Le choix d'un groupe électrogène peut avoir un impact considérable sur les coûts et la fiabilité pendant une période de 15 à 20 ans. Opter pour une marque de groupe électrogène inadaptée peut vous contraindre à chercher des solutions coûteuses conformes aux normes contractuelles, voire entraîner des coupures de courant fréquentes.
Historiquement, chaque fois qu'il achetait un groupe électrogène pour son entreprise, Chen Wei, directeur de production d'une usine de la province du Shandong, avait toujours vu juste concernant le choix du combustible. Pourtant, rien ne justifiait qu'il se trompe. Le groupe électrogène fonctionnant au gaz naturel étant moins cher, il opta pour cette solution. Deux ans plus tard, le gaz vint à manquer, le coût des groupes électrogènes diminua et l'entreprise perdit environ 40 % de sa production.
Ayant fabriqué plus de mille générateurs en 20 ans d'existence au service des consommateurs industriels du monde entier en tant que fabricant de générateurs, la société de technologies de conception a commencé par développer des stratégies de carburant applicables et a cherché à comprendre ce qui constitue un fonctionnement réussi à long terme.
Ce guide propose une comparaison technique des générateurs à gaz naturel et diesel. Il prend en compte diverses différences techniques, les conséquences financières et l'expertise relative aux générateurs afin de déterminer la solution d'alimentation électrique la plus adaptée aux besoins des utilisateurs. Cette analyse, complétée par des ressources appropriées, sera utile pour le développement d'un projet spécifique et pour relever les défis liés à la fiabilité de l'alimentation de secours.
Comprendre les différences fondamentales
Comment fonctionnent les générateurs diesel
Les générateurs diesel transforment l'énergie chimique du gazole en énergie électrique. Le fonctionnement d'un moteur diesel consiste à comprimer l'air à haute pression et température, puis à injecter directement le carburant dans la chambre de combustion. Ce moteur est appelé moteur à allumage par compression car il ne nécessite pas de bougies d'allumage. La combustion, qui se prolonge, entraîne la rotation des pistons et, par conséquent, celle de l'arbre moteur grâce à la dynamo.
Dans un alternateur, un champ magnétique tourne à l'intérieur d'une bobine d'induction fixe. La rotation de cette dernière, due à la rotation du moteur, produit un courant alternatif (CA) par induction électromagnétique. En toutes circonstances, le régulateur de tension intégré garantit l'absence de surtension liée aux coupures de courant.
C’est pourquoi le gazole est un carburant si utile : son contenu énergétique, considérablement élevé (environ 137 000 BTU par gallon), offre un rendement plus élevé par unité de carburant, ce qui permet d’obtenir un fonctionnement équivalent avec une quantité de carburant stockée moindre.
Comment fonctionnent les générateurs de gaz naturel
Les générateurs alimentés au gaz naturel fonctionnent dans des conditions similaires, à la différence que le gaz naturel est acheminé par canalisations, ou que le moteur est spécifiquement conçu pour brûler du gaz naturel comprimé à haute pression, du GNC, ou encore du gaz naturel liquéfié. Un système d'alimentation qui aspire l'air avant l'allumage est appelé carburateur ; c'est là que se forme le mélange air-essence. Enfin, des bougies d'allumage enflamment ce mélange, comme dans les moteurs à essence.
Les moteurs diesel produisent davantage de particules fines et d'oxydes d'azote que les moteurs au gaz naturel. Ce dernier, étant un gaz, ne nécessite pas de système d'injection comme celui des moteurs diesel. Cependant, il convient également de noter que le gaz naturel est utilisé dans les groupes électrogènes, car leur fonctionnement augmente considérablement le rapport air/carburant.
Comparaison des principales caractéristiques techniques
| Spécifications | Générateur diesel | Générateur de gaz naturel |
|---|---|---|
| Densité d'énergie | 91 500 BTU/gallon | 1 037 BTU/pied cube |
| Ratio de compression | 14: 1 à 25: 1 | 10: 1 à 12: 1 |
| Système de mise à feu | Compression | Allumage par étincelle |
| Stockage de carburant | Réservoirs sur site | Gazoduc ou GNC/GNL |
| Méthode de démarrage | Démarreur électrique | Démarreur électrique |
| Efficacité typique | 35 to 45 % | 30 to 40 % |
La compréhension de ces principes techniques permet de comprendre pourquoi chaque type de carburant excelle dans des applications différentes. Le choix entre eux dépend de facteurs autres que le générateur lui-même.
Analyse des coûts : Investissement initial vs. Coûts d'exploitation à long terme
Comparaison des prix d'achat
Les coûts initiaux d'équipement des groupes électrogènes diesel sont considérablement inférieurs à ceux des groupes électrogènes à gaz naturel. C'est ce que démontre le marché industriel actuel.
