangeurs de chaleur

¨ Depuis 2009 : tests et développements
¤ Etudes multiples
¤ Nombreux bancs de test : clients, Ulg, …
¤ Développement de 3 produits
¨ Prendre le temps de développer :
¤ S’adapter au marché
¤ Etre attentif aux valorisations demandées
¤ Orienter le développement vers les
secteurs les plus prometteurs
Les récupérateurs GAP de ACTE
Intégrer les enjeux techniques et économiques

Transformer la
chaleur perdue
des fumées
en énergie
renouvelée

Source Transformation
Utilisation
primaire
30-60%
Echappement
Le besoin en énergie renouvelée
La majorité des petits procédés industriels sont linéaires et
conçus uniquement pour satisfaire à l’utilisation primaire.
Les sources énergétiques sont fossiles et en moyenne 30 à 60%
des consommations sont perdues à l’échappement.

Source – non
épuisable
Captation /
transformation
Utilisation
primaire
Echappement
- déperditions
Idéalement, il faudrait pouvoir remplacer leurs sources fossiles
par des sources renouvelables, et réduire les échappements à de
faibles déperditions tout au plus.
Mais cela nécessiterait de renouveler
l’intégralité du parc industriel. ..

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

Divers enjeux
économiques
¨ L’optimisation du parc existant
¨ Les économies énergétiques
¤ Financières
¤ Environnementales
¤ Sociétales

Ces
dimensions ne
sont pas
valorisées.
Manque
d’incitants
locaux?
¨ L’optimisation du parc existant
¨ Les économies énergétiques
¤ Financières
n La performance financière est le frein qui pèse sur la filière
« renouvelée » et sur la récupération de chaleur
n Les usines exigent des temps de remboursement de
l’ordre de 2-3 ans
¤ Environnementales
n Limitation des émissions de CO2
¤ Sociétales
n La diminution des consommations de combustibles
améliore directement la qualité de l’air < la santé des
personnes < les coûts sociaux (micro-particules, gaz à
effets de serre, réfugiés climatiques etc.)
Dans un
secteur
industriel
affaibli, les
dimensions
financières
pèsent sur les
décisions
industrielles.

En Wallonie, en 2017, le temps de
retour sur investissement moyen
d’une installation photovoltaïque à
échelle industrielle est la suivante:
Ø 4-6 ans avec subsides et
autoconsommation
Ø 7-8 ans sans subsides
Pourtant, le marché PV continue de
se développer.
Alors pourquoi pas aussi celui de
l’énergie renouvelée ?
Source : Simulateur financier
photovoltaïque de l’APERe
http://www.apere.org/diffuser/pv

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

Source
T°C
SOx,
HCl…
Nm³/h24/7
Mg/m³
Les fumées industrielles
Les fumées, elles, sont multiples et très diversifiées

¨ Enjeu sur la technologie récupérative:
¤ Suffisamment standard pour répondre au
temps de retour sur investissement et
enjeux d’installation/maintenance
¤ Configuration potentielle à la carte pour
pouvoir s’adapter à l’environnement
industriel

Chaleur de procédé
Air / Liquide
ORC
La valorisation idéale de la chaleur fatale
Vapeur de procédé ou énergie
Air/Gaz/vapeur -> Énergie
1000°C
650°C
350°C
120°C
2 ans 10 ansTemps de Payback
Températuredelachaleurfatale

Air | Gaz
Vapeur
[T>850°C]
¨ Production d’énergie
¤ Fluide sous pression
¤ Turbine air/vapeur
¨ Intérêts :
¤ Énergie à haut potentiel
¨ Enjeux:
¤ Fluide sous pression
¤ Hautes Températures : incompatibles avec
fluides secondaires organiques (risque de
surchauffe)
¤ Matériaux (prix)
Les formes de valorisation de la chaleur

Vapeur
¨ Procédés vapeur:
¤ Stérilisation / process
¤ Cogénération (via turbines vapeur)
¨ Intérêts:
¤ Potentiel énergétique
¤ Utilisation complémentaire
¨ Enjeux:
¤ Gestion de la pression (cogénération)
¤ Types de fluide:
n Eau déminéralisée à coût
n Eau de réseau à maintenance
[400°C;850°C]

