moteur stirling

Energies renouvelables

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N° 176 nov-dec 2006

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Elle est silencieuse, fournit de la chaleur et produit une grande partie des besoins
électriques d’une famille.
Elle, c’est la cogénération individuelle fonctionnant avec des granulés de bois.
Les tout premiers modèles de ces appareils sont déjà sur le marché allemand.

La cogénération domestique n’est pas une nouveauté dans
l’absolu. Cela fait maintenant une dizaine d’années que des
fabricants allemands, comme Senertec, Raptor, Otag, ou encore
les Néo-zélandais et Japonais, Whispergen et Honda, proposent
la cogénération aux particuliers sur la base d’une alimentation au
fioul, au gaz naturel ou au biodiesel (lire encadré p.31). Mais
depuis quelques mois, les granulés de bois sont sur les rangs. La
marque allemande Sunmachine propose une cogénération à
installer dans le sous-sol de sa maison, dont elle aurait déjà
vendu une centaine d’exemplaires. Mais le modèle actuellement
le plus en vue, parce que plus compact, est celui développé
conjointement par les firmes KWB (Kraft und Wärme aus
Biomasse1) et SPM (Stirling Power Module) : une cogénération
de la taille d’un réfrigérateur, développant 1 kW d’électricité et
15 kW de chaleur. La commercialisation en est à ses débuts.
Dans le courant de l’hiver 2006-2007, 40 prototypes seront
distribués à un partenaire industriel qui les mettra en test chez
des clients. Suite à quoi, 670 de ces machines seront commercialisés dans le courant de l’année
auprès des particuliers. Elles seront distribuées par le réseau KWB, qui s’occupera de
l’installation et du suivi. Pour l’instant Stirling Power Module travaille en exclusivité avec le
réseau KWB, mais par la suite il proposera sa motorisation à d’autres fabricants de chaudières.

Moteur stirling de SPM à quatre cylindres

Plug and play

Pour  en  réduire  les  coûts  de  développement,  un  seul
modèle  est  pour  l’instant  proposé  par  KWB  et  SPM.  Il
est  fabriqué  à  partir  d’une  chaudière  aux  granulés  de
bois KWB (modèle USP 15) sur laquelle est installée la
motorisation  Stirling  (voir  encadré  et  schéma).  Si  la
production  de  chaleur  peut  être  découplée  de  la
production  de  courant,  l’inverse  n’est  pas  vrai  puisque
le  moteur  Stirling  fonctionne  grâce  à  la  chaleur.  La
conception  du  moteur,  à  quatre  cylindres  horizontaux
et en étoile, équilibre les masses, annule les vibrations
et  doit  permettre  un  fonctionnement  qui  ne  sera  pas
plus

bruyant

qu’un

appareil

électroménager.

L’installation n’est pas plus compliquée que celle d’une
chaudière  simple  et  l’appareil  devrait  avoir  une  durée
de  vie  de  15  à  20  ans,  avec  un  contrôle  technique
annuel. Sous cette forme, il sera d’abord disponible en
Allemagne,  puis  dans  d’autres  pays  si  des  clients  se
montrent intéressés. En fonction des résultats de cette
phase  de  tests,  des  modèles  de  puissances  différentes
seront  développés,  mais  aussi  des  installations  pour

sites isolés avec stockage de l’électricité. Car pour l’instant, l’habitation doit être reliée au
réseau. Le particulier peut utiliser le courant produit ou bien tout vendre directement au réseau.

D’après  ses  constructeurs,  la  micro  cogénération  KWB-SPM  est  pensée  pour  produire  37  000
kWh de chaleur et 2 200 kWh d’électricité. Pour ce qui est de la production de chaleur, Olivier
Sidler, directeur du cabinet Enertech, explique : « 37 000 kWh de chaleur, c’est énorme, même
quand on cumule les besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire. Pour une maison de 100
m2,  cela  représente  des  besoins  de  370  kWh/m2/an.  »  Soit  les  besoins  d’une  maison  mal
isolée,  correspondant  à  un  logement  construit  avant  1975,  c’est-à-dire  avant  la  première

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Guide des énergies vertes

pour la maison

Filières, professionnels, prix,

aides de l’état ou des régions :

résolument pratique, cet ouvrage

de base fournit toutes les clés

pour devenir producteur et

consommateur d’énergies

renouvelables à la maison.

réglementation  thermique.  La  production  de  chaleur  de  la  cogénération  KWB  semble  donc  en
contradiction  avec  les  normes  de  construction  qui  imposent,  de  part  et  d’autre  du  Rhin,  des
bâtiments économes. Les logements récents en France ont des besoins en chaleur de l’ordre de
100  kWh/m2/an,  et  les  “PassivHaus”  allemandes  de  seulement  15  kWh/m2/an.  À  ces
remarques,  SPM  répond  que  pour  minimiser  les  coûts  de  cette  nouvelle  technologie,  sa  micro
cogénération a été développée à partir d’une chaudière existante, qu’une production électrique
supérieure aurait été onéreuse à mettre en place et que le ratio électricité/chaleur est aussi lié
aux principes de la thermodynamique. Pour valoriser cette forte production de chaleur, il paraît
alors logique de la répartir sur différents logements comme cela se pratique en Allemagne. En
tout état de cause, cette cogénération peut également trouver sa place dans des logements non
réhabilités ou non réhabilitables.