Générateurs diesel varient généralement de 300 to 800 par kilowatt de capacité. Un groupe électrogène diesel de 500 kW pourrait coûter entre 150,000 et 400 000, selon les spécifications, la marque et les fonctionnalités.
Générateurs de gaz naturel coûtent généralement 20 à 30 % plus cher au départ, allant de 400 to 1 000 par kilowatt. La même capacité de 500 kW dans une unité au gaz naturel coûte 1 000. 200,000 à 500,000 ans, qui.
L'écart de prix s'explique par plusieurs raisons. Premièrement, les coûts augmentent car les générateurs à gaz naturel doivent être équipés de systèmes de contrôle des gaz d'échappement beaucoup plus complexes pour se conformer aux normes en vigueur. Par ailleurs, les compresseurs des moteurs fonctionnent également grâce à une étincelle et au gaz. La production de générateurs industriels à gaz naturel est bien inférieure à celle des générateurs diesel, ce qui engendre des économies d'échelle moindres.
Toutefois, le prix d'achat ne représente que le point de départ de votre investissement.
Analyse des coûts du carburant
Les coûts du carburant représentent la part prépondérante des dépenses d'exploitation à long terme. Voici une comparaison des deux carburants :
Carburant Diesel Les prix et des facteurs tels que le cours du pétrole n'ont pas toujours d'incidence négative sur le coût de production d'énergie. Actuellement, le prix du gallon de gazole se situe entre 3.50 et 4.50 dollars dans la plupart des États. Par conséquent, un coût d'environ 0.20 à 0.35 dollar par kilowattheure d'électricité permet l'installation de générateurs diesel, en fonction de leur poids et de leur rendement.
Gaz naturel Le coût de production d'électricité à partir de gaz naturel est généralement plus avantageux par unité de puissance calorifique (BTU). De 3.00 à 6.00 par million de BTU (tarif industriel standard), ce coût est d'environ 0.15 à 0.25 par kWh. Ces économies seront particulièrement importantes lorsque le générateur fonctionnera en continu.
Le facteur pertinent concernant le gaz naturel est le suivant : dans certaines régions, notamment en Amérique du Nord où la production est abondante, les prix du gaz naturel sont bien inférieurs à ceux des gisements exploités. Dans ces zones, le gaz naturel peut facilement concurrencer les autres combustibles dans les bâtiments. Ailleurs, en particulier dans les régions où le GNL est importé, les coûts d'équipement des stations de recharge diesel-batterie peuvent dépasser ceux des stations au gaz naturel.
Différences de coûts d'entretien
La maintenance représente une part importante des coûts du cycle de vie. Les générateurs diesel et à gaz naturel ont des profils de maintenance différents :
entretien des groupes électrogènes diesel :
- Vidange d'huile toutes les 250 à 500 heures de fonctionnement
- Remplacement du filtre à carburant toutes les 500 heures
- Remplacement du filtre à air toutes les 1 000 heures ou selon les besoins.
- Entretien annuel du système de refroidissement
- étalonnage périodique du système d'injection
On estime généralement que l'entretien d'une machine diesel de 500 kW coûte entre 5000 et 150000, en fonction de son usage et des conditions d'utilisation.
entretien des générateurs à gaz naturel :
- Vidange d'huile toutes les 500 à 1 000 heures de fonctionnement (intervalles plus longs grâce à une combustion plus propre)
- Remplacement des bougies d'allumage toutes les 1 000 à 2 000 heures
- Remplacement du filtre à air toutes les 1,000 heures
- Entretien annuel du système de refroidissement
- Inspection régulière du système d'allumage
L'entretien annuel des unités équivalentes au gaz naturel se déroule généralement comme suit : Entre 4,000 et 12 000. La combustion plus propre du gaz naturel réduit l’usure du moteur et prolonge la durée de vie de l’huile.
Coût total de possession : projection sur 10 ans
Les sources d'énergie naturelles présentent un coût aussi faible que les machines fonctionnant au diesel. Les coûts de réparation prévus sur la durée de vie d'un générateur à gaz naturel (10 ans) ont été estimés selon les hypothèses mentionnées précédemment et comparés aux coûts correspondants dans son cas particulier. Ces résultats ont justifié le choix du générateur à gaz naturel. D'après ses calculs, un générateur diesel permettrait de réaliser un bénéfice d'environ 180 000 $ par rapport au coût d'un générateur à gaz naturel après 10 ans.
Ce modèle analytique présentait néanmoins une faiblesse. Il s'avérait que les économies d'énergie n'étaient réalisées que lorsque l'électricité était disponible. En tenant compte des coûts du groupe électrogène diesel en cas de rupture de la canalisation de gaz naturel, la situation devenait beaucoup moins claire.
