WO2008102083A1 - Method for extracting biogas and corresponding device - Google Patents

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WO2008102083A1
WO2008102083A1 PCT/FR2007/052381 FR2007052381W WO2008102083A1 WO 2008102083 A1 WO2008102083 A1 WO 2008102083A1 FR 2007052381 W FR2007052381 W FR 2007052381W WO 2008102083 A1 WO2008102083 A1 WO 2008102083A1
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measured
extraction
pressure
setpoint
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PCT/FR2007/052381
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French (fr)
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Thomas Lagier
Cyrille Lemoine
Marie Sylvain
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Veolia Proprete
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B1/00—Dumping solid waste
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
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    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/40—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to the field of biogas extraction. More specifically, according to a first aspect, the invention relates to a method for controlling the extraction of biogas from an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B), each set of extraction being connected to a respective manifold (70A, 70B) via a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A, 312A, 313A, 31B), the method comprising the steps of: providing a respective predetermined collector pressure (Pr) to each manifold (70A, 70B), and opening the control valve (10A, 10B) in a given position.
  • Pr collector pressure
  • Biogas extraction depends on internal parameters (type of waste, bacteria, amount of air / oxygen, age of waste), and parameters external to the enclosure. The distribution of production areas within a compound is heterogeneous.
  • the biogas extraction is controlled well by well.
  • the proposed system includes a sensor measurement device in each wellhead for measuring flow rate, vacuum, temperature, and O2 / CH4 / CO2 content of the extracted gas.
  • the measurement information is sent to a remote computer which, in return, with reference to a model, controls the respective opening / closing of a pneumatic control valve of each well, the pneumatic control valve for adjusting the flow of gas extracted wells per well.
  • the extraction of gas is based on a setpoint, dependent on weather forecasts, so that the setpoint is lowered in advance when weather forecasts provide for a drop in atmospheric pressure.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a solution to capture the biogas optimally, that is to say, the captured flow is equal to the flow rate produced by the waste.
  • the device according to the invention is essentially characterized in that it further comprises the steps of: measuring the value of a weather parameter external to the chamber, - calculating a global setpoint (dPci) of differential pressure as a function of the value of the measured meteorological parameter, measure the relative pressure (dPi) at at least one extraction unit, - compare the measured relative pressure with the setpoint (dPci), and make a change of position of the control valve ( 1OA, 10B) according to the result of the comparison.
  • the method further comprises the steps of: providing a first local setpoint (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a model of reference, the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said first local setpoint (dPcil).
  • the measured external meteorological parameter is comprised in the set comprising atmospheric pressure, outside temperature and rainfall.
  • the method further comprises the steps of: measuring the value of a physicochemical parameter of internal regulation included in the set (content of O2 / CH4 / CO2, temperature, pressure) at the level of at least one extraction set, comparing the measured value with a reference value , and provide a second local setpoint (dPci2) according to the result of the comparison, - the step of calculating the global setpoint
  • the reference model is constructed by a preliminary learning step, in which the evolution of the internal pressure in the waste mass is measured as a function of the value of the external parameter (s) and / or internal (s) measured.
  • the relative pressure obtained at the extraction system is dependent on the relative pressure value imposed on the collector by the biogas suction systems. In all cases the pressures
  • the invention also relates, in another of its aspects, to a device for controlling the extraction of biogas, capable of implementing the method according to the invention, the device comprising: an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B), each extraction assembly being connected to a respective manifold (70A, 70B) via a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A,
  • the device is essentially characterized in that it further comprises means for measuring the value of a weather parameter external to the enclosure, means for calculating a global differential pressure setpoint (dPci) as a function of the value. the meteorological parameter measured, - means for measuring the differential pressure (dPi) at at least one extraction unit, means for comparing the measured relative pressure with the set value (dPci), and - means for perform a change of position of the control valve (10A, 10B) according to the result of the comparison.
  • dPci global differential pressure setpoint
  • the device further comprises: means for providing a first local instruction (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a reference model , the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said first local instruction
  • the device according to the invention further comprises learning means, configured to measure the evolution of the internal pressure (Pi) as a function of the value of the external weather parameter (s) ( s) measured, the reference model being constructed from the means of learning.
  • learning means configured to measure the evolution of the internal pressure (Pi) as a function of the value of the external weather parameter (s) ( s) measured, the reference model being constructed from the means of learning.
  • the device further comprises: means for measuring the value of an internal physico-chemical parameter included in the set (O2 / CH4 / CO2 content) in at least one set of extraction, means for comparing the measured value with a reference value, and - means for supplying a second local instruction (dPci2) according to the result of the comparison, the global setpoint (dPci) being a function of said second local instruction ( dPci2).
  • the external disturbances can be taken into account. Now these external disturbances play a major role in the diffuse emissions, we can extract a few% more biogas compared to the prior art.
  • the invention thus makes it possible to damp the variations in biogas production due to external parameters, as well as internal parameters due to the operation of a plurality of networked speakers. Thanks to the invention, it is possible to extract a determined quality of biogas, that is to say a biogas having a determined content of methane in a given range. Maintaining a predetermined constant quality ensures optimal recovery of the biogas extracted, especially since the recovery systems do not accept significant variations in methane content.
  • the invention makes it possible to minimize variations in the quality of biogas related to atmospheric phenomena. In fact, when only the percentage of methane in a well is measured and controlled, the result of the depression disturbances is evaluated only a few hours later.
  • the depression can be adjusted at each well so that it can be adapted over time depending on the quality of the methane and the atmospheric variations, that is to say that the variation of depression applied through the model
  • FIG. 1 is a representation of a mode embodiment of the device according to the invention
  • - Figure 2 is a block diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises an enclosure 50 equipped with a first assembly 31A of first unitary extraction devices, in this case wells 311A, 312A, 313A, connected to a collector 70A by via a control valve 1OA.
