Energie Wasser Bern transforme 150 000 tonnes d'ordures ménagères par an en électricité et en chauffage urbain

Berne/Studen, février 2025. « C'est mon installation », déclare Daniel Berger avec un clin d'œil, tandis qu'il parcourt les 300 mètres de couloir de la centrale énergétique Forsthaus à Berne. Berger est coordinateur de projet et de chantier chez Energie Wasser Bern (ewb) et travaille depuis plus de 20 ans dans l'entreprise. « Son » installation, c'est une centrale électrique complexe et très efficace, encore toute jeune, dans laquelle ewb produit chaque année de l'électricité et de la chaleur à partir de 150 000 tonnes de déchets pour des clients de Berne et des environs - 365 jours par an et 24 heures sur 24. La centrale d'ewb a été mise en service en 2012, après que l'installation précédente soit devenue trop petite et n'ait pas pu être agrandie sur le site de l'époque, situé à seulement 150 mètres. La centrale énergétique Forsthaus comprend une usine d'incinération des déchets, une centrale à cycle combiné gaz et vapeur (CCG) ainsi qu'une centrale de chauffage au bois. Les cheminées s'élèvent à environ 70 mètres dans le ciel.

Les déchets sont brûlés sur une grille refroidie à l'air. Les gaz d'échappement sont à près de 1000 °C et sont aspirés dans une chaudière à quatre parcours en forme de teckel à travers d'innombrables tubes d'acier dans lesquels l'eau circule et est chauffée : « A l'avant de la chaudière se trouve l'eau d'alimentation à une température de 135 degrés Celsius », explique Daniel Berger, « à l'arrière, la température est de 400 degrés Celsius et la pression de 40 bars ».

La vapeur chaude est dirigée vers l'une des trois turbines de l'usine pour produire de l'électricité, en l'occurrence la turbine de 18 MW. Elle est équipée de deux vannes qui peuvent être branchées ou débranchées afin d'alimenter le réseau de chauffage urbain avec l'énergie produite, en alternative à la production d'électricité, via des condenseurs de chauffage. En outre, de la vapeur peut être prélevée pour les systèmes auxiliaires et deux gros clients à Berne.

Daniel Berger se montre enthousiaste quant à l'interaction des différents systèmes : « Du point de vue du rendement, c'est tout simplement génial. Grâce au couplage du chauffage urbain, nous atteignons un rendement de 88 à 90 pour cent. Sans cela, nous ne serions qu'à 35 ou 40 pour cent ! »

L'alimentation en air comprimé est une pièce maîtresse de l'immense centrale. Sans lui, rien ne fonctionne, souligne Berger. L'air comprimé est nécessaire pour d'innombrables soupapes de commande et de sécurité ainsi que pour l'air de travail. Une grande quantité d'air passe par ce que l'on appelle les cornets acoustiques, qui détachent la suie et la poussière des parois intérieures des tuyauteries au moyen d'ondes sonores. Les souffleurs de suie dans les catalyseurs de l'épuration des gaz ont également besoin d'air comprimé, tout comme les trois grandes turbines d'une puissance de 18, 28 et 38 mégawatts. Berger évoque également l'installation d'épuration des eaux usées et l'installation de lavage des cendres volantes, qu'il appelle affectueusement « Fluwa ». Leurs vannes de commande et de régulation sont également actionnées par de l'air comprimé.

« L'application la plus délicate de l'air comprimé est la mesure des émissions », explique le spécialiste. « Et ce parce que l'air comprimé doit être absolument exempt d'huile ». On sait à quel point cela peut être critique au moins depuis un incident survenu il y a quelques années, lorsqu'un serveur a été détruit dans la centrale de mesure en raison de fuites d'huile dans le système de conduites d'air comprimé.

La cause en était la station d'air comprimé de l'époque, qui se composait de trois compresseurs à injection d'huile et qui a causé des problèmes récurrents pendant plusieurs années. « Lors de l'appel d'offres pour l'approvisionnement en air comprimé du nouveau site, nous avions certes défini à l'époque le point de rosée sous pression, mais nous n'avions pas explicitement exigé que les compresseurs fonctionnent sans huile », explique Daniel Berger. Cela s'est avéré être une erreur au fil des ans, lorsque des fuites se sont produites à plusieurs reprises. « De plus, les anciens compresseurs avaient des problèmes avec les convertisseurs de fréquence. Nous devions donc faire venir régulièrement des techniciens de maintenance ». Selon Berger, un mécanicien passait en moyenne une journée entière toutes les une à deux semaines dans la centrale pour entretenir la station de compression et corriger les erreurs. C'est finalement l'incident au cours duquel l'ordinateur de mesure des émissions a été endommagé en raison d'une contamination par l'huile qui a incité à retirer les anciens compresseurs du réseau et à remplacer complètement la station, en utilisant de l'air comprimé sans huile.

