Récupération de chaleur sur navire marchand

La récupération de chaleur sur un navire marchand

Les moteurs diésels sont utilisés pour produire la majeure partie de l’énergie sur les navires mais plus de 50% de l’énergie consommée est perdue sous forme de chaleur.

Conventionnellement une partie de cette chaleur est récupérée dans la cheminée. Cette chaleur est normalement convertie en vapeur qui est par la suite utilisée dans les différents procédés du navire.

La vapeur a mauvaise presse sur les navires. Premièrement plusieurs équipements sont considérés comme des appareils sous pression et demandent une inspection régulière. Deuxièmement la vapeur doit être produite au port par des chaudières auxiliaires, souvent peu efficaces, qui consomment une bonne quantité de combustible. Et troisièmement tous ces équipements requièrent un entretien soutenu (pompes, soupapes, purgeurs etc.).

Bien que la vapeur a été (et est encore utilisée) dans plusieurs procédés industriels et quelle offre de nombreux avantages, ces dernières années on tente de la remplacer par d’autres fluides thermiques comme l’huile par exemple.

L’utilisation de l’huile thermique présente par contre certains inconvénients au niveau de l’efficacité énergétique. Premièrement sa chaleur spécifique est plus basse que l’eau. Sa température doit être maintenue plus haute que l’eau dans une chaudière à 6 bars ce qui réduit sa capacité d’échange. En utilisant l’huile thermique, on ne peut profiter de la chaleur latente du changement d’état (de la vapeur en eau) et en plus des pompes doivent être utilisées pour faire circuler le fluide, ce qui engendre nécessairement une augmentation des charges parasites du navire (house load). Et, cela n’empêche pas l’utilisation d’une source de chaleur d’appoint quand le navire est au port.

A-t-on vraiment besoin d’une si haute température?

Sur un navire marchand, 90% de la chaleur nécessaire pour les procédés auxiliaires peut être considérée comme de la chaleur à basse température (en bas de 100 dégrée Celsius). Les ‘clients’ haute température sont ceux qui touchent au combustible lourd vers les moteurs et parfois les purifieurs.

Tous les autres ‘clients’ sont à basse température : le chauffage des réservoirs, l’eau chaude domestique, le chauffage des accommodations, le chauffage des purifieurs d’huile de lubrification, le chauffage du moteur principal à l’arrêt, etc.

Une source de chaleur qui est souvent inexploitée, est celle provenant des systèmes de refroidissement des cylindres (jackets). En plus d’être facilement utilisable, elle est disponible quand le navire est au port grâce aux génératrices. Elle a une bonne chaleur spécifique (4,2kj/kg/C) comparée à l’huile thermique (2,2kj/kg/C environ) soit près de deux fois plus. L’eau possède une viscosité inférieure à l’huile thermique donc la puissance nécessaire pour la faire circuler est moindre. Il faut garder à l’esprit qu’une puissance de 10 kW électrique pour faire fonctionner une pompe par exemple coûtera entre 10,000 et 15,000$ en combustible par année. La consommation électrique est donc un facteur important à tenir en compte lors du choix de la pompe de circulation.

Même si la température d’eau de refroidissement est relativement basse (70-85 degrés Celsius), elle est suffisante pour bien des procédés.

Par contre le choix des échangeurs, les calculs de perte de charge et de la pompe sont très importants. Un échangeur récupérateur de chaleur ne se sélectionne pas de la même manière qu’un refroidisseur.

Au final, la boucle d’eau chaude récupère la chaleur de moteur principal, mais également celle des auxiliaires. C’est un système simple qui ne requiert pas d’entretien et qui s’autorégule.

Normalement, au port, on peut facilement produire plus de 200kW de chaleur. Cette chaleur peut servir à chauffer l’eau chaude domestique, garder les génératrices à l’arrêt à la bonne température de même que le moteur principal. Dans certains cas cette boucle peut être utilisée en cascade pour préchauffer d’autres systèmes qui requièrent une plus haute température. Réduisant du même coup l’utilisation de la chaudière.

Les systèmes de récupération à basse température s’installent facilement. Il ne nécessite pas l’enlèvement des systèmes déjà en place. C’est un ajout sur une installation existante. Ils permettent de bonnes économies et des réductions de GES. Et, selon le navire, des retours sur investissement de moins de 2 ans ne sont pas rares.

Lors de l’audit énergétique, GHGES Marine Solutions évalue cette opportunité et bien d’autres.