  • the device may comprise at least a second set 31B of second unitary extraction devices, in this case a second well 311B connected to a collector 7OB through a control valve 1OB.
  • Each set may therefore include a plurality of unitary extraction devices and the device may include a plurality of networked assemblies as described later.
  • Each unitary extraction device hereinafter referred to as the well, comprises a suction head 41A, 42A,
  • each set includes a wellhead, respectively 20A and 20B.
  • the control valve 10A, 10B is mounted between the well heads 20A, 20B respectively and the respective primary collectors 7OA, 7OB.
  • the collectors 70A, 70B are connected to a main manifold 70 by a suitable pipe network, so that in other embodiments, the collectors 70A, 70B and 70 may be the same.
  • the device comprises means, not shown, such as a constant or variable flow pump, for supplying a collector pressure Pr, in the negative case, that is to say a vacuum dPci, to the collector (s). (s) 7OA, 7OB.
  • the device also comprises means 60, 10 for automatically selectively opening the control valve 10A, 10B respectively in a given position.
  • these means comprise control means 60, in this case a computer or an automaton.
  • the control means can directly control the control valve 10A, 10B. They comprise, or are coupled to, regulating means 10.
  • the regulating means comprise a first and a second regulator, they are configured for calculating and transmitting pressure instructions, which results in a change of valve position from control 10A, 10B according to different parameters, as described later.
  • control means 60 can be done by any known means, with or without wire, the control means 60 can therefore be arranged remotely.
  • the device according to the invention also comprises meteorological means 90 for measuring the value of at least one meteorological parameter external to the enclosure, in this case a pressure sensor for atmospheric pressure, a thermometer for temperature, and a Rain gauges for rainfall are arranged on the surface, preferably close to the enclosure 50.
  • meteorological means 90 communicate with the control means 60.
  • the control means 60 advantageously comprise prediction means, in this case a control model. reference in software form for predicting the evolution of the internal pressure Pi at each extraction set as a function of the value of the meteorological parameter (s) measured.
  • the value of the meteorological parameter (s) measured is compared with the reference model, so as to provide a first, so-called local, pressure setpoint dPcil, by a regulator R ". a first regulation loop.
  • the first control loop is said to be slow in that it takes into account the changes due to the outside diurnal / nocturnal conditions, season, and other atmospheric effects.
  • the first dPcil instruction allows to obtain a constant quality of the extracted biogas according to the set of gas quality (that is to say substantially the methane content included in the biogas), set by the operator.
  • the methane content represents an example of an internal parameter setpoint; in another embodiment it can be the depression dPi, the temperature of the gas, the content of O2 or CO2, etc.
  • the reference model is constructed by a prior learning step.
  • the learning consists, for example, in measuring the evolution of the internal pressure Pi as a function of the meteorological parameter (s) measured.
  • This evolution can be registered as a reference model in the control means 60.
  • the model can be established beforehand, and possibly updated continuously during operation of the enclosure. At a given moment, the measurement of a given meteorological parameter is compared to its nearest value in the model. The corresponding internal pressure is then estimated by the preliminary learning phase. Thanks to the reference model constructed with a learning step, it is possible to carry out a step of predicting the evolution of the internal pressure Pi as a function of the meteorological parameter (s) measured, and to provide an appropriate local dIpc instruction.
  • control means 60 Based on this prediction of the evolution of the internal pressure Pi, the control means 60 then issue a position change command of the control valve 1OA, 1OB.
  • the detection of an external weather variation makes it possible to anticipate, to predict the variation of biogas production, and thus the internal pressure Pi to a set of wells.
  • the level of methane extracted from the biogas remains constant.
  • the device according to the invention advantageously comprises, in addition, means for measuring the value of a physico-chemical parameter internal to the enclosure comprised in the assembly (O2 / CH4 / CO2 content, biogas quality, pressure, etc.) at least one well, in this case suitable sensors. Measurements of at least one of the parameters included in the set are preferably performed sequentially from one extraction head to another, and periodically.
  • the measured content is compared with a reference value, for example by the control means 60, which emit a second pressure setpoint dPci2, called local, allowing the positional change of the control valve 10A, 1OB as a function of the result of the comparison, the global setpoint dPci being a function of said second local setpoint dPci2.
  • the second setpoint dPci2 is provided by a regulator R'1 of the first regulation loop.
  • the regulation means 10 comprise a feedback loop, linking the value of the comparison and the value of the opening / closing of the control valve, so as to obtain a precise opening / closing (position), and not an all-or-nothing opening / closing.
  • the global pressure setpoint dPci is a function of the two local pressure setpoints dPcil, and dPci2, in particular the global setpoint dPci is the sum of the local setpoints dPcil + dPci2.
  • the first level of regulation therefore preferably comprises two regulators.
  • the prediction made at the regulator R "1 is corrected by the measurement carried out at the regulator R 1 I. This correction makes it possible at the same time to limit the introduction of air into the enclosure, therefore of oxygen, in case of increase of the atmospheric pressure, and to limit any leakage of methane, in the event of a drop in atmospheric pressure, thus the control valve position setpoint is calculated to always be at the optimum.
  • the device according to the invention can also undergo internal disturbances.
  • a biogas extraction site is a system comprising a plurality of devices as described and interconnected with a main manifold 70 via a network of pipes.
  • the main collector is connected to means 80 for treating the biogas (recovery, flare, etc.).
  • the device according to the invention comprises means for measuring the differential pressure dPi at the level of at least one extraction unit.