Chaleur de
procédé
Air|Liquide
¨ Procédés simples :
¤ Chaudières
¤ Bains de rinçage/dégraissage
¨ Intérêts :
¤ Régulation hydraulique
¤ Capacité calorifique
¨ Enjeux :
¤ Optimisation profil utilisateur (application heat-
to-heat)
¤ Valeur
¤ Compatibilité fluide caloporteur avec gamme de
température de la source
[T<400°C]

Chaleur de procédé
Air / Liquide
ORC
Vapeur de procédé ou énergie
Air/Gaz/vapeur -> Énergie
La valorisation idéale de la chaleur fatale
1000°C
650°C
350°C
120°C
2 ans 10 ansTemps de Payback
Températuredelachaleurfatale
Récupérateurs
GAP de ACTE

Une technologie de captation
Dissiper la chaleur ou la récupérer?

Espacement
5mm ou plus
sur mesure
Gestion point
chaud
Collecteurs
Zoom sur le GAP 65-4-5

Une technologie de captation modulaire
GAP 30-3-2 GAP 50-3-3 GAP 65-4-5
50 kWth à 1,5 MWth
250 Nm³/h 24000 Nm³/h
50 kg
DN300
90 kg
DN500
120 kg
DN650

Des références variées pour nourrir le
progrès
Clients Industriels Partenariats R&DConcepteurs de
systèmes énergétiques

www.acte-sa.be
Pour toute question ou demande
de renseignements :
aude.bonvissuto@acte-sa.be
0032.4.247.1124

When innovation Acts for savings
‘LORSQUE DEUX FORCES
SONT JOINTES, LEUR
EFFICACITÉ EST DOUBLE’
- ISAAC NEWTON

Conversion de chaleur fatale en électricité :
TURBOSOL, une technologie innovante et
économiquement performante
Patrick BOUCHARD, Président
HEVATECH SAS

Les enjeux de la valorisation de la chaleur
fatale et le positionnement d’HEVATECH
• Un gisement de l’ordre de 50% de la consommation mondiale d’énergie (tous
domaines confondus) !!
• Cette valorisation peut être directe (captage et stockage de la chaleur) ou
indirecte (captage et conversion de la chaleur en électricité).
• Bien que disposant de compétences et d’expériences sur ces deux voies,
HEVATECH est positionnée prioritairement sur la conversion de la chaleur fatale en
électricité qui sera autoconsommée ou injectée dans le réseau

Marchés ciblés : l’incinération des déchets et de la biomasse, l’industrie et des
groupes électrogènes de puissance,
Europe + pays où le tarif de l’électricité est élevé
Avec une technologie innovante «Turbosol»
dans une gamme de puissance 25 à 100 kWe qui sera étendue à 1 MWe,
Et une température de chaleur fatale supérieure à 350 °C ( et qui sera
exploitée jusqu’à environ 180°c)
> 300 M€ déchets +
> 1 Md€ biomasse/Cogen
> 1,5 Md€ industrie > 1,2 Md€ groupes électrogènes
…auquel HEVATECH répond par une solution originale
Un marché accessible très important

HEVATECH en quelques mots
• Start-up technologique positionnée sur les
technologies, systèmes et produits
permettant de valoriser la chaleur perdue
• Création : 2010 – Statut JEI
• L’équipe : 7 personnes complémentaires et
expérimentées
• Implantation : Drôme
• Capital :
Fondateurs 72 %
Investisseurs privés 28 %
• Levée de fonds : 1,4 M€ à ce jour + nouvelle
augmentation en préparation avec un
cabinet spécialisé dans les CleanTech
(prévue courant 2017) pour financer
l’industrialisation des premiers modules
TURBOSOL et le développement
commercial
• Lauréate de l’AMI Total-ADEME
« Efficacité énergétique dans l’industrie »
• FUI MOGAS : récupération de chaleur
perdue sur l’échappement d’un moteur à
gaz (oct. 2015)
Prototype - 2015
2017: démonstrateur
TURBOSOL implanté sur
un incinérateur de boues
de STEP

