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Lorsque l’Ontario a fermé la dernière de ses centrales électriques au charbon en 2014, elle a en même temps adopté une loi pour stimuler le développement de sources d’énergie renouvelables afin de combler les besoins énergétiques de la province.
Depuis 2005, le gouvernement de l’Ontario a commandé des projets de production combinée d’électricité et de chaleur (cogénération) de petite envergure d’une capacité totale de 570 MW en fournissant des mesures incitatives stimulant le développement de la cogénération. L’Office de l’électricité de l’Ontario fournit un soutien financier à des projets qui contribuent au développement économique tout en réduisant les émissions de dioxyde de carbone.
Un autre facteur favorise l’émergence des énergies renouvelables : même si le parc existant de réacteurs nucléaires de l’Ontario fournit actuellement 60 % de l’énergie consommée dans la province, les installations nucléaires vieillissent et exigent des mises à niveau dont le coût atteint plusieurs milliards de dollars.
À l’échelle locale, l’augmentation constante des charges électriques à Toronto, principalement attribuable à la croissance de la population et à l’augmentation de la charge connectée par personne, continue d’accroître les efforts imposés à l’infrastructure de transport d’électricité existante dans la plus grande région urbaine au Canada.
Profil du client
Endroit : Toronto
Application: Réaction à la demande
Équipement : Deux génératrices au gaz Cat G3516H, appareillage de connexion ISO
Enwave Energy Corp. PDF
Un système énergétique de district de premier plan ajoute la cogénération à sa gamme d’installations.
Dans le contexte d’un réseau de distribution d’électricité urbain surchargé, Enwave Energy Corp. fournit de la chaleur et du refroidissement à plus de 160 clients commerciaux dans le centre-ville de Toronto par l’intermédiaire d’un réseau de 40 km (25 milles) de tuyaux souterrains qui transportent de la vapeur et de l’eau refroidie.
Un système de refroidissement en circuit fermé par eaux lacustres profondes (DLWC) tirées du lac Ontario recycle l’énergie des bâtiments du centre-ville en pompant plus de 80 000 gallons (302 800 l) d’eau à la minute en période de pointe pour plus de 70 grands clients et en rejetant la chaleur extraite dans le réseau d’aqueduc de la ville de Toronto. À l’heure actuelle, Enwave dispose d’une capacité suffisante pour climatiser plus de 3,4 millions pi2 (315 870 m2 ) de locaux pour bureaux et planifie d’augmenter considérablement cette capacité.
Entre-temps, la division de chauffage à la vapeur d’Enwave vend plus de 1,6 million lb/h (725 748 kg/h) de vapeur à des clients pour le chauffage de plus de 140 immeubles commerciaux, gouvernementaux, hospitaliers, universitaires et résidentiels dans le centre-ville représentant plus de 40 millions pi2 (3,7 millions m2 ) de propriétés immobilières. De plus, Enwave élargit ses services de chauffage pour y ajouter la fourniture d’eau chaude haute efficacité.
À toute vapeur
Fondé il y a 50 ans, le centre d’énergie de la rue Pearl d’Enwave a été l’une des premières installations de production de vapeur à être construite, avant la mise sur pied du système de distribution d’énergie du secteur élargi du centre-ville de Toronto. À la suite de travaux de modernisation d’une valeur de 30 millions $ CA réalisés il y a six ans pour l’ajout de nouvelles chaudières haute efficacité, la principale centrale de production d’énergie d’Enwave au cœur de Toronto fournit de la vapeur à tous les hôpitaux ainsi qu’à des immeubles en copropriété et des immeubles de bureaux du centre-ville.
Plus tôt cette année, Enwave a augmenté l’efficacité de ses installations de la rue Pearl par l’ajout de deux génératrices au gaz CatMD G3516H. L’électricité produite par les génératrices de 4 MW est exportée vers le réseau de distribution public au tarif de l’électricité sur le marché dans le cadre du Programme d’offre standard en matière de production combinée de chaleur et d’électricité (POSPCCE 2.0), qui fournit des mesures d’incitation gouvernementales pour la production d’énergie à plus faible coût que celui de l’électricité offerte sur le réseau public pendant les périodes où la demande est plus forte.
Conformément à un contrat de 20 ans avec l’Office de l’électricité de l’Ontario, on prévoit que les génératrices de la centrale de la rue Pearl fonctionneront jusqu’à 2 000 heures par année, particulièrement durant les journées les plus chaudes et les plus froides de l’année, lorsque la demande sur le réseau de distribution public s’accroît, selon Kris Landon, directeur de la construction et de la gestion de projet à Enwave. « Le gouvernement nous paie pour fournir de l’électricité dans les périodes durant lesquelles le coût d’exploitation des génératrices est inférieur au coût de l’électricité fournie par le réseau. C’est alors que nous faisons tourner les moteurs des génératrices, précise Kris Landon. Et selon ce que nous avons pu observer, ces périodes se situent habituellement durant les journées les plus chaudes de l’été. »
L’Office de l’électricité de l’Ontario accorde une grande valeur à l’énergie produite sous forme de chaleur par les centrales de cogénération et perçoit l’électricité générée comme un sous-produit. Les participants au POSPCCE 2.0 doivent démontrer que leur projet peut produire annuellement au moins 30 % de l’énergie de sortie totale sous forme de chaleur à compter de la troisième année du contrat.