  • the measured relative pressure dPi is compared with a setpoint value dPci and a change of position of the control valve is made, according to the result of the comparison, by the regulator R1.
  • the regulator R1 sends a control signal opening / closing of the control valve, defining a depression value to be applied at this valve.
  • the regulator R1 has as input parameter at least the differential pressure, and possibly the local temperature, on either side of the valve considered, these variables being measured.
  • the regulator R1 has as its reference a differential pressure value determined dPci. If the measured differential pressure dPi is different from the setpoint value, the valve position is modified by regulation means 10, to obtain the differential pressure differential.
  • the control means 60 are advantageously used as means for comparing the measured relative pressure with a reference value, and as means for supplying, via the regulation means 10, a first setpoint change of position of the control valve as a function of the result. of the comparison.
  • the setpoint dPci is fixed, predetermined for each of the extraction heads.
  • this setpoint is advantageously determined as a function of the first control loop.
  • the external parameter is the external temperature, because the temperature influences the biological reactions and therefore the biogas production (decrease of activity with a drop in temperature, for example in winter). However, the influence of the temperature remains lower than the influence of the two following parameters (rainfall and pressure).
  • the external parameter is rainfall. There exists on the surface of an enclosure a so-called zone of web beat. These zones have a thickness of the order of magnitude of a few meters, typically 4-5 m. Because of their geological situation, these zones are alternately aerobic and anaerobic depending on the rainfall, and therefore unusable for methanogenesis because they are not maintained under strict anaerobic conditions.
  • these upper layers of the enclosure are clay (clay or other).
  • the clay works as an impermeable layer, and the capture flow can be increased.
  • the thickness of the beat zone is greatly reduced, or even almost zero, by controlling the extraction of biogas.
  • the invention advantageously anticipates the impact of rainfall on the extraction of biogas, since the precipitation causes clogging of the clay cover. This favors a reduction of the air inlets and allows the increase of the depression to be supplied in the mass of waste to capture more biogas. In addition, a drought period creates cracks in the cover and creates emissive zones.
  • the invention makes it possible to limit the inflow of air into the mass of waste, by regulating also the oxygen content present in the biogas.
  • the invention optimally captures the biogas, so as to avoid both the introduction of air and a methane emanation.
  • the surface of an enclosure may be of the order of magnitude of the hectare.
  • an atmospheric pressure variation of 2 mBar / h generates a change in volume of biogas of about 200 m3 / h, after a certain lag time ( transmission / inertia time of the device). With respect to oxygen, it inhibits methanogenesis.
  • measurement means can be provided in the extraction heads and a set point relating to the oxygen content at the first regulation level, so that the extracted oxygen does not exceed a certain amount, therefore to maintain a certain quality of the biogas.
  • measurement means can be provided in the waste mass, which reflects a possible air inlet into the chamber. The measured value can then be used in the second control loop.
  • cover 110 it is waterproof, or semi-permeable, according to local needs and regulations.
  • a waterproof cover makes it possible to use a larger depression, and therefore to extract more biogas.
  • the depression of the collector Pr is greater than or equal to the internal depression Pi of the waste mass, which ensures that the methane is not released into the atmosphere.
  • the invention can be implemented in particular according to two modes of operation.
  • the extraction of biogas greatly limits the diffusion of methane in the surrounding lands.
  • the flow can be maximized.
  • control systems which anticipate the internal / external disturbances maintain a constant quality of biogas over time.
  • the flow of methane extracted from the biogas can be maintained a predetermined value.

Abstract

The invention essentially relates to a method for controlling the extraction of a biogas from a housing (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B) connected to a manifold (70A, 70B) via a control valve (10A, 10B), said method comprising the following steps: providing a respective predetermined manifold pressure (Pr) for each manifold (70A, 70B), and opening the control valve (10A, 10B) in a given position. The method is essentially characterised in that it further comprises the following steps: measuring the value of a meteorological parameter outside the housing; calculating a global set point (dPci) of the control valve (0A, 10B) position based on the measured meteorological parameter value, and opening the control valve (10A, 10B) in a given position in response to the global set point (dPci).

Description

PROCEDE D'EXTRACTION DE BIOGAZ ET DISPOSITIF CORRESPONDANT . BIOGAS EXTRACTION METHOD AND CORRESPONDING DEVICE.
La présente invention concerne le domaine de l'extraction de biogaz. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses aspects, un procédé de contrôle de l'extraction de biogaz d'une enceinte (50) équipée d'au moins un ensemble d'extraction (31A, 31B), chaque ensemble d'extraction étant relié à un collecteur respectif (7OA, 70B) par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle respective (1OA, 10B) et comprenant au moins un dispositif unitaire d'extraction (311A, 312A, 313A, 31B), le procédé comprenant les étapes consistant à : fournir une pression de collecteur prédéterminée (Pr) respective à chaque collecteur (7OA, 70B), et ouvrir la vanne de contrôle (1OA, 10B) dans une position donnée.The present invention relates to the field of biogas extraction. More specifically, according to a first aspect, the invention relates to a method for controlling the extraction of biogas from an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B), each set of extraction being connected to a respective manifold (70A, 70B) via a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A, 312A, 313A, 31B), the method comprising the steps of: providing a respective predetermined collector pressure (Pr) to each manifold (70A, 70B), and opening the control valve (10A, 10B) in a given position.
L'extraction de biogaz dépend de paramètres internes (type de déchet, bactéries, quantité d'air/oxygène, âge des déchets), et de paramètres externes à l'enceinte. La répartition des zones de production au sein d'une enceinte est hétérogène.Biogas extraction depends on internal parameters (type of waste, bacteria, amount of air / oxygen, age of waste), and parameters external to the enclosure. The distribution of production areas within a compound is heterogeneous.