La Technologie de conversion TURBOSOL
Le principe
Concept basé sur la mise en œuvre de 2 composants :
• L’accélérateur diphasique développé en lien avec le
CNRS : accélération d’un liquide par la détente
isotherme d’un fluide thermodynamique
• Utilisation d’une turbine à action « type PELTON » :
fonctionnement avec un petit diamètre de roue, à
basse pression et avec une faible vitesse de rotation
Jet diphasique à
haute vitesse
Huile cède de la chaleur à
l’eau/vapeur
L’eau/vapeur cède de la
quantité de mouvement à
l’huile

Une modélisation complexe
Thèse avec le LEMTA (Co financement ADEME):
Compréhension des phénomènes physiques,
Modélisation, optimisation et comparaison avec les cycles Carnot, Rankine, Hirn
Puissance calorifique reçue par l’huile : 86 kW
Puissance électrique nette : 9,5 kW
Rendement : 11%
Collaboration CNRS SIMAP
/Université de Cagliari:
Modélisation et optimisation de
l’injecteur (Profil, conditions en
entrée, taille des gouttes,…)

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

Un prototype représentatif

• Faibles coûts d’investissement et de maintenance
• Machine simple, robuste, non bruyante, facile à implanter et opérer (petit
diamètre, basse vitesse de rotation)
• Récupération de chaleur dans une plage 180 – 550 °C
• Fonctionnement à très faible pression (turbine à 1 bar, circuits à
10 bar)
• Sécurité, respect de l’environnement (pas de pression, pas de fluide organique)
• Flexibilité (diversité des sources de chaleurs) et modularité (plusieurs jets sur
une même turbine)
• Détente « quasi isotherme » donc au plus près du rendement théorique de
Carnot
• Possibilité de rejet thermique à 100 °C, donc mise en œuvre possible dans un
« contexte chaud » ou valorisation possible pour une production associée de
chaud ou de froid
Des avantages uniques

Une simplicité de réalisation et une robustesse…
10
…procurant un net avantage économique sur les ORC
Payback : -37% ; ROI + 59%

Préfiguration 3D de l’implantation du
module sur l’incinérateur (en vert) :
le module TS (en violet) est installé en
dérivation pour ne pas perturber le
fonctionnement de l’incinérateur
Premier démonstrateur sur site client en 2017

Echangeur Partenaire Module TURBOSOL
Des avantages uniques
PRES_SOR-PPT-17032016 12

2018-2019
Mise en place d’un atelier
d’assemblage de modules
TURBOSOL
2016 - 2018
Co développement
d’applications/démonstrateurs :
Conception et intégration de
démonstrateurs
Implantation et test sur sites partenaires
R&D et Démonstration Industrialisation
Feuille de route
PRES_SOR-PPT-17032016 13

HEVATECH est intéressée…
• Par des co-développements sur des projets concrets
• pour des applications liées à la récupération de chaleur perdue sur les marchés
ciblés
- Meilleure compréhension des cahiers des charges et des enjeux
- Évaluation grandeur nature de la technologie TURBOSOL
• Recherche de nouveaux démonstrateurs à mettre en
place en 2018-2019

Contacts
• Patrick BOUCHARD, Président
patrick.bouchard@hevatech.fr
T : +33 (0)4 58 17 17 00
• Marie KERMARREC, Chef de projet
marie.kermarrec@hevatech.fr
P : +33 (0)6 34 33 48 61
HEVATECH
Heat Valorization Technologies
145 Chemin de la Roche du Guide
RN7 Espace Corbière Sud
26780 – Malataverne – France
T : +33(0) 4 58 17 17 00
www.hevatech.fr

La récupération d'énergie fatale à l'état
gazeux
Prof. Jaouad Zemmouri
www.terraotherm.com
www.terraosave.com (bientôt)
Liège 2017

• Un gisement d’énergie mais souvent
difficile à capter
• La pollution complique souvent la
capture de cette énergie :
• L’agressivité chimique des fumées
• Présence importante d’humidité
• Problème des grands débits
• Différents niveaux de température
2

3
Les techniques classiques
• Echangeur gaz/gaz
• Dimensions augmentent rapidement avec le débits
• L’humidité réduit fortement leur efficacité (saturation par le film)
• La corrosion limite aussi leurs usages
• ROI difficile
• Les échangeurs gaz/liquide
• L’Humidité réduit fortement leur efficacité (saturation par le film)
• La corrosion limite aussi leur usage
• ROI difficile
• Les scrubbers (échange direct)
• Très efficace pour la condensation
• Participe au lavage des fumées