Pour une installation typique de 500 kW avec 500 heures de fonctionnement par an :
| Catégorie de coût | Diesel (10 ans) | Gaz naturel (10 ans) |
|---|---|---|
| Achat initial | $250,000 | $325,000 |
| Carburant | $500,000 | $375,000 |
| Entretien | $100,000 | $80,000 |
| Infrastructure | $25,000 | $15,000 |
| Total | $875,000 | $795,000 |
Ces chiffres illustrent pourquoi l'analyse du coût total de possession (TCO) doit être adaptée à votre situation géographique, aux prix du carburant et à vos modes de fonctionnement.
Comparaison des performances et de la fiabilité
Rendement énergétique et taux de consommation
Les coûts de carburant et l'autonomie augmentent considérablement en raison de la baisse du rendement énergétique. Le rendement thermique par unité de puissance des groupes électrogènes diesel est supérieur à celui de certains autres types d'équipements électriques utilisés dans le secteur de l'énergie.
Un groupe électrogène diesel moderne présente en moyenne un rendement thermique de 35 à 45 %, ce qui signifie que 35 à 45 % de l'énergie potentielle du carburant est convertie en énergie. Le reste est dissipé par le refroidissement.
Le rendement thermique d'un générateur à gaz naturel se situe généralement entre 30 et 40 %. Ce rendement énergétique moindre est dû à l'allumage par étincelle et au faible taux de compression.
Pour un générateur de 500 kW à pleine charge :
- Consommation de diesel : environ 40 gallons par heure
- Consommation de gaz naturel : environ 70 mètres cubes par heure
Sur une période d'un an, la différence opérationnelle se traduit par une consommation de 40 000 gallons de gazole contre 70 000 mètres cubes de gaz naturel. En ce qui concerne les prix conventionnels, la rentabilité penche généralement en faveur du gaz naturel, notamment dans les zones desservies par un réseau de distribution de gaz.
Autonomie et stockage du carburant
Les capacités d'exécution diffèrent fondamentalement entre les deux technologies :
Générateurs diesel L'utilisation d'un stockage de carburant sur site est courante. Généralement, une installation standard prévoit des réservoirs de capacité suffisante pour assurer la consommation pendant 24 à 72 heures à pleine demande. Compte tenu de l'utilisation prévue, une augmentation de la durée de fonctionnement exige une augmentation de la capacité des réservoirs ou, à défaut, la mise en place d'un dispositif d'approvisionnement en carburant d'urgence.
Conformément à la système d'alimentation de secours Conformément aux exigences de la norme NFPA 110, les groupes électrogènes à moteur à combustion destinés à l'éclairage de secours et à la protection contre l'incendie (sécurité des personnes) doivent garantir et utiliser des carburants pour une autonomie d'au moins 96 heures, notamment pour les hôpitaux et autres établissements de santé.
Générateurs de gaz naturel Les générateurs alimentés par le réseau de gaz domestique ou toute autre source de gaz locale peuvent fonctionner en continu comme source d'alimentation de secours, sauf en cas de rupture du réseau. Cette alimentation quasi permanente peut s'avérer plus avantageuse pour la plupart des applications critiques, compte tenu de leur longue autonomie.
L'autonomie illimitée actuelle a toutefois engendré une consommation d'énergie très importante pour plusieurs systèmes de secours critiques, ce qui nécessiterait de longues périodes de fonctionnement en parallèle de systèmes distincts. Cependant, tout n'est pas sans risques. Tout système comporte des risques, et les systèmes à gaz n'y font pas exception.
Temps de démarrage et réponse à la charge
Le temps de réponse est crucial pour les applications nécessitant une alimentation de secours immédiate :
Diesel générateurs souvent Il faut compter 10 à 15 secondes pour que le moteur atteigne sa pleine capacité après sa mise en marche. La dernière génération de systèmes de commande électroniques optimise le démarrage, le rendant plus rapide. Cette réactivité fait de ce type de moteur un excellent choix pour une utilisation en secours. Tout délai supplémentaire est inacceptable dans ce type d'application.
Gaz naturel générateurs nécessaire Il faut compter entre 15 et 30 secondes pour atteindre la pleine capacité. Cela s'explique par les délais importants liés à l'allumage par étincelle et à la formation du mélange air-carburant dans le cycle Otto, comparativement aux moteurs à allumage par compression à carburant liquide.
Pour les installations équipées de commutateurs de transfert automatique (ATS) et de relais de protection simples et rapides à installer, les deux technologies offrent des temps de réponse acceptables. L'écart se creusera davantage pour les applications les plus critiques, telles que les centres de données et celles où la disponibilité est strictement limitée.
Performances dans des conditions extrêmes
Les conditions environnementales affectent différemment les performances du générateur :
Générateurs diesel Leur fonctionnement est extrêmement dépendant des conditions ambiantes. Par temps froid, il est nécessaire d'utiliser du carburant à température ambiante ou du diesel d'hiver afin d'éviter tout blocage, mais les moteurs démarrent et fonctionnent sans problème. En revanche, l'altitude a pour effet de réduire la production d'énergie, l'air ayant tendance à perdre en densité. Cette perte de densité correspond généralement à une réduction de 3 à 4 % de la puissance par tranche de 300 mètres (1 000 pieds) d'altitude.