Il est connu de l'homme du métier le document de l'état de la technique antérieure US 6169962.It is known to those skilled in the art the document of the prior art US 6169962.
L'extraction de biogaz est contrôlée puits par puits. Le système proposé comprend un dispositif de mesure par capteurs dans chaque tête de puits pour la mesure du débit, du vide, de la température, et de la teneur en O2/CH4/CO2 du gaz extrait. Les informations de mesure sont envoyées à un ordinateur distant qui, en retour, par référence à un modèle, commande l'ouverture/fermeture respective d'une vanne pneumatique de contrôle de chaque puits, la vanne pneumatique de contrôle permettant d'ajuster le débit de gaz extrait puits par puits.The biogas extraction is controlled well by well. The proposed system includes a sensor measurement device in each wellhead for measuring flow rate, vacuum, temperature, and O2 / CH4 / CO2 content of the extracted gas. The measurement information is sent to a remote computer which, in return, with reference to a model, controls the respective opening / closing of a pneumatic control valve of each well, the pneumatic control valve for adjusting the flow of gas extracted wells per well.
Toutefois, un tel système ne permet pas de prendre en compte les perturbations de réseau, ni les perturbations d'extraction du fait de perturbations atmosphériques . II est également connu de l'homme du métier le document de l'état de la technique antérieure EP 1291093. Le procédé d'extraction de biogaz proposé par ce brevet est basé sur une mesure de pression relative entre la pression atmosphérique et la pression de gaz dans les déchets.However, such a system does not allow to take into account network disturbances or extraction disturbances due to atmospheric disturbances. It is also known to those skilled in the art the prior art document EP 1291093. The biogas extraction process proposed by this patent is based on a measurement of relative pressure between the atmospheric pressure and the pressure of the product. gas in the waste.
L'extraction de gaz est basée sur une consigne, dépendant de prévisions météorologiques, de sorte que la consigne soit abaissée à l'avance lorsque les prévisions météorologiques prévoient une baisse de pression atmosphérique.The extraction of gas is based on a setpoint, dependent on weather forecasts, so that the setpoint is lowered in advance when weather forecasts provide for a drop in atmospheric pressure.
Toutefois, une telle solution ne permet pas un captage optimal car celui-ci dépend d'une prévision météorologique, elle-même possédant un niveau d'incertitude plus ou moins élevé en valeur, dans le temps, et dans l'espace.However, such a solution does not allow optimal capture because it depends on a weather forecast, itself having a degree of uncertainty more or less high in value, in time, and in space.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution pour capter le biogaz de manière optimale, c'est-à-dire que le débit capté soit égal au débit produit par les déchets. Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci- avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre, les étapes consistant à : mesurer la valeur d'un paramètre météorologique externe à l'enceinte, - calculer une consigne globale (dPci) de pression différentielle en fonction de la valeur du paramètre météorologique mesuré, mesurer la pression relative (dPi) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, - comparer la pression relative mesurée à la valeur de consigne (dPci),et effectuer un changement de position de la vanne de contrôle (1OA, 10B) en fonction du résultat de la comparaison. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : fournir une première consigne locale (dPcil) par la comparaison de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s) à un modèle de référence, l'étape de calcul de la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite première consigne locale (dPcil).The present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a solution to capture the biogas optimally, that is to say, the captured flow is equal to the flow rate produced by the waste. With this objective in view, the device according to the invention, moreover, conforms to the preamble cited above. before, is essentially characterized in that it further comprises the steps of: measuring the value of a weather parameter external to the chamber, - calculating a global setpoint (dPci) of differential pressure as a function of the value of the measured meteorological parameter, measure the relative pressure (dPi) at at least one extraction unit, - compare the measured relative pressure with the setpoint (dPci), and make a change of position of the control valve ( 1OA, 10B) according to the result of the comparison. In one embodiment, the method further comprises the steps of: providing a first local setpoint (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a model of reference, the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said first local setpoint (dPcil).
Grâce à cette caractéristique, on peut anticiper les effets liés aux conditions climatiques sur la quantité de biogaz à capter.Thanks to this characteristic, it is possible to anticipate the effects related to climatic conditions on the quantity of biogas to be captured.
De préférence, le paramètre météorologique externe mesuré est compris dans l'ensemble comprenant la pression atmosphérique, la température extérieure et la pluviométrie.Preferably, the measured external meteorological parameter is comprised in the set comprising atmospheric pressure, outside temperature and rainfall.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, les étapes consistant à : mesurer la valeur d'un paramètre physicochimique de régulation interne compris dans l'ensemble (teneur en O2/CH4/CO2, température, pression) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, comparer la valeur mesurée à une valeur de référence, et fournir une deuxième consigne locale (dPci2) en fonction du résultat de la comparaison, - l'étape de calcul de la consigne globaleIn one embodiment, the method further comprises the steps of: measuring the value of a physicochemical parameter of internal regulation included in the set (content of O2 / CH4 / CO2, temperature, pressure) at the level of at least one extraction set, comparing the measured value with a reference value , and provide a second local setpoint (dPci2) according to the result of the comparison, - the step of calculating the global setpoint
(dPci) étant fonction de ladite deuxième consigne locale (dPci2).(dPci) being a function of said second local setpoint (dPci2).
De préférence, le modèle de référence est construit par une étape préalable d'apprentissage, dans laquelle l'évolution de la pression interne au massif de déchets est mesurée en fonction de la valeur du (des) paramètre (s) externe (s) et/ou interne (s) mesuré (s).Preferably, the reference model is constructed by a preliminary learning step, in which the evolution of the internal pressure in the waste mass is measured as a function of the value of the external parameter (s) and / or internal (s) measured.