Lavage des fumées et récupération d’énergie
Technologies actuelles des scrubbers
4
• Le taux d’échange dépend de la
probabilité de rencontre entre
les gouttelettes et les
constituants de la fumée
• L’efficacité est limitée par la
hauteur

• Modélisationdes échangeursdirects
Origines scientifique de TERRAO®
Bubble of
air in water
Drop in
the air
• Nous avons étudié la différence
entre les échanges:
• Des gouttelettes dans l’air.
• Des bulles dans l’eau.
• Conditions :
• air à 26°C
• eau à 3°C

TERRAO® : Un échangeur direct innovant
Principe de fonctionnement
7
Entrée air
Tair = 0 to 1000 °C
Sortie air
Tair = Teau
HR=100%
Entrée eau
Teau
Sortie eau
T < Teau (Chauffage de l’air)
T>Teau (refroidissement de l’air)
Air lavé

TERRAO® brasse l’air et l’eau ensemble pour des échanges thermiques quasi-parfaits.
La technologie TERRAO®
8
L’échangeur TERRAO® récupère à la
fois l’énergie sensible ET latente de
l’air
L’efficacité de transfert de l’énergie
entre l’air et l’eau atteint quasiment
100%

Fonctions de l’échangeur
Débits : 100 à 100 000m3/h
9
humidité absolue de l’air (g/kg)Température de l’air (°C)
-50
1000
Teau
Entrée
TERRAO®
Sortie
saturation
à Teau
entrée Sortie
1000
0 TERRAO®
TERRAO® : Un échangeur direct innovant

Réalisations avec DALKIA groupe EDF
Chaufferie gaz 80 MW
0.75 MW récupérée sur
25000m3/h de fumée (20% des fumées)
10

11
Réalisations avec DALKIA groupe EDF
Chaufferie biomasse 9 MW
Récupération de 1.5 MWsur les fumées

Lavage des fumées et récupération d’énergie par
TERRAOSAVE®
§ Grande capacité de lavage des fumées et de récupération d’énergie
§ Grand débit avec une surface raisonnable : 10 000m3/h sur 1 m2
• Il n’y a pas de limite de débit
• Il n’y a pas de limite de température
§ La hauteur de TERRAOSAVE® ne dépasse pas 2 m quelque soit le débit
§ TERRAOSAVE® se met facilement en cascade
§ Le traitement de l’eau est identique à celui des scrubbers classiques
12

• TERRAOSAVE utilise l’échangeur TERRAO® pour récupérer
l’énergie thermique contenue dans les fumées à basses et
hautes températures (40°C à 1000°C)
• Les performances de TERRAOSAVE rendent
économiquement rentable la récupération des fumées
• TERRAOSAVE capte l’énergie thermique mais également les
polluants gazeux et particulesen suspension, par lavage des
fumées
• TERRAOSAVE a été développé pour capter et traiter les
fumées industrielles de cheminées de chaufferies, usines,
incinérateurs, paquebots,etc…
Conclusions
13
TERRAOSAVE 2017

TERRAOTHERM dans le domaine de traitement de l’air
14

Technology applied to HVAC
Example :Aquatic center in Lillebonne, Normandie
§ Temperatures :
• water : 28 to 30°C
• Air : 26 to 28°C
§ This characteristics create an important
evaporation
§ Without renewal of air, the atmosphere
is unbreathable (chloramines)
15

16

§ 660 m2 of ponds
§ 3 Terrao modules for 7,500 m3/h installed
§ Total dehumidification capacity: 90 kg/h
§ Operational review:
• Over the period from September 2015 toAugust 2016 (inclusive), the
system provided 518 MWh of useful to the pool, distributed over the air
and water heating of the basins
• It provided almost 30% of the pool's total thermal requirement over this
period, which is in line with expectations.
17

Projets de Récupération de chaleur fatale
suivis par l’ULg
Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel
Université de Liège, le 14 mars 2017
Vincent LEMORT, Van Long LE, Samuel GENDEBIEN, Ludovic
GUILLAUME, et al.
Laboratoire de Thermodynamique, Université de Liège