Gaz naturel générateurs travail Son utilisation est moins efficace dans des environnements extrêmement froids. Le GNL se vaporise très difficilement par temps froid, et la pression de distribution et la pression dans les pipelines peuvent chuter aux heures de pointe, lorsque la demande est la plus forte. Un autre facteur limitant l'utilisation du gaz naturel, similaire à celui du diesel, est l'effet de l'altitude, qui impose également une réduction de la consommation.
Exigences en matière d'entretien et de maintenance
Programme d'entretien des générateurs diesel
Un investissement régulier dans la maintenance minimise les défauts et prolonge la durée de vie du groupe électrogène. Généralement, un plan de maintenance pour un groupe électrogène diesel comprend les éléments suivants :
Quotidiennement ou hebdomadairement :
- Inspection visuelle pour détecter les fuites, les dommages ou les conditions inhabituelles
- Vérifiez les niveaux de liquide de refroidissement et d'huile.
- Vérifier l'adéquation des réserves de carburant
- Faire fonctionner le générateur en charge (recommandé chaque semaine)
Mensuel:
- Vérifiez l'état de la batterie et ses connexions.
- Vérifier l'état du filtre à air
- Vérifier les indicateurs du panneau de commande
- Test du fonctionnement du commutateur de transfert automatique
Toutes les 250 à 500 heures de fonctionnement :
- Changer l'huile moteur et le filtre
- Inspectez le système d'alimentation en carburant pour détecter les fuites ou toute contamination.
- Vérifier l'état et la concentration du liquide de refroidissement
- Inspecter les courroies et les tuyaux
Annuellement:
- Remplacer les filtres à carburant
- Remplacer les filtres à air
- Système de refroidissement d'entretien
- Test de banc de charge à pleine capacité
- Inspecter le système d'échappement
À long terme (tous les 3 à 5 ans) :
- Considérations relatives à une refonte majeure basées sur les heures
- Service ou remplacement d'injecteur
- Inspection du turbocompresseur
- entretien approfondi du système de refroidissement
L'entretien d'un générateur diesel de 500 kW selon une telle routine coûte entre 5 000 et 15 000 dollars, en fonction notamment du nombre d'heures de fonctionnement régulières du générateur et du coût actuel de la main-d'œuvre dans la zone d'exploitation.
Programme d'entretien du générateur à gaz naturel
Les générateurs à gaz naturel nécessitent une attention similaire, avec quelques différences :
Quotidiennement ou hebdomadairement :
- Inspection visuelle pour détecter les fuites (particulièrement importante avec le carburant gazeux)
- Vérifier les niveaux d'huile et de liquide de refroidissement
- Vérifiez la pression et l'alimentation en carburant.
- Exercice sous charge
Mensuel:
- Inspection de la batterie
- vérification du filtre à air
- Évaluation de l'état des bougies d'allumage
- vérification du système de contrôle
Toutes les 500 à 1,000 heures de fonctionnement :
- Changement d'huile et de filtre
- Remplacement ou inspection des bougies d'allumage
- Vérification du système d'allumage
- Inspection du système de carburant
Annuellement:
- Remplacement du filtre à air
- Service de liquide de refroidissement
- vérification du calage de l'allumage
- Test de banc de charge
- Inspection du système d'émission
À long terme (tous les 3 à 5 ans) :
- Évaluation de l'état du moteur
- remplacement des composants d'allumage
- Réglage des soupapes
- Inspection du système d'échappement
La durée de fonctionnement normale d'un générateur à gaz naturel est de 4 000 à 12 000 heures par an, pour une charge nominale similaire. Il est également clair que la réduction hydraulique du régime moteur et l'utilisation d'un système de désenfumage constituent un moyen de préserver le moteur et d'améliorer son rendement.
Disponibilité des pièces et réseau de service
L'obstacle est à l'origine du problème et des coûts de maintenance. L'utilisation mondiale des groupes électrogènes diesel favorise le développement de leur distribution.
pièces de générateur diesel Ces produits sont largement disponibles dans le monde entier. Tous les principaux fabricants de moteurs (Cummins, Perkins, Deutz, Volvo, MTU) disposent de vastes réseaux de distribution internationaux. Les pièces d'entretien courantes (filtres, courroies, tuyaux, etc.) peuvent être achetées auprès de nombreux fournisseurs. Même les modèles de groupes électrogènes plus anciens sont fournis avec leurs propres kits de pièces détachées.
pièces de générateur à gaz naturel Ces pièces sont moins répandues. La réparation du générateur peut entraîner des délais d'approvisionnement, notamment pour les composants d'allumage, les pièces d'échappement spécifiques et les compartiments à carburant exposés adaptés à certains gaz. Dans certaines régions, pour les utilisateurs moins nombreux, l'accès à ces pièces peut s'avérer difficile.