Grâce à l'invention, on peut anticiper les variations liées aux conditions d'exploitations sur un réseau d'extraction de biogaz.Thanks to the invention, it is possible to anticipate variations related to the operating conditions on a biogas extraction network.
La pression relative obtenue au niveau du système d'extraction est dépendante de la valeur de pression relative imposée au niveau du collecteur par les systèmes d'aspiration du biogaz. Dans tous les cas les pressionsThe relative pressure obtained at the extraction system is dependent on the relative pressure value imposed on the collector by the biogas suction systems. In all cases the pressures
(dPi, Pr, Pi) sont des valeurs de pression différentielle par rapport à la pression atmosphérique.(dPi, Pr, Pi) are differential pressure values with respect to atmospheric pressure.
Pour cette raison, on utilisera indistinctement les notions de pression relative et pression différentielle. L'invention concerne également, selon un autre de ses aspects, un dispositif de contrôle de l'extraction de biogaz, susceptible de mettre en œuvre le procédé selon 1 ' invention, le dispositif comprenant : une enceinte (50) équipée d'au moins un ensemble d'extraction (31A, 31B), chaque ensemble d'extraction étant relié à un collecteur respectif (7OA, 70B) par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle respective (1OA, 10B) et comprenant au moins un dispositif unitaire d'extraction (311A,For this reason, one will use indistinctly the notions of relative pressure and differential pressure. The invention also relates, in another of its aspects, to a device for controlling the extraction of biogas, capable of implementing the method according to the invention, the device comprising: an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B), each extraction assembly being connected to a respective manifold (70A, 70B) via a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A,
312A, 313A, 31B), des moyens pour fournir une pression de collecteur (Pr) au (x) collecteur (s) respectif (s) (7OA, 70B), et - des moyens pour ouvrir la vanne de contrôle312A, 313A, 31B), means for supplying manifold pressure (Pr) to respective manifold (s) (70A, 70B), and - means for opening the check valve
(10A, 10B) dans une position donnée.(10A, 10B) in a given position.
Le dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens pour mesurer la valeur d'un paramètre météorologique externe à l'enceinte, des moyens pour calculer une consigne globale (dPci) de pression différentielle en fonction de la valeur du paramètre météorologique mesuré, - des moyens pour mesurer la pression différentielle (dPi) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, des moyens pour comparer la pression relative mesurée à la valeur de consigne (dPci) , et - des moyens pour effectuer un changement de position de la vanne de contrôle (10A, 10B) en fonction du résultat de la comparaison. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre : des moyens pour fournir une première consigne locale (dPcil) par la comparaison de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s) à un modèle de référence, l'étape de calcul de la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite première consigne localeThe device is essentially characterized in that it further comprises means for measuring the value of a weather parameter external to the enclosure, means for calculating a global differential pressure setpoint (dPci) as a function of the value. the meteorological parameter measured, - means for measuring the differential pressure (dPi) at at least one extraction unit, means for comparing the measured relative pressure with the set value (dPci), and - means for perform a change of position of the control valve (10A, 10B) according to the result of the comparison. In one embodiment, the device further comprises: means for providing a first local instruction (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a reference model , the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said first local instruction
(dPcil) . De préférence, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens d'apprentissage, configurés pour mesurer l'évolution de la pression interne (Pi) en fonction de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) externe (s) mesuré (s), le modèle de référence étant construit à partir des moyens d' apprentissage .(dPcil). Preferably, the device according to the invention further comprises learning means, configured to measure the evolution of the internal pressure (Pi) as a function of the value of the external weather parameter (s) ( s) measured, the reference model being constructed from the means of learning.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre : des moyens pour mesurer la valeur d'un paramètre physico-chimique interne compris dans l'ensemble (teneur en O2/CH4/CO2) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, des moyens pour comparer la valeur mesurée à une valeur de référence, et - des moyens pour fournir une deuxième consigne locale (dPci2) en fonction du résultat de la comparaison, la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite deuxième consigne locale (dPci2) .In one embodiment, the device further comprises: means for measuring the value of an internal physico-chemical parameter included in the set (O2 / CH4 / CO2 content) in at least one set of extraction, means for comparing the measured value with a reference value, and - means for supplying a second local instruction (dPci2) according to the result of the comparison, the global setpoint (dPci) being a function of said second local instruction ( dPci2).
Grâce à l'invention, les perturbations extérieures (météorologiques) peuvent être prises en compte. Or ces perturbations extérieures jouent un rôle majeur dans les émissions diffuses, on peut extraire quelques % de biogaz en plus par rapport à l'art antérieur.Thanks to the invention, the external disturbances (meteorological) can be taken into account. Now these external disturbances play a major role in the diffuse emissions, we can extract a few% more biogas compared to the prior art.
De même, grâce à l'invention les perturbations internes peuvent être compensées.Similarly, thanks to the invention the internal disturbances can be compensated.
L'invention permet donc d'amortir les variations de production de biogaz dues aux paramètres extérieurs, comme aux paramètres internes dus à l'exploitation d'une pluralité d'enceintes mises en réseau. Grâce à l'invention, on peut extraire une qualité déterminée de biogaz, c'est-à-dire un biogaz ayant une teneur déterminée en méthane dans une plage donnée. Le maintient d'une qualité constante prédéterminée permet d'assurer une valorisation optimale du biogaz extrait, en particulier du fait que les systèmes de valorisation n'acceptent pas de variations importantes de teneur en méthane .The invention thus makes it possible to damp the variations in biogas production due to external parameters, as well as internal parameters due to the operation of a plurality of networked speakers. Thanks to the invention, it is possible to extract a determined quality of biogas, that is to say a biogas having a determined content of methane in a given range. Maintaining a predetermined constant quality ensures optimal recovery of the biogas extracted, especially since the recovery systems do not accept significant variations in methane content.