Contenu de la présentation
2
1. Laboratoire de thermodynamique
2. Bancs d’essais moteurs aéronautiques
3. Fours de réchauffage de brames
4. Moteurs à combustion interne
5. Conclusions

Laboratoire de Thermodynamique
Présentation générale
3
• Département d’Aérospatiale et Mécanique
• Equipe d’approx. 30 personnes: 4 professeurs (1 Emérite), 3
postdoc, 12 doctorants, 4 techniciens, 1 secrétaire, 5
chercheurs invités, 2 collaborateurs scientifiques
• Activités de recherche contribue à développer des
systèmes thermiques innovants et performants
• Bon équilibre entre recherche expérimentale et numérique
• Grande proximité avec le monde industriel

Activités sur la récupération de chaleur
4
o Bâtiments
ü Ventilation (Green+, SmartPac, Silenthalpic)
ü Machines frigorifiques (IEA Annex 48)
o Transports
ü Moteurs de voitures (thèses CIFRE)
ü Moteurs de poids lourds (FP7 Nowaste)
ü Moteurs de navires (FP7 Joule)
ü Moteurs d’avions (Green)
o Industrie
ü Fours à brames (ORCAL)
ü Cubilots de fonderies
« Heat to heat »: avec ou sans
pompes à chaleur
« Heat to power »: ORC
(« Heat to cool »: cycles trithermes)

5
Organic Rankine cycle (ORC)
La machine Le cycle

6
Source: Desideri, 2016
Marché des ORCs est en plein développement…

7
2. Bancs d’essais moteurs aéronautiques
5. Conclusions

Bancs d’essais moteurs aéronautiques
Contexte
8
o Marché des bancs moteurs: OEM, fabricants de moteurs, sociétés de maintenance, compagnies
aériennes, armées.
o Bancs d’essais à proximités de consommateurs énergétiques (chaleur/froid/électricité)
o Récupération de chaleur sur bancs d’essais de moteurs
Ø Turbofan: gaz d’échappement (1240-1450 kg/s et 55-70°C: 47 MW)
Ø Turbojet: gaz d’échappement (550 kg/s et approx. 300°C: 161 MW)
Ø Turboprop: eau refroidissement du frein (30-70°C) et gaz (35-60 kg/s et approx. 300°C: 17
MW)
Ø Turboshaft: eau refroidissement du frein (30-70°C) et gaz (35-60 kg/s et approx. 317°C: 11
MW)
Projet GREEN

Verrous technologiques
9
o Température des gaz en sortie de réacteur peut-être très basse: 55°C
o Rentabilité économique de la solution de récupération de chaleur dépend de la
fréquence d’utilisation du banc (et de la simultanéité avec la consommation
énergétique du site).
o Echangeur de récupération de chaleur ne doit pas perturber les performances
du moteur (limitation de la contre-pression).
Stockage
thermique
Projet GREEN

Contributions
10
o Comparaison par la simulation de
différentes techniques de récupération.
ORC: turbojet
PAC: turbofan
Préchauffage chaudière: turbofan
Projet GREEN

Contributions
11
o Mise à l’essais et modélisation d’un
prototype d’échangeur de chaleur mis à
l’échelle (similitude de Reynolds).
o Echangeur: plaques tubulaires, 14 m2
o Banc d’essais: Brûleur gaz de 465kW (vs 46 MW), débit d’air: 0-4.2
kg/s et température: 20-450°C
Projet GREEN

Contributions
12
o Performances en « heat to heat » (génération d’eau chaude):
o Performances en « heat to power » (génération de vapeur):
Projet GREEN

Perspectives
13
o Etudier en détails plusieurs sites équipés de bancs d’essais.
o Réaliser des essais avec des fluides organiques (ORC).
o Etudier la dynamique de l’échangeur.
Projet GREEN

14
2. Bancs d’essais aéronautiques
5. Conclusions

Fours de réchauffage de brames
Contexte
15
o Consommation en gaz: 350 kWh
par tonne d’acier produite.
o Fours déjà équipés d’un
échangeurs de récupération
o 25-35% perdus dans les fumées.
o Potentiel additionnel de
récupération via un ORC.
350°C-400°C
Source: Comeca
Projet ORCAL
820°C
500°C
Aluminum
2%
Cement
26%
Chemicals
17%
Iron and steel
30%
Pulp and
paper
2%
Other
23%
Emissions directes de CO2 dans l’industrie,
par secteur en 2006 (IEA, 2009)