La maintenance est cruciale pour diverses raisons, notamment la localisation du site d'acquisition et la disponibilité du personnel de maintenance. Il existe de nombreux spécialistes des groupes électrogènes diesel dans le monde. entretien du générateur Cela peut poser problème, notamment dans les régions isolées, où le professionnel est toujours réservé à l'avance.
Considérations environnementales et réglementaires
Comparaison des émissions
Les réglementations environnementales influencent de plus en plus le choix des générateurs. Comprendre les profils d'émissions permet de garantir leur conformité :
Générateurs diesel produire:
- Particules en suspension (PM) : Niveaux élevés nécessitant des filtres
- Oxydes d'azote (NOx) : émissions importantes, contrôlées par des systèmes SCR ou EGR.
- Monoxyde de carbone (CO) : Niveaux modérés
- Hydrocarbures (HC) : niveaux inférieurs à ceux de l’essence
- Dioxyde de carbone (CO2) : Coût par kWh inférieur à celui du gaz naturel grâce à une efficacité supérieure
Les moteurs diesel, notamment les plus récents (Tier 4 Final ou Stage V), permettent de contrôler efficacement les émissions grâce à une réduction de plus de 90 % des particules et des NOx par rapport aux moteurs non contrôlés. Cependant, cela engendre des complications et des coûts supplémentaires dont il faut tenir compte.
Générateurs de gaz naturel produire:
- Particules en suspension : minimales (quasi nulles sans post-traitement)
- Oxydes d'azote : inférieurs à ceux du diesel, mais toujours significatifs.
- Monoxyde de carbone : Taux similaire ou légèrement supérieur à celui du diesel
- Hydrocarbures : Augmentation des émissions de méthane imbrûlé (un puissant gaz à effet de serre)
- Dioxyde de carbone : plus élevé par kWh en raison d’un rendement moindre, malgré une teneur en carbone plus faible par BTU
Conformité réglementaire
La réglementation relative aux générateurs varie selon la juridiction et l'application :
États Unis:
- L'EPA réglemente les moteurs non routiers en vertu du titre 40 du CFR, partie 1039.
- La plupart des nouveaux groupes électrogènes diesel sont conformes à la norme Tier 4 Final.
- Les moteurs à gaz naturel sont soumis à des normes moins strictes, mais sont réglementés.
- Les réglementations étatiques et locales peuvent être plus restrictives (normes CARB de Californie).
Union européenne:
- Les normes d'émission Stage V s'appliquent aux moteurs diesel.
- Les moteurs à gaz naturel sont soumis à une réglementation relevant de différents cadres.
- La réglementation locale en matière de qualité de l'air influe sur les autorisations d'utilisation des générateurs.
Autres régions:
- La Chine met en œuvre les normes Chine IV et V, similaires aux normes européennes.
- L'Inde dispose de la réglementation Bharat Stage sur les émissions.
- De nombreux marchés en développement ont des normes moins strictes ou appliquées de manière incohérente.
Lors du choix d'un groupe électrogène, vérifiez la réglementation en vigueur et les réglementations futures prévues dans votre région. L'installation d'un groupe électrogène conforme aux normes les plus strictes garantit une durée de vie plus longue à mesure que la réglementation se durcit.
Durabilité et empreinte carbone
Les considérations de durabilité vont au-delà des émissions directes :
Les carburants, dont le diesel, sont produits à partir de pétrole brut. Or, le carbone est consommé non seulement lors de la combustion, mais aussi lors de l'extraction, du raffinage et du transport de ce carburant. C'est pourquoi le diesel est plus efficace que l'essence : la majeure partie de l'énergie qu'il contient est utilisée comme source d'énergie.
Le gaz naturel émet environ 30 % de gaz à effet de serre (GES) en moins par BTU que le gazole, grâce à son rapport hydrogène/carbone plus élevé. Pour les entreprises du secteur, cela représente un progrès considérable. Toutefois, les pertes de méthane, tant lors de l'extraction que du transport, réduisent considérablement cet avantage.
Des options de carburants renouvelables émergent pour les deux technologies :
- Le biodiesel et le diesel renouvelable peuvent réduire les émissions sur l'ensemble du cycle de vie des générateurs diesel.
- Le gaz naturel renouvelable (biogaz) offre un potentiel de neutralité carbone pour les unités de gaz naturel
Recommandations spécifiques à l'application
Meilleures applications des groupes électrogènes diesel
Les groupes électrogènes diesel excellent dans des scénarios spécifiques en fonction de leurs caractéristiques :
Chantiers de construction et sites isolés
L'entreprise de construction chargée de bâtir une autoroute dans une région reculée d'Afrique a opté pour des générateurs diesel plutôt que pour l'électricité du réseau. En effet, aucun pipeline n'était présent dans un rayon de 200 kilomètres. Les énergies renouvelables étaient impossibles à envisager et les essences locales ne suffisaient pas aux besoins de la population. C'est donc du diesel, vendu en citernes ou en fûts, qui a été acheminé sur le chantier et grâce auquel les travaux ont pu être menés à bien pendant 18 mois.