L'invention permet en effet de minorer les variations de qualité du biogaz liées aux phénomènes atmosphériques. En effet, lorsque l'on mesure et contrôle uniquement le pourcentage de méthane sur un puits, la résultante des perturbations de dépression ne s'évalue que quelques heures après.The invention makes it possible to minimize variations in the quality of biogas related to atmospheric phenomena. In fact, when only the percentage of methane in a well is measured and controlled, the result of the depression disturbances is evaluated only a few hours later.
Grâce à l'invention la dépression peut être ajustée au niveau de chaque puits de sorte qu'elle peut être adaptée au cours du temps en fonction de la qualité du méthane et des variations atmosphériques, c'est-à-dire que la variation de dépression appliquée grâce au modèleThanks to the invention the depression can be adjusted at each well so that it can be adapted over time depending on the quality of the methane and the atmospheric variations, that is to say that the variation of depression applied through the model
(dPcil) permet de gérer le déséquilibre associé au changement de pression atmosphérique, les variations de qualité du biogaz en sont moindres. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une représentation d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et - la figure 2 est une représentation synoptique d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend une enceinte 50 équipée d'un premier ensemble 31A de premiers dispositifs unitaires d'extraction, en l'espèce des puits 311A, 312A, 313A, relié à un collecteur 7OA par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle 1OA. En outre, le dispositif peut comprendre au moins un deuxième ensemble 31B de deuxièmes dispositifs unitaires d'extraction, en l'espèce un deuxième puits 311B relié à un collecteur 7OB par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle 1OB. Chaque ensemble peut donc comprendre une pluralité de dispositifs unitaires d'extraction et le dispositif peut comprendre une pluralité d'ensembles montés en réseau comme décrit ultérieurement.(dPcil) makes it possible to manage the imbalance associated with the change of atmospheric pressure, the variations of quality of the biogas are smaller. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the following description given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a representation of a mode embodiment of the device according to the invention, and - Figure 2 is a block diagram of an embodiment of the method according to the invention. With reference to FIG. 1, the device according to the invention comprises an enclosure 50 equipped with a first assembly 31A of first unitary extraction devices, in this case wells 311A, 312A, 313A, connected to a collector 70A by via a control valve 1OA. In addition, the device may comprise at least a second set 31B of second unitary extraction devices, in this case a second well 311B connected to a collector 7OB through a control valve 1OB. Each set may therefore include a plurality of unitary extraction devices and the device may include a plurality of networked assemblies as described later.
Chaque dispositif unitaire d'extraction, ci après appelé puits comprend une tête d'aspiration 41A, 42A,Each unitary extraction device, hereinafter referred to as the well, comprises a suction head 41A, 42A,
43A, 41B pour la collecte de biogaz au sein de l'enceinte43A, 41B for the collection of biogas within the enclosure
50, et chaque ensemble comprend une tête de puits, respectivement 2OA et 20B.50, and each set includes a wellhead, respectively 20A and 20B.
La vanne de contrôle 10A, 10B est montée entre les têtes de puits 20A, 20B respectivement et les collecteurs primaires respectifs 7OA, 7OB. Les collecteurs 7OA, 7OB sont reliés à un collecteur principal 70 par un réseau de canalisations approprié, de sorte que dans d'autres modes de réalisation, les collecteurs 7OA, 7OB et 70 peuvent être les mêmes.The control valve 10A, 10B is mounted between the well heads 20A, 20B respectively and the respective primary collectors 7OA, 7OB. The collectors 70A, 70B are connected to a main manifold 70 by a suitable pipe network, so that in other embodiments, the collectors 70A, 70B and 70 may be the same.
Le dispositif comprend des moyens, non représentés, tels qu'une pompe à débit constant ou variable, pour fournir une pression de collecteur Pr, en l'espèce négative, c'est-à-dire une dépression dPci, au(x) collecteur (s) 7OA, 7OB. Le dispositif comprend aussi des moyens 60, 10 pour ouvrir sélectivement de manière automatique la vanne de contrôle 10A, 10B respectivement dans une position donnée. De préférence, ces moyens comprennent des moyens de pilotage 60, en l'espèce un ordinateur ou un automate. Les moyens de pilotage peuvent piloter directement la vanne de contrôle 10A, 10B. Ils comprennent, ou sont couplés à, des moyens de régulation 10. De préférence, les moyens de régulation comprennent un premier et un deuxième régulateur, ils sont configurés pour calculer et émettre des consignes de pression dont il résulte un changement de position de vanne de contrôle 10A, 10B en fonction de différents paramètres, comme décrit ultérieurement.The device comprises means, not shown, such as a constant or variable flow pump, for supplying a collector pressure Pr, in the negative case, that is to say a vacuum dPci, to the collector (s). (s) 7OA, 7OB. The device also comprises means 60, 10 for automatically selectively opening the control valve 10A, 10B respectively in a given position. Preferably, these means comprise control means 60, in this case a computer or an automaton. The control means can directly control the control valve 10A, 10B. They comprise, or are coupled to, regulating means 10. Preferably, the regulating means comprise a first and a second regulator, they are configured for calculating and transmitting pressure instructions, which results in a change of valve position from control 10A, 10B according to different parameters, as described later.