Schéma du moteur stirling SPM

Un marché en demande

À  propos  de  la  production  d’électricité,  Olivier  Sidler  poursuit  :  «  2  200  kWh/an  pour  une
maison de 100 m2, c’est 22 kWh/m2/an, soit les besoins d’un logement un peu plus économe
que la moyenne, puisqu’un logement individuel a en général une consommation d’électricité de
32  kWh/m2/an.  Mais  là  encore,  il  est  possible  de  consommer  moins.  »  Tout  ou  partie  du
courant produit pourra être revendu sur le réseau, ce qui permettra d’amortir plus rapidement
l’investissement.  Sans  rentrer  dans  le  détail  des  tarifications  de  vente  de  ce  courant  vert,  qui
varient  en  fonction  des  Lands,  le  kilowattheure  est  acheté  majoritairement  entre  15  et  18
centimes, parfois au-delà de 20 centimes.

Pour Dietmar Koop, journaliste au bimensuel Solarthemen, le développement de ces techniques
est  d’abord  une  bonne  nouvelle  :  «  Félicitons-nous  déjà  de  l’arrivée  de  ces  produits.  De
multiples annonces de commercialisation avaient déjà été faites pour de tels appareils sans que
nous  en  ayons  encore  jamais  vu  la  couleur.  Nous  verrons  dans  quelques  mois  si  cette
technologie  fonctionne  dans  le  domaine  des  faibles  puissances  et  si  les  coûts  en  sont
acceptables.  »  Compte  tenu  de  l’intérêt  porté  aux  questions  énergétiques  en  Allemagne,  la
clientèle existe  déjà. Dietmar Koop  : « Les  questions énergétiques intéressent des passionnés
qui  ont  l’envie  et  les  moyens  financiers  d’être  autonomes  en  énergie  et  d’aller  vers  de  telles
solutions. Ce sont eux qui figureront parmi les premiers utilisateurs. »

Nombre  d’indices  prouvent  l’intérêt  du  public  pour  les  technologies  propres  utilisant  la
biomasse.  Ainsi  pour  2005,  17  000  appareils  de  chauffage  aux  granulés  ont  été  acquis
outre-Rhin,  un  chiffre  qui  a  doublé  par  rapport  à  2004  (source  :  www.solarserver.de).  Cela
s’expliquerait en partie par une aide fédérale de 38,40 € par kW de puissance installée, conçue
avec un montant plancher 1 088 €. Cette aide est offerte à toute personne qui investit dans une
chaudière aux granulés dont la puissance ne dépasse pas 30 kW et dont le rendement est d’au
moins 90 %. Des  aides locales peuvent éventuellement  s’ajouter à  ce montant. Les  fabricants
de  granulés  tablent,  quant  à  eux,  sur  une  augmentation  continue  de  leur  marché.  Vingt-six
usines de fabrication  de  granulés  existent déjà dans  le  pays,  dont  quatre  se  sont  montées  en
2006.  La  capacité  de  production  de  ces  fabricants  est  désormais  de  500  000  tonnes  par  an.
Parallèlement,  l’Agence  pour  l’énergie  de  Berlin  (Berliner  Energieagentur)  a  fait  réaliser  ce
printemps une étude auprès de 4 000 foyers berlinois concernant leur investissement potentiel
dans  la  micro  cogénération.  Il  en  ressort  que  100  000  appareils  de  production  d’électricité
décentralisée,  toutes  énergies  confondues,  pourraient  trouver  preneur  dans  le  Land  de  Berlin
pour les 5 ans à venir.
Le marché de la micro cogénération est donc en phase de décollage. Les premiers fabricants qui
se  lancent  dans  la  bataille  ont  du  pain  sur  la  planche  :  plus  de  700  000  installations  de

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chauffage sont changées chaque année, et même un faible pourcentage dédié à la micro
cogénération ferait leur affaire. « L’idée de produire chez soi tout ou partie de ses besoins
électriques est extraordinaire, ajoute Dietmar Koop. Il faut savoir garder raison, mais l’arrivée
de cette technologie marque le début de la décentralisation énergétique. »

La cogénération version sunmachine

La cogénération Sunmachine 2005, exposée en
écorché lors d’un salon, délivre entre 4,5 et 10,5
kW de chaleur et 3 kW de puissance électrique.

Crédits photos : Stirling Power Module - Sunmachine