Le processus menant à une réunion sur site adéquate se déroule généralement en plusieurs étapes, notamment le développement de l'expertise et une étude de marché préliminaire. Une autre étape consiste en une étude exploratoire. La production d'embrayages, d'unités portables et rotatives plus coûteuses et de plus grande taille exige des investissements plus importants.
Charges industrielles lourdes
Les usines à forte demande énergétique privilégient généralement les moteurs diesel en raison de leur courant de démarrage élevé. Les moteurs diesel sont préférés pour les applications où la charge varie et où le débit de gaz entrant n'est pas adapté pour atteindre une charge stable. Les principales zones urbanisées qui utilisent ces trois types de moteurs les emploient à la fois comme alimentation de secours et comme alimentation principale.
Applications de secours
Depuis des décennies, des industries et des entreprises comme les hôpitaux et les centres de données privilégient le diesel en raison de ses performances éprouvées. La disponibilité de centres de maintenance à travers le monde et la rapidité de mise en service après le démarrage du moteur diesel confèrent à ce carburant un avantage certain : dans les situations où la moindre interruption de service est inacceptable, seules des technologies fiables sont déployées par mesure de sécurité.
Alimentation en veille avec besoins d'autonomie limités
La plupart des installations fonctionnant à temps partiel et nécessitant une alimentation de secours optent donc pour un groupe électrogène diesel, plus économique. Grâce à son faible coût initial et à ses exigences d'infrastructure réduites, ce type de groupe électrogène est privilégié pour les applications non continues.
Meilleures applications des générateurs à gaz naturel
Les générateurs à gaz naturel s'adaptent à différents profils de fonctionnement :
Installations raccordées au réseau avec accès aux pipelines
Un complexe de bureaux situé en plein cœur de Chicago a été construit avec un système de chauffage au gaz naturel. L'installation d'un générateur à gaz naturel n'a posé aucune difficulté, la majeure partie de l'infrastructure étant déjà en place. L'immeuble dispose d'un système de cogénération performant qui fournit électricité, chauffage et climatisation avec un rendement global supérieur à 80 %.
Il est plus rentable d'accroître l'offre et la demande d'électricité en augmentant l'approvisionnement en gaz qu'en installant des centrales diesel dans les zones déjà alimentées en gaz. Le gaz acheminé par gazoduc est privilégié par rapport aux autres sources d'énergie.
Exigences de fonctionnement continu
Toute unité de production en développement dont la consommation augmente – stations d'épuration, exploitation agricole et industrie manufacturière nécessitant un fonctionnement continu – bénéficie grandement de l'utilisation quasi continue du gaz naturel. Les sociétés de gestion de centrales au gaz naturel proposent un fonctionnement illimité des groupes électrogènes alimentés au gaz naturel lorsqu'un réseau de gazoducs est en place.
Environnements sensibles aux émissions
Dans certaines villes, on trouve des établissements de soins de proximité, des centres éducatifs, y compris des internats, et les restrictions mentionnées sont appliquées dans les régions concernées. Grâce à ses faibles émissions de particules et de NOx lors de la combustion, le gaz naturel ne pose pas de problème aux autorités ni au grand public concernant l'autorisation des centrales de production d'électricité. Une législation équilibrée joue également en faveur du gaz naturel, dont le fonctionnement est souvent plus silencieux que celui du diesel.
Applications de cogénération
Considérations relatives à l'approvisionnement et au stockage du carburant
Exigences de stockage du carburant diesel
Le stockage de carburant sur site nécessite une planification rigoureuse et le respect des réglementations en vigueur :
Planification de la capacité des réservoirs
Déterminez le stockage nécessaire en fonction de l'autonomie et de la fiabilité de l'approvisionnement en carburant. Les applications critiques exigent souvent une réserve de carburant sur site de 72 heures ou plus. À prendre en compte :
- Durée prévue de l'interruption de service dans votre région
- Logistique et délais de livraison du carburant
- Dégradation du carburant au fil du temps (le diesel dure de 6 à 12 mois avec un entretien approprié)
Exigences réglementaires
Le stockage du diesel est régi par la réglementation environnementale :
- Confinement secondaire (généralement 110 % de la capacité du réservoir)
- Plans de prévention et d'intervention en cas de déversement
- Tests réguliers d'intégrité des réservoirs
- systèmes de prévention du débordement
Cependant, ces besoins influent sur les dépenses et la structure des chaudières diesel. Le coût typique d'un stockage de diesel de 10 000 gallons, comprenant les réservoirs, les revêtements et le système de surveillance, varie de 50 000 $ à 150 000 $, additifs compris.