La communication entre les moyens de pilotage 60 et la vanne de contrôle 10A, 10B peut se faire par tout moyen connu, avec ou sans fil, les moyens de pilotage 60 peuvent donc être disposés à distance.The communication between the control means 60 and the control valve 10A, 10B can be done by any known means, with or without wire, the control means 60 can therefore be arranged remotely.
Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens météorologiques 90 pour mesurer la valeur d' au moins un paramètre météorologique externe à l'enceinte, en l'espèce un capteur de pression pour la pression atmosphérique, un thermomètre pour la température, et un pluviomètre pour la pluviométrie sont disposés en surface, de préférence à proximité de l'enceinte 50. Ces moyens météorologiques 90 communiquent avec les moyens de pilotage 60. Les moyens de pilotage 60 comprennent avantageusement des moyens de prédiction, en l'espèce un modèle de référence sous forme logicielle, pour prédire l'évolution de la pression interne Pi au niveau de chaque ensemble d'extraction en fonction de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s).The device according to the invention also comprises meteorological means 90 for measuring the value of at least one meteorological parameter external to the enclosure, in this case a pressure sensor for atmospheric pressure, a thermometer for temperature, and a Rain gauges for rainfall are arranged on the surface, preferably close to the enclosure 50. These meteorological means 90 communicate with the control means 60. The control means 60 advantageously comprise prediction means, in this case a control model. reference in software form for predicting the evolution of the internal pressure Pi at each extraction set as a function of the value of the meteorological parameter (s) measured.
A cet effet, la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s) est comparée au modèle de référence, de sorte à fournir une première consigne de pression, dite locale, dPcil, par un régulateur R"l d'une première boucle de régulation.For this purpose, the value of the meteorological parameter (s) measured is compared with the reference model, so as to provide a first, so-called local, pressure setpoint dPcil, by a regulator R ". a first regulation loop.
La première boucle de régulation est dite lente en ce qu'elle prend en compte les changements dus aux conditions extérieures diurnes/noctures, saison, et autres effets atmosphériques. La première consigne dPcil permet d'obtenir une qualité constante du biogaz extrait en fonction de la consigne de qualité de gaz (c'est-à-dire sensiblement le taux de méthane compris dans le biogaz) , fixée par l'opérateur. La teneur en méthane représente un exemple de consigne de paramètre interne ; dans un autre mode de réalisation il peut s'agir de la dépression dPi, de la température du gaz, de la teneur en 02 ou CO2, etc.The first control loop is said to be slow in that it takes into account the changes due to the outside diurnal / nocturnal conditions, season, and other atmospheric effects. The first dPcil instruction allows to obtain a constant quality of the extracted biogas according to the set of gas quality (that is to say substantially the methane content included in the biogas), set by the operator. The methane content represents an example of an internal parameter setpoint; in another embodiment it can be the depression dPi, the temperature of the gas, the content of O2 or CO2, etc.
De préférence, le modèle de référence est construit par une étape préalable d'apprentissage. L'apprentissage consiste, par exemple, à mesurer l'évolution de la pression interne Pi en fonction du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s). Cette évolution peut être enregistrée comme modèle de référence dans les moyens de pilotage 60. Le modèle peut être établi au préalable, et éventuellement mis à jour en continu, pendant l'exploitation de l'enceinte. A un instant donné, la mesure d'un paramètre météorologique donné est comparée à sa valeur la plus proche dans le modèle. La pression interne correspondante est alors estimée, par la phase préalable d' apprentissage . Grâce au modèle de référence construit avec une étape d'apprentissage, on peut réaliser une étape de prédiction de l'évolution de la pression interne Pi en fonction du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s), et fournir une consigne locale dPci appropriée.Preferably, the reference model is constructed by a prior learning step. The learning consists, for example, in measuring the evolution of the internal pressure Pi as a function of the meteorological parameter (s) measured. This evolution can be registered as a reference model in the control means 60. The model can be established beforehand, and possibly updated continuously during operation of the enclosure. At a given moment, the measurement of a given meteorological parameter is compared to its nearest value in the model. The corresponding internal pressure is then estimated by the preliminary learning phase. Thanks to the reference model constructed with a learning step, it is possible to carry out a step of predicting the evolution of the internal pressure Pi as a function of the meteorological parameter (s) measured, and to provide an appropriate local dIpc instruction.
En fonction de cette prédiction de l'évolution de la pression interne Pi, les moyens de pilotage 60 émettent alors une consigne changement de position de la vanne de contrôle 1OA, 1OB. Ainsi, la détection d'une variation météorologique extérieure permet d'anticiper, de prédire la variation de production du biogaz, donc la pression interne Pi à un ensemble de puits.Based on this prediction of the evolution of the internal pressure Pi, the control means 60 then issue a position change command of the control valve 1OA, 1OB. Thus, the detection of an external weather variation makes it possible to anticipate, to predict the variation of biogas production, and thus the internal pressure Pi to a set of wells.
La prédiction est liée à la loi des gaz parfaits PV = nRT . Si la variation de pression est connue (pression et température mesurées) , alors la variation de volume de biogaz produit dans l'enceinte est connue (calculée). En outre, un facteur de retard empirique, identifié in situ, plus des coefficients de porosité du milieu, etc. permettent de déterminer la variation de pression de part et d'autre de la vanne de contrôle. A titre illustratif, si la pression atmosphérique est constante et que la vanne de contrôle est ouverte, et que la membrane 110 est semi perméable, de l'air est aspiré dans l'enceinte et le méthane est dilué, ce qui n'est pas souhaitable.The prediction is related to the ideal gas law PV = nRT. If the pressure variation is known (measured pressure and temperature), then the variation in the volume of biogas produced in the chamber is known (calculated). In addition, an empirical retardation factor, identified in situ, plus porosity coefficients of the medium, etc. allow to determine the variation of pressure on both sides of the control valve. As an illustration, if the atmospheric pressure is constant and the control valve is open, and the membrane 110 is semi-permeable, air is drawn into the chamber and the methane is diluted, which is not desirable.