Le contrat pour la nouvelle station a été attribué il y a un peu plus de trois ans au groupe industriel suédois Atlas Copco, qui a fourni trois compresseurs à vis non lubrifiés avec régulation de vitesse intégrée et sécheurs par adsorption intégrés. Les modèles ZR 90 VSD+ FF sont surveillés et commandés par le système de commande Optimizer 4.0 d'Atlas Copco. Elle fait fonctionner les compresseurs en alternance hebdomadaire et compense les variations de manière optimale. Grâce à leurs deux puissants moteurs à aimants permanents et à la technologie Neos-VSD+ de régulation de la vitesse de rotation, utilisée pour la première fois dans cette série, les compresseurs ZR fonctionnent de manière très efficace : par rapport aux compresseurs fonctionnant à vide à pleine charge, ils permettent de réaliser jusqu'à 35 % d'économies d'énergie - une valeur qui augmente encore de manière drastique en interaction avec la commande supérieure.

Pour stabiliser davantage le réseau, trois réservoirs d'air comprimé d'une capacité de 5'000 litres chacun ont été installés dans la salle des compresseurs ; deux étages plus haut se trouvent deux autres chaudières de 10'000 litres chacune. « Ces réservoirs compensent très bien les variations d'air comprimé », explique Berger. Afin de réduire les pics de charge, les experts d'ewb se sont également mis en contact avec Atlas Copco. Il a été décidé de faire fonctionner les installations d'épuration des gaz d'échappement, qui consomment beaucoup d'air comprimé, en différé. Cela permet d'aplatir les amplitudes. Entre-temps, explique Berger, toutes les machines et installations de l'usine sont si finement ajustées les unes aux autres qu'un seul des trois compresseurs suffit à alimenter toute la centrale en air comprimé. Il y a trois ans, lorsque la nouvelle station a été mise en service, il fallait encore mathématiquement 1,5 compresseur. Les deux autres sont disponibles en redondance pour des raisons de sécurité.

Les problèmes de fuites et de contamination par l'air comprimé contenant de l'huile appartiennent également au passé à Berne. En effet, la conception et l'étanchéité de la chambre à air des compresseurs ZR-VSD+ d'Atlas Copco assurent une séparation physique entre le circuit d'huile et le circuit d'air, ce qui empêche l'huile de pénétrer dans la chambre à air comprimé. L'air est ainsi comprimé sans aucune trace d'huile, conformément à la classe 0 de la norme ISO 8573-1.

Berger admet que certaines machines de la vaste centrale électrique n'auraient pas forcément besoin d'air comprimé sans huile. « Mais cela ne vaut pas la peine pour nous d'installer un deuxième réseau d'air comprimé de moindre qualité. C'est pourquoi la qualité de l'air est meilleure sur certaines machines qu'elle ne le devrait ». Du point de vue de l'économie d'entreprise, cela s'avère néanmoins rentable. Car autrefois, le point de rosée sous pression était un autre sujet récurrent, se souvient Berger : « Il devait se situer entre moins 35 et moins 38 degrés pour que l'air reste un tant soit peu pur. C'était souvent difficile à atteindre avec l'ancienne constellation ». Aujourd'hui, -30 °C suffiraient en principe, mais l'installation atteint facilement -80 °C environ.

Outre la station de mesure des émissions, le fait que l'air comprimé soit absolument exempt d'huile est également d'une importance décisive pour les vannes de régulation des turbines et la « Fluwa » : l'installation de lavage des cendres volantes, par exemple, a une lubrification à vie sans entretien, pour laquelle de l'huile supplémentaire serait contre-productive. Et pour les nombreux cylindres d'air comprimé, qui se déplacent des milliers de fois au cours de leur durée de vie, des lubrificateurs placés en amont se chargent de la lubrification nécessaire.

Outre la compression sans huile des compresseurs, les responsables ont accordé une grande importance à l'efficacité énergétique lors de l'appel d'offres pour la nouvelle station. En effet, l'ancienne station n'était pas encore amortie, raison pour laquelle elle aurait dû continuer à être exploitée. « Mais au vu des problèmes décrits, ce n'était pas une option pour nous », explique Berger. C'est notamment l'efficacité bien supérieure des compresseurs Atlas Copco qui a fait pencher la balance en notre faveur.

