Chercheur :

Véronique Landrain

Résumé :

Objectif :

L'objectif de l'étude est d'évaluer la mise en conformité au niveau des émissions de SO2, de NOx et de poussières, de centrales thermiques susceptibles de voir leur durée de vie prolongée, mais dans le cadre de la libéralisation du marché de l'électricité.

La première étape de l'étude a consisté en l'examen des réglementations applicables ainsi que des propositions de futures normes européennes. Cette étape permet d'évaluer les rendements minimums auxquels doivent satisfaire les diverses techniques d'épuration envisageables.

Dans la deuxième étape est examiné l'ensemble des équipements d'épuration des gaz de combustion, dont la faisabilité et l'efficacité ont été démontrées par la pratique industrielle. Les techniques d'épuration peuvent traiter soit les causes des émissions (mesures primaires), soit les émissions elles-mêmes (mesures secondaires ou procédés "end-of-pipe"). Ces derniers procédés, plus efficaces, sont actuellement les plus répandus en Europe et ont été retenus pour l'étude technico-économique.

Application :

La base contextuelle de l'étude s'appuie essentiellement sur les trois choix suivants : choix de la centrale témoin, choix des valeurs limites d'émission et choix des équipements de dépollution.

- Choix de la centrale témoin

Les unités de production 3, 4 et 5 de la centrale de Ruien ont été choisies car leur durée de vie économique et technique, représentent une partie du parc électrique belge.

Les caractéristiques principales de ces unités sont les suivantes :

Unité 3 (et 4)

Unité 5

Puissance (MWel)

130

200

Débit maximal des fumées (Nm3/h)

400.000

600.000

Durée de vie technique (ans)

10

10

Emissions actuelles (mg/Nm3)
  • Poussières : 80
  • SO: 1175
  • NOx (éq. NO2) : 650
  • Poussières : 60
  • SO: 1000
  • NOx (éq. NO2) : 800

Tableau 1 : caractéristiques principales des chaudières de la centrale de Ruien.


- Choix des valeurs limites d'émission

Les valeurs limites d'émission prises en compte sont issues d'une proposition de futures normes européennes applicables aux unités susceptibles de faire l'objet d'un nouveau permis d'exploitation. Elles sont plus strictes que les normes belges actuelles surtout en ce qui concerne les oxydes d'azote. Ces valeurs, reprises ci-dessous, déterminent les efficacités minimales auxquelles doivent répondre les équipements de dépollution (voir tableau 2).

Polluants

Emissions (mg/Nm3, 6% O2)

Poussières

30

SO2

200

Nox

200

Tableau 2 : valeurs limites d'émission de référence (grandes installations, orientation des futures normes européennes)


- Choix des équipements de dépollution

L'étude de la centrale témoin a permis d'isoler 4 paramètres significatifs pour choisir les équipements de dépollution: la place disponible, les caractéristiques du sous-produit, l'adaptabilité des techniques d'épuration à la nature du combustible et le rendement d'épuration.

1. Place disponible : Les équipements de dépollution ne doivent pas être trop encombrants. Les progrès vont continuellement dans ce sens, les dispositifs proposés étant de plus en plus compacts. Etant donné ce dernier point et par souci de ne pas figer notre étude au cas unique de Ruien, nous avons fait l'hypothèse que le site était apte à accueillir chacun des équipements étudiés.

2. Caractéristiques du sous-produit : Il faut éviter la mise en décharge des sous-produits qui ne constitue certes pas une solution environnementale appropriée, et qui plus est, se révèle très coûteuse. Il est donc préférable de se tourner vers des techniques générant des sous-produits commercialisables.

3. Adaptabilité des techniques d'épuration au combustible : Les techniques d'épuration doivent être appropriées au combustible. En l'occurrence, dans notre cas, les techniques doivent convenir à un charbon pauvre en soufre (teneur en soufre de 0,56%).

4. Rendement d'épuration : L'efficacité des équipements doit permettre de respecter les valeurs limites d'émissions fixées. Les valeurs limites à respecter que nous avons communiquées aux différentes firmes sont celles témoignant de l'orientation des futures normes européennes. Ainsi, étant donné les émissions actuelles des chaudières, les rendements minimum à atteindre sont respectivement de 63%, 83% et 75% pour les équipements de dépoussiérage, de désulfuration et de dénitrification.

Les dispositifs de dépoussiérage, de désulfuration et de dénitrification étudiés et repris dans le tableau ci-dessous répondent à ces critères.

Firmes

Dépoussiérage

Désulfuration

Dénitrification

ABB
  • Electrofiltres
  • Filtres à manche
  • Procédé humide
  • Procédé semi-humide
Procédé SCR

Haldor Topsøe

Procédé SCR

ERC

Procédé SNCR

Rothemülhe

Electrofiltres

FLS miljø

  • Procédé semi-humide
  • Traitement mixte

Tableau 3 : équipements d'épuration étudiés.


Résultats :

Afin de chiffrer les coûts de dépollution des fumées, nous avons établi des fonctions de coûts d'épuration propres à chaque type d'équipement. Ces dernières comprennent d'une part, les coûts fixes, indépendants du degré d'utilisation de la centrale thermique et d'autre part, les coûts variables qui dépendent du taux de charge des unités de la centrale.

L'analyse technico-économique, sur base des données reçues des fournisseurs, a été menée en premier lieu sur les coûts d'épuration propres à chaque type de dépollution : dépoussiérage, désulfuration, dénitrification et traitement mixte.

Ensuite, les coûts obtenus et présentés ci-après sont globalisés, c'est-à-dire qu'ils chiffrent, sur base de différents scénarios d'équipement, les coûts à mettre en œuvre pour respecter à la fois les limites d'émission de poussières, d'oxydes de soufre et d'oxydes d'azote.

Enfin, dans le but d'évaluer l'ampleur des conséquences attendues suite à la libéralisation de marché dans le secteur de l'électricité, la notion de " coûts échoués " est examinée et appliquée aux coûts d'épuration des fumées. Deux cas de figure sont analysés : la diminution du taux de charge des unités de production électrique et la fermeture prématurée de ces unités. Seuls les coûts échoués relatifs à ce dernier cas sont présentés dans ce résumé exécutif.

Les coûts globaux d'épuration s'élèvent au minimum de 4,075 millions EUR/an et au maximum de 8,250 millions EUR/an selon l'unité de production et le scénario d'équipement envisagés. Les contributions des 3 types d'épuration étudiés sont les suivantes : 15 à 25% pour le dépoussiérage, 45 à 50% pour la désulfuration et 30 à 35% pour la dénitrification des fumées.

Les coûts échoués globaux s'établissent de 25 millions EUR à plus de 40,6 millions EUR si l'on doit écourter de 7 ans l'utilisation des dispositifs (passage d'une utilisation prévue initialement pour une période de 10 à une utilisation réelle de 3 ans). Ces coûts sont de l'ordre de 20 millions EUR à 25 millions EUR dans le cas où la période d'amortissement de 10 ans n'est couverte que durant 5 ans et de 12,5 à 17,8 millions EUR pour une utilisation de 7 ans au lieu de 10 ans.

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Contact : Walter Hecq


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Coûts échoués relatifs aux dispositifs antipollution des centrales
dans le cadre de la libéralisation du marché de l'électricité