NEO MAKİNA ve MÜHENDİSLİK A.Ş. conçoit des centrales électriques ORC (cycle organique de Rankine) qui produisent de l’électricité à partir de chaleur fatale, de sources géothermiques et de biomasse dans la plage de 90–300 °C, et les installe clé en main sous forme d’unités modulaires sur skid. Aux basses températures où les turbines à vapeur restent inefficaces, les systèmes ORC, qui fonctionnent sans consommer d’eau et sans opérateur, transforment la chaleur fatale en recettes dans les cimenteries, la sidérurgie, les verreries, les sites géothermiques et les installations de biogaz.
Comment fonctionne l’ORC
L’ORC repose sur le même principe thermodynamique que le cycle vapeur ; la différence est qu’il utilise, à la place de l’eau, un fluide organique à bas point d’ébullition.
- Évaporateur : le gaz chaud, l’eau ou l’huile thermique traverse l’échangeur de chaleur ; le fluide organique s’évapore à 80–150 °C et monte en pression.
- Turbine / détendeur : la vapeur organique sous pression entraîne une turbine radiale ou axiale ; l’alternateur raccordé produit de l’électricité.
- Condenseur : la vapeur d’échappement de la turbine se condense dans un condenseur refroidi par air ou par eau.
- Pompe de circulation : le fluide liquide est refoulé vers l’évaporateur ; le cycle fermé assure une production continue.
Domaines d’application et sources de chaleur
- Ciment et chaux : fumées du four rotatif et air du refroidisseur de clinker (250–400 °C).
- Sidérurgie et verre : fumées des fours à arc, des fours de recuisson et des fours de fusion.
- Géothermie : eaux de forage à enthalpie basse ou moyenne de 90–150 °C (cycle binaire).
- Biomasse et biogaz : huile surchauffée de la chaudière à biomasse ; chaleur des gaz d’échappement et de l’eau de refroidissement des moteurs à biogaz.
- Échappement des moteurs et des turbines à gaz : applications en cycle de queue (bottoming cycle) pour groupes électrogènes diesel et turbines à gaz.
Architecture technique
Turbo-alternateur
- Turbine à admission radiale : profil d’aube optimisé par CFD ; rendement isentropique de 85–90 %, adaptation aux débits variables.
- Détendeur à vis : option robuste à faible vitesse pour les sources à basse pression et fluctuantes (géothermie), où une tolérance à la vapeur humide est requise.
- Paliers et étanchéité : paliers lubrifiés à l’huile ou paliers magnétiques en option ; carter hermétique ou garniture mécanique, sans fuite de fluide.
Fluide de travail
- Choix selon la température de la source : R245fa, R134a ou fluides HFO de 4e génération (R1233zd(E), R1234ze ; ODP = 0, GWP < 1).
- Fluides non toxiques et ininflammables (classe A1) ; sécurité de l’installation sans exigence ATEX.
Échangeurs de chaleur et condenseur
- Évaporateurs à faisceau tubulaire selon la norme TEMA ou évaporateurs compacts à plaques brasées, dimensionnés par analyse du pincement (pinch).
- Condenseur refroidi par air avec ventilateurs EC à variateur ; pré-refroidissement adiabatique en climat chaud ; option refroidie par eau.
Électricité et automatisation
- Alternateur synchrone ou asynchrone (IP54) ; raccordement BT (400 V) ou MT (6,3–34,5 kV), relais de protection conformes à la réglementation du réseau.
- Option de fonctionnement en îlotage ; optimisation automatique à charge partielle, surveillance à distance.
Conception modulaire sur skid
- La turbine, l’alternateur, la pompe et les armoires sont montés en usine sur un châssis en acier unique ou dans un conteneur ISO.
- La tuyauterie (ASME B31.3), les essais de pression et le FAT sont réalisés en usine ; l’installation sur site se compte en jours.
Plage d’application typique
- Puissance électrique : 100 kWe – 5 MWe (par module) ; davantage avec des modules en parallèle
- Température de la source de chaleur : 90 – 300 °C (jusqu’à 350 °C avec huile thermique)
- Rendement électrique net : 8–20 % selon la température de la source
- Normes : PED 2014/68/EU, ASME B31.3, IEC 60034, CE
Avantages d’exploitation
- Électricité à basse température : la chaleur rejetée par la cheminée ou refroidie au prix d’une dépense d’énergie se transforme en recettes.
- Aucune consommation d’eau : cycle fermé ; pas de purge, de conditionnement de l’eau ni de coût de produits chimiques.
- Fonctionnement autonome : détecte les variations de la source de chaleur, passe automatiquement en charge partielle ; aucun opérateur 24 h/24 et 7 j/7.
- Longue durée de vie : grâce à la détente de vapeur sèche, pas d’érosion des aubes ; plus de 20 ans de durée de vie à basse vitesse et basse pression, maintenance réduite.
- Revenus supplémentaires : en plus des économies d’électricité, potentiel de certificats de réduction des émissions de carbone (VCS/Gold Standard).
Questions fréquentes
Quelle est la source de chaleur minimale pour un ORC ?
Pour une application économiquement viable, il faut généralement au moins 1–2 MWt de chaleur continue et une température supérieure à 90 °C. Par exemple, à partir de 10 t/h de fumées à 250 °C, on peut produire environ 150–250 kWe.
ORC ou turbine à vapeur ?
En dessous de 300 °C et de 5 MWe, l’ORC offre un meilleur rendement, une maintenance réduite et un fonctionnement sans eau. Pour les hautes températures et les grandes puissances, on privilégie les turbines à vapeur.
Quel est le délai de retour sur investissement ?
Selon la continuité de la source de chaleur et le prix de l’électricité, il est typiquement de 3–6 ans ; l’étude de faisabilité est établie à partir des données de procédé au stade de l’offre.
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