Gestion de la qualité du carburant
Le gazole stocké se dégrade avec le temps. La contamination par l'eau, la prolifération microbienne et l'oxydation réduisent la qualité du carburant. Les pratiques de gestion comprennent :
- Systèmes de purification du carburant pour le stockage à long terme
- Traitements biocides pour prévenir la croissance microbienne
- Contrôles réguliers du carburant
- Rotation des stocks de carburant
Exigences en matière d'infrastructures de gaz naturel
L'infrastructure d'approvisionnement en gaz naturel varie selon la source :
Connexion au pipeline
Le raccordement au réseau de distribution nécessite :
- Équipements de mesure et de régulation de pression
- Vannes d'arrêt d'urgence
- Odorisation (pour des raisons de sécurité)
- Coordination avec le fournisseur de services publics
Les coûts de connexion varient de 10 000 pour des connexions simples à Plus de 100 000 pour les installations industrielles complexes nécessitant des extensions ou des mises à niveau de canalisations.
Gaz naturel comprimé (GNC)
Là où les pipelines ne desservent pas, le GNC offre une alternative :
- Réservoirs de stockage haute pression (3 000 à 3 600 psi)
- Stations de compression pour le ravitaillement
- Remorques tubulaires pour la livraison
- Équipement de distribution spécialisé
Le GNC convient aux régions à consommation modérée et disposant d'une logistique de livraison fiable. Le stockage sous haute pression engendre des problèmes de sécurité et des exigences réglementaires supplémentaires.
Gaz Naturel Liquéfié (GNL)
Pour les applications à grand volume sans accès aux pipelines, le GNL offre un stockage à haute densité énergétique :
- Réservoirs de stockage cryogéniques (-260°F)
- Équipement de vaporisation
- Systèmes de sécurité sophistiqués
- Logistique de livraison spécialisée
L'infrastructure GNL coûte nettement plus cher que le diesel ou le GNC, mais elle permet un fonctionnement indépendant des pipelines pour les grandes installations.
Fiabilité de l'approvisionnement et disponibilité mondiale
La fiabilité de l'approvisionnement en carburant varie considérablement selon les régions :
Carburant Diesel
Ce phénomène est très répandu à l'échelle mondiale, l'utilisation du diesel étant particulièrement marquée dans les zones à forte consommation, ce qui nécessite même la mise en place de solutions de production d'énergie conteneurisées pour les régions non raccordées au réseau électrique. Toutefois, les prix des carburants fluctuent en fonction du cours du pétrole brut, et les capacités locales sont soumises aux contraintes liées à ces prix et aux chocs de la demande (par exemple, la réallocation de l'offre en cas de pénurie de stocks).
Gaz naturel
Les risques varient selon l'état de la chaîne d'approvisionnement. Les régions à forte production nationale (comme les États-Unis et certains pays du Moyen-Orient) disposent de dizaines de millions de barils de pétrole et bénéficient ainsi d'un approvisionnement stable et abordable. En revanche, les régions dépendantes des importations de gaz naturel liquéfié sont exposées à des chocs de prix et à un risque de pénurie.
Lors de l'évaluation de la fiabilité de l'approvisionnement, tenez compte des éléments suivants :
- maturité des infrastructures locales de carburant
- Fréquence historique des perturbations d'approvisionnement
- Options d'approvisionnement alternatives en cas d'urgence
- réserves stratégiques de carburant ou capacité à double carburant
Faire le bon choix pour votre exploitation
Cadre de décision
Le choix entre le diesel et le gaz naturel nécessite une évaluation systématique :
Étape 1 : Définissez vos besoins
- Puissance nécessaire (kW)
- Exigences en matière de temps d'exécution (heures par an, durée d'exécution continue maximale)
- Temps de réponse requis (secondes pour atteindre la pleine puissance)
- Caractéristiques de charge (stable, fluctuante, courant de démarrage élevé)
Étape 2 : Évaluer votre infrastructure
- Disponibilité et capacité des gazoducs
- Espace pour le stockage du carburant diesel
- Réglementations environnementales et exigences en matière d'émissions
- Raccordements aux services publics existants
Étape 3 : Calculer le coût total de possession
- coûts initiaux d'équipement et d'installation
- Prévisions des coûts du carburant sur 10 ans
- estimations des coûts de maintenance
- coûts d'infrastructure et d'autorisation
Étape 4 : Évaluer les facteurs de risque
- Fiabilité de l'approvisionnement en carburant dans votre région
- disponibilité des techniciens de maintenance
- robustesse de la chaîne d'approvisionnement en pièces détachées
- Probabilité de changement réglementaire
Étape 5 : Prendre en compte les facteurs stratégiques
- Objectifs de développement durable de l'organisation
- Plans d'expansion futurs
- contraintes spécifiques au site
- préférences opérationnelles à long terme
Quand choisir le diesel
Les générateurs diesel sont le bon choix lorsque :
- Il n'existe pas de gazoduc fiable à une distance de raccordement économique.