Verrous technologiques et scientifiques
16
Ø Amont du récupérateur:
✔ Important ΔT: limitation pertes de
charge.
✖ Chute de t° èredimensionnement du
récupérateur
✖ Haute températureè évaporation
indirecte impossible/choix fluide
caloporteur limité
o Position de l’échangeur de récupération additionnel
Ø Aval du récupérateur:
✔ Evaporation directe est possible (pas de fluide intermédiaire)
✖ Transfert de chaleur sous un faible ΔT: importantes surface
d’échange et pertes de charge.
500°C
820°C
Projet ORCAL

17
o Utilisation de caloducs à gravité
(« thermosiphons »)
ü Fluide caloporteur naturel
ü Faible gradient de température
ü Faible coût, peu de maintenance,
compact, fiable
ü Pas de pompes circulation
Section de
condensation
= évaporateur
ORC
Section
d’évaporation
(fumées)
o Utilisation d’un ORC vs cycle à vapeur d’eau:
thermodynamiquement et
économiquement plus intéressant
820°C 620°C
Source: Amini A., 2013
Projet ORCAL

Contributions
18
o Dimensionnement des caloducs (prises en
compte limites sur les transferts de chaleur),
choix du fluide (eau)/matériau (acier)
o Pre-dimensionnement ORC: utilisation du
cyclopentane, turbine, échangeur
récupérateur
o Performances évaluées:
ü 7,435 MWth récupérés
ü 1.42 MWe produits
ü Rendement ORC: 19.1%
ü Payback > 4 ans
360 380 400 420 440 460 480 500 520
x 106
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
Tev [K]
WORC[W]
mORC[kg/s]
mORCmORC
WORCWORC
Projet ORCAL

19
2. Bancs d’essais de moteurs aéronautiques
5. Conclusions

Moteurs à combustion interne
Contexte
20
Typical energy distribution on a euro 5 engine
o Réduire la consommation de carburant des poids lourds est nécessaire:
Ø Pour réduire les émissions de CO2.
Ø Augmenter la compétitivité du transport par camion (le carburant représente
28% du coût opératoire d’un camion).
o Une des pistes: valorisation chaleur rejetée à l’ambiance (près de 60% de l’énergie
du carburant) via ORC.
Projet NoWaste

21
o Choix du fluide + machine expansion
o Limitation sur le poids/contre-pression
moteur
o Sources de chaleur fortement dynamiques:
contrôle adapté
o Augmentation de la charge de
refroidissement du camion
o Atteindre un ROI < 2 ans
Projet NoWaste

Contributions
22
Source: V. Grelet et al.. Model based control for waste heat recovery heat exchangers
Rankine cycle system in heaving duty trucks. 3rd International Seminar on ORC Power
Systems, Brussels, 2015.
o Développement, modélisation et
caractérisation expérimentale de
nombreuses turbines (volumétriques,
axiales, radiales)
o Développement outils simulation
régime établi/dynamique
o Etude architecture ORC
o Etude du contrôle des ORC

Conclusions et perspectives
23
o Les solutions techniques présentées (en particulier, les ORC) sont globalement
techniquement matures, mais le potentiel d’innovation reste très large.
Ø Développement de composants: échangeurs, turbines, stockages, etc.
Ø Stratégies de contrôle avancées.
o La rentabilité économique (ROI) est parfois encore difficilement atteignable.
o La solution de récupération de chaleur a un impact sur le procédé: une
approche globale est nécessaire.

24
Merci pour votre attention!
Nous remercions également la Région
wallonne et la Commission européenne
pour le financement des projets présentés.
Vincent.lemort@ulg.ac.be

Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel | ULG - 14 mars 2017

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (16)

Similaire à Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel | ULG - 14 mars 2017

Similaire à Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel | ULG - 14 mars 2017 (20)

Plus de Cluster TWEED

Plus de Cluster TWEED (20)

Waste Heat to Energy, le point sur une filière à haut potentiel | ULG - 14 mars 2017