Dans ce contexte, Daniel Berger met en avant les sécheurs par adsorption extrêmement économiques d'Atlas Copco, intégrés dans les compresseurs. C'est ce que signifie l'abréviation « FF » sur la plaque signalétique, « Full Feature ». Dans ce cas, des sécheurs à tambour rotatif de type MDG, conçus pour des points de rosée sous pression stables de -40 °C (bien que, comme décrit plus haut, des valeurs encore plus basses soient atteintes dans la pratique), sont installés. Le MDG produit la haute qualité d'air comprimé en termes d'humidité résiduelle de manière bien plus efficace que les autres sécheurs. En effet, pour atteindre les points de rosée bas, il n'a pas besoin d'éléments de chauffage supplémentaires, ni de ventilateur, ni d'air de balayage. Il utilise plutôt la chaleur résiduelle des compresseurs pour sécher l'air comprimé. Sa puissance totale absorbée est ainsi inférieure à 0,2 kW, explique Berger. C'est beaucoup moins qu'avant la rénovation. En effet, dans l'ancienne installation d'air comprimé, l'air comprimé provenant des compresseurs était traité dans des sécheurs par adsorption à régénération à chaud installés en aval. « Ces sécheurs étaient de gros consommateurs d'énergie », explique Berger. « Ils nécessitaient 30 kilowatts, soit plus de 150 fois ce que nous consommons aujourd'hui ! »

Selon Berger, la commande supérieure, l'Optimizer 4.0, permet également d'économiser environ 10 à 15 % d'énergie. Un autre avantage est que les mécaniciens de l'entreprise n'ont plus besoin de vérifier quotidiennement que tout va bien, comme c'était le cas auparavant. Au lieu de « faire le tour de la grue et du compresseur » tous les jours, les collègues ne vérifient plus aujourd'hui qu'une fois par semaine de manière routinière l'état de la salle des compresseurs. Ils lisent la liste des alarmes de l'optimiseur et agissent si nécessaire. Les conducteurs de l'installation dans la salle de contrôle peuvent également surveiller l'optimiseur et lire quel est le point de rosée sous pression, quelle est la pression et quels sont les compresseurs en marche. Bien qu'il s'agisse de paramètres relativement peu nombreux, Berger est convaincu que l'Optimizer remplit parfaitement sa fonction, même sans surveillance : « Nous avons envisagé de commander la station de compression via notre propre système informatique ABB, mais nous avons décidé de ne pas le faire ». Cela aurait été trop compliqué et pas assez efficace. « L'Optimizer est exactement la solution qu'il nous faut » !

Daniel Berger se montre plus que satisfait de l'ensemble du package air comprimé sans huile, efficacité élevée et commande intelligente - et cite comme avantage supplémentaire le fait d'avoir un interlocuteur fixe chez son fournisseur : « L'organisation est tout simplement parfaite, même si Atlas Copco est un grand groupe », souligne-t-il. « S'il y a un problème, j'appelle Volker Batt ici en Suisse et il s'en occupe. Même s'il n'a pas la réponse ou la solution tout de suite, il envoie l'expert adéquat et le problème est résolu immédiatement ».

La transformation de la station d'air comprimé, qui a duré cinq jours, a d'ailleurs représenté un certain défi, car toute la centrale devait continuer à être alimentée en air comprimé sans interruption. Pour cela, ewb s'est procuré deux compresseurs de location, un générateur diesel et deux chaudières éoliennes mobiles, les a raccordés au réseau, a arrêté l'ancienne station et a installé la nouvelle. « C'était un peu comme une opération à cœur ouvert », se souvient Berger, “mais personne n'a rien remarqué”. Pour rester dans l'image : Le patient se portait bien, toutes les installations de la centrale ont continué à fonctionner sans problème. Le constructeur de tuyauteries a également été un partenaire important à cette époque : il a dû déplacer les tuyaux d'eau de refroidissement, installer des écoulements de condensat et poser de nouveaux tuyaux principaux, car les compresseurs Atlas Copco étaient plus grands que les anciens. Aujourd'hui, il ne reste plus qu'un seul morceau de tuyau, étrangement tordu, dans la salle des compresseurs, qui rappelle l'ancienne installation : « Nous n'avons pas pu enlever ou redresser ce morceau, car il devait rester en service tout le temps ! », explique Daniel Berger. « Mais ainsi, je garde toujours un souvenir de ce projet passionnant ».

(Auteur : Thomas Preuß, journaliste indépendant à Königswinter, Allemagne. www.turmpresse.de)