- L'application requiert une véritable portabilité (construction, opérations à distance).
- Une fiabilité maximale, associée à un support technique mondial, est primordiale.
- Un fonctionnement en climat froid est nécessaire sans infrastructure de chauffage au combustible.
- Les contraintes initiales de capital favorisent un prix d'achat plus bas
- Un démarrage rapide (moins de 10 secondes) est essentiel.
Le diesel reste le choix par défaut pour la plupart des applications d'alimentation de secours en raison de sa fiabilité éprouvée et de son indépendance vis-à-vis des infrastructures.
Quand choisir le gaz naturel
Les générateurs à gaz naturel conviennent lorsque :
- Un service de pipeline fiable est disponible à votre emplacement
- Une durée d'exécution continue ou prolongée est requise
- Les réglementations en matière d'émissions favorisent la réduction des émissions de NOx et de particules.
- L'intégration de la cogénération (chaleur et électricité) présente un avantage économique.
- Les économies réalisées sur le carburant justifient un investissement initial plus élevé.
- En milieu urbain, le stockage du diesel est difficile ou coûteux.
Le gaz naturel est une solution de plus en plus judicieuse pour les installations raccordées au réseau et ayant des besoins en énergie prévisibles et de longue durée.
Considérations hybrides
Certaines applications tirent profit des approches hybrides :
Générateurs à double carburant
Les centrales électriques fonctionnant au diesel, au gaz ou aux deux constituent une alternative intéressante, car elles peuvent s'appuyer sur plusieurs sources d'énergie. Ces systèmes utilisent le diesel pendant une courte période avant de passer au gaz naturel. De plus, leur fonctionnement est associé à une autonomie en diesel afin de pallier les pénuries d'approvisionnement en gaz par gazoduc.
Systèmes parallèles
L'installation de générateurs diesel et à gaz naturel permet de créer une synergie en matière d'ingénierie. En cas de panne de courant, le gaz naturel assure le redémarrage de l'alimentation pendant une période significative, tandis que le diesel est réservé à l'alimentation immédiate des charges nécessitant une forte puissance. Le fonctionnement du réseau électrique est facilement contrôlé par le système intégré de secours en cas de défaut.
Rénovation bicarburant
La conversion au bicarburant pourrait être une solution pour accroître la consommation de gaz sans pour autant mettre hors service les groupes électrogènes diesel. Cette alternative est particulièrement recommandée pour les projets ayant déjà mis en place des systèmes diesel visant à minimiser les coûts de carburant.
Conclusion
Choisir un groupe électrogène au gaz naturel ou au diesel est une décision qui aura des répercussions pendant de nombreuses années. Ces deux systèmes ont été utilisés avec succès dans de nombreux secteurs industriels. Toutefois, le choix le plus approprié dépendra principalement de vos besoins spécifiques, de votre situation géographique et de vos priorités.
Principaux enseignements de cette comparaison :
- Générateurs diesel Ces groupes électrogènes sont économiques, fiables et bénéficient d'une assistance mondiale. Ils peuvent fonctionner avec différents types de carburants. Particulièrement dans les zones non raccordées au réseau, ils constituent une solution idéale comme source d'alimentation de secours en cas d'urgence et pour les industries lourdes.
- Générateurs de gaz naturel Ces systèmes sont plus adaptés et plus rentables en présence d'un gazoduc, émettent de la chaleur, fonctionnent en série et en continu, tout en minimisant les émissions de gaz à effet de serre, notamment là où l'utilisation du diesel est moins pratique. On les retrouve plus fréquemment dans les zones urbaines ou les installations de cogénération.
- Coût total de possession L'analyse est importante, car elle ne doit pas se limiter au prix d'achat, mais prendre en compte l'ensemble des aspects économiques liés à l'acquisition. Les coûts d'appel, les réparations et les besoins en infrastructure doivent être considérés.
- Fiabilité de l'approvisionnement en carburant mérite une évaluation approfondie. Les systèmes dépendants des pipelines présentent des profils de risque différents de ceux du stockage de carburant sur site.
Il n'y avait pas de solution simple. L'usine de Singapour étant alimentée en gaz de ville de manière fiable, ce gaz était indispensable au fonctionnement continu des salles blanches. L'usine située en zone rurale au Vietnam, quant à elle, n'avait d'autre choix que d'utiliser du diesel, faute d'infrastructures adéquates. Dans les deux cas, le choix optimal s'est avéré être respectivement le gaz naturel et le diesel.
Choisissez une solution d'alimentation compatible avec le mode de fonctionnement prévu de votre système. Tenez également compte de vos besoins en infrastructure, du temps de fonctionnement et du confort requis, de la législation en vigueur et de la nature des menaces pesant sur le système. La capacité du générateur choisi garantira le fonctionnement du système pendant très longtemps.