Dans la centrale de la rue Pearl, la chaleur des gaz d’échappement des génératrices est récupérée et utilisée pour produire de la vapeur sous faible pression et de l’eau chaude, ce qui porte l’efficacité à 33 %, car il n’est pas nécessaire d’utiliser une source distincte de gaz naturel pour chauffer l’eau.
« De nombreuses centrales électriques classiques de la province produisent une quantité colossale de chaleur qu’elles laissent s’échapper par l’intermédiaire de tours de refroidissement ou dans des cheminées après le processus de combustion, explique Kris Landon.
Dans notre système de cogénération, nous produisons d’abord de l’électricité, puis nous récupérons la chaleur des gaz d’échappement. Nous effectuons donc deux types de production en même temps, au lieu d’un seul. Nous exécutons les deux processus en parallèle, ce qui nous permet de réaliser des économies sur le gaz naturel et de réduire nos émissions en combinant deux processus. » Selon Kris Landon, comme les installations de production de vapeur de la rue Pearl fonctionnent en continu – car les hôpitaux et les établissements de soins de santé desservis par le système énergétique de district, dont l’Hôpital Toronto General, utilisent énormément de vapeur tout au long de l’année – Enwave n’a jamais à composer avec le problème de génératrices qui ne tournent pas suffisamment longtemps pour permettre une utilisation efficace de la chaleur résiduelle.
« Le point le plus important pour un système de cogénération est de disposer d’un hôte thermique. Étant donné que nous jouons aussi le rôle d’hôte pour la chaleur, nous avons le plein contrôle sur le processus, ajoute-t-il. Cette centrale-ci fonctionne 24 heures par jour, 365 jours par année. Les unités Cat G3516H comblaient donc parfaitement nos besoins : elles étaient très efficaces et fiables, et les moteurs dont elles étaient équipées étaient les plus volumineux que nous puissions loger ici dans le sous-sol. »
L’eau froide du système de refroidissement par eaux lacustres profondes est utilisée pour refroidir les génératrices, ce qui élimine la nécessité d’installer des radiateurs encombrants ou de volumineuses tours de refroidissement sur le toit du bâtiment de trois étages. « Le fait que nous ayons pu créer une centrale de 4 MW dans le centre-ville de Toronto est tout simplement incroyable, confie Kris Landon. Et c’est grâce au système de refroidissement par eaux lacustres profondes que nous avons pu le faire, car il nous évite l’installation de tout cet équipement encombrant. »
Toromont fournit de l’expertise technique
Le centre d’énergie de la rue Pearl est doté d’un système de commande de l’automatisation des procédés de pointe relié à des instruments intelligents sur le terrain. L’ensemble des chaudières et de l’équipement auxiliaire installé dans la centrale de production de vapeur doivent fonctionner de façon entièrement transparente avec le système de commande, explique Kris Landon. Comme l’objectif principal des installations est de produire un service de distribution de vapeur fiable aux clients critiques d’Enwave dans le secteur hospitalier, l’intégration du système de cogénération au système de commande de la centrale de la rue Pearl ne peut affecter négativement aucun aspect de son fonctionnement.
« Le projet de cogénération était très complexe du point de vue de l’installation. Nous devions installer de très gros moteurs dans un espace très restreint, mais nous avons profité d’un soutien formidable de la part de nos partenaires à Systèmes de production d’énergie Toromont et à Caterpillar tout au long du processus, déclare Kris Landon. Tous les intervenants comprenaient nos contraintes techniques et d’échéancier. Toromont a vraiment relevé le défi et mobilisé tous ses spécialistes afin de mettre ces éléments d’équipement en service et de respecter nos échéances serrées, poursuit-il. Leurs techniciens étaient très fiables et nous ont fourni beaucoup d’aide, jusque dans le processus de mise en service, pour s’assurer que nous n’éprouvions aucun problème. »
Le concessionnaire Cat fournira régulièrement des services d’entretien préventif pour les génératrices dans le cadre d’une entente de soutien client de cinq ans. Enwave compte sur l’expertise des techniciens de Toromont pour fournir le service nécessaire au moment opportun. « Ces moteurs Cat doivent être opérationnels, parce que nous pouvions constater l’augmentation du nombre d’heures de disponibilité dans le modèle du POSPCCE, déclare Kris Landon. Ils doivent être constamment fonctionnels pour nous permettre de fournir les heures de disponibilité exigées et de tirer le maximum d’avantages économiques du système. Nous n’avons eu aucune plainte à formuler et n’avons éprouvé aucun problème. Cela illustre la fiabilité que nous en sommes venus à attendre de la part de Caterpillar et de notre concessionnaire Cat. »
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