Partie commune - Partie 2 : Choix du moteur de co… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole Candidat libre - EE 2021

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d’importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d’entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l’air (CTA);

la rénovation du traitement d’eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d’une nouvelle chaudière à condensation et d’une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d’air, s’assurant qu’ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Partie 2: la solution énergétique alternative par Cogénération au Gaz Naturel est-elle pertinente d'un point de vue économique ?

EDF Obligations d'Achat, aussi nommé EDF OA est l'entité d'EDF responsable de l'achat des énergies renouvelables ou à forte efficacité énergétique. L'entreprise est dans l'obligation d'acheter cette énergie, en vertu du code de l'énergie. D'après l'Arrêté du 3 novembre 2016 fixant les conditions d'achat et du complément de rémunération pour l'électricité produite par les installations de cogénération d'électricité et de chaleur valorisée à partir de gaz naturel, l'année est découpée en deux parties: l'hiver contractuel compris entre le 1er novembre et le 31 mars, et l'été contractuel compris entre le 1er avril et le 30 octobre.

En première approche, le choix d'un moteur ecoGEN33-Agc a été fait (voir DT6), il consomme une puissance $P_{\text{gaz}}$ de $98\text{ kW}$. On prendra le temps de production pour la revente à $3600\text{ heures}$ par an.

DT5: Tarifs énergie gaz et électricité

Tarifs Énergie

Prix gaz

32 € / MWh

Prix électricité

90 € / MWh

Tarif C16 (rachat électricité par EDF OA)

147,90 € / MWh

Question 2.1

Calculer l'énergie $E_{\text{gaz}}$ consommée par an en $\text{MW}\cdot\text{h}$ pour la revente. Déterminer le coût du gaz consommé par an (voir DT5).

Question 2.2

Le rendement électrique du système de cogénération est de $33{,}8\,\%$. Calculer la puissance électrique $P_{\text{élec}}$ délivrée par l'installation, déterminer l'énergie électrique $E_{\text{élec}}$ produite par an et en déduire le gain en euros/an dû à la revente de la totalité de l'électricité (voir DT5).

Question 2.3

La cogénération permet de réduire la consommation de gaz et fait faire une économie de $9376\text{ euros}$ par an sur la facture de gaz.

Déduire le gain d'exploitation par an en euros sur le tableau récapitulatif des coûts d'exploitation à partir du document réponse DR2.

DR2: Récapitulatif des coûts d'exploitation

Récapitulatif des coûts d'exploitation

Coût gaz consommé

- €/an (Question 2.1)

Coût du gaz économisé

+ 9376 euros/an

Revente électricité

+ €/an (Question 2.2)

Maintenance

- 1944 €/an

Révision annuelle

- 1238 €/an

Gain d'exploitation

DT6: Caractéristiques des moteurs de cogénération

Moteur

Puissance gaz

Puissance thermique

Puissance électrique

Investissement

Gain exploitation

Temps de retour sur investissement

ecoGEN33-Agc

98 kW

73.4 kW

97 300 euros

À déterminer

Gbox50

139 kW

97 kW

47 kW

103 445 euros

16 114 euros

6.4 ans

ecoGEN50-Agc

147 kW

84 kW

50 kW

123 970 euros

13 323 euros

9.3 ans

ecoGEN70-Agc

204 kW

114 kW

70 kW

141 106 euros

19 347 euros

7.3 ans

Aura 404

246 kW

141 kW

90 kW

184 026 euros

24 687 euros

7.5 ans

Déterminer, à l'aide du document DT6, le nombre d'années nécessaires (temps de retour sur investissement) pour amortir le coût de l'installation d'un système de cogénération avec un moteur ecoGEN33-Agc.

Question 2.4

Le maître d'ouvrage souhaite un temps de retour sur investissement inférieur à $8\text{ ans}$. La puissance utile pour couvrir les besoins en chauffage de la piscine doit être limitée à $85\text{ kW}$ de puissance thermique car il est techniquement impossible de stocker tout excédant de production.

Justifier si le choix du moteur ecoGEN33-Agc est pertinent par rapport aux autres moteurs présentés sur le document DT6.