Grâce à l'invention, même si la pression atmosphérique varie, le taux de méthane extrait du biogaz reste constant.Thanks to the invention, even if the atmospheric pressure varies, the level of methane extracted from the biogas remains constant.
Le dispositif selon l'invention comprend avantageusement, en outre, des moyens pour mesurer la valeur d'un paramètre physico-chimique interne à l'enceinte compris dans l'ensemble (teneur en O2/CH4/CO2, qualité de biogaz, pression, etc.) au niveau d'au moins un puits, en l'espèce des capteurs appropriés. Les mesures de l'un au moins des paramètres compris dans l'ensemble sont effectuées de préférence séquentiellement d'une tête d'extraction à une autre, et périodiquement .The device according to the invention advantageously comprises, in addition, means for measuring the value of a physico-chemical parameter internal to the enclosure comprised in the assembly (O2 / CH4 / CO2 content, biogas quality, pressure, etc.) at least one well, in this case suitable sensors. Measurements of at least one of the parameters included in the set are preferably performed sequentially from one extraction head to another, and periodically.
La teneur mesurée est comparée à une valeur de référence, par exemple grâce aux moyens de pilotage 60, qui émettent une deuxième consigne de pression dPci2, dite locale, permettant le changement de position de la vanne de contrôle 1OA, 1OB en fonction du résultat de la comparaison, la consigne globale dPci étant fonction de ladite deuxième consigne locale dPci2. La deuxième consigne dPci2 est fournie par un régulateur R'1 de la première boucle de régulation.The measured content is compared with a reference value, for example by the control means 60, which emit a second pressure setpoint dPci2, called local, allowing the positional change of the control valve 10A, 1OB as a function of the result of the comparison, the global setpoint dPci being a function of said second local setpoint dPci2. The second setpoint dPci2 is provided by a regulator R'1 of the first regulation loop.
Avantageusement, les moyens de régulation 10 comprennent une boucle de rétroaction, liant la valeur de la comparaison et la valeur de l'ouverture/fermeture de la vanne de contrôle, de sorte à obtenir une ouverture/ fermeture (position) graduelle précise, et non une ouverture/fermeture de type tout ou rien.Advantageously, the regulation means 10 comprise a feedback loop, linking the value of the comparison and the value of the opening / closing of the control valve, so as to obtain a precise opening / closing (position), and not an all-or-nothing opening / closing.
Dans ce mode de réalisation, la consigne de pression globale dPci est fonction des deux consignes de pression locales dPcil, et dPci2, en particulier la consigne globale dPci est la somme des consignes locales dPcil+dPci2.In this embodiment, the global pressure setpoint dPci is a function of the two local pressure setpoints dPcil, and dPci2, in particular the global setpoint dPci is the sum of the local setpoints dPcil + dPci2.
Le premier niveau de régulation comprend donc de préférence deux régulateurs. Ainsi, la prédiction faite au niveau du régulateur R"l est corrigée par la mesure effectuée au niveau du régulateur R1I. Cette correction permet à la fois de limiter l'introduction d'air dans l'enceinte, donc d'oxygène, en cas d'augmentation de la pression atmosphérique, et de limiter les éventuelles fuites de méthane, en cas de baisse de la pression atmosphérique, ainsi la consigne de position de vanne de contrôle est calculée pour toujours être à l'optimum.The first level of regulation therefore preferably comprises two regulators. Thus, the prediction made at the regulator R "1 is corrected by the measurement carried out at the regulator R 1 I. This correction makes it possible at the same time to limit the introduction of air into the enclosure, therefore of oxygen, in case of increase of the atmospheric pressure, and to limit any leakage of methane, in the event of a drop in atmospheric pressure, thus the control valve position setpoint is calculated to always be at the optimum.
Outre les perturbations atmosphériques évoquées, le dispositif selon l'invention peut subir également des perturbations internes.In addition to the atmospheric disturbances mentioned, the device according to the invention can also undergo internal disturbances.
En exploitation, un site d'extraction de biogaz est un système comprenant une pluralité de dispositifs tels que décrit et reliés entre eux à un collecteur principal 70 par l'intermédiaire d'un réseau de canalisations. Le collecteur principal est relié à des moyens de traitement 80 du biogaz (valorisation, torchère, etc.).In operation, a biogas extraction site is a system comprising a plurality of devices as described and interconnected with a main manifold 70 via a network of pipes. The main collector is connected to means 80 for treating the biogas (recovery, flare, etc.).
Si pour diverses raisons l'une des canalisations du réseau est fermée, la dépression (constante) exercée au niveau du collecteur principal est répartie sur les autres canalisations. La dépression, donc le débit de captage augmente, avec le risque susmentionné d'introduction d'air dans l'enceinte. Grâce à l'invention, ce risque est éliminé en conservant un débit fixe au niveau de chaque vanne, ou plus exactement un débit maximal de biogaz en maintenant une qualité de gaz constante. L'asservissement de la position de vanne de contrôle à la mesure de la pression différentielle définit une deuxième boucle de régulation, mise en œuvre par un deuxième régulateur R2 des moyens de régulation 10. Cette deuxième boucle de régulation permet de configurer le dispositif de manière optimale à la production instantanée du méthane. Elle est dite rapide en ce qu'elle permet une adaptation à des changements rapides de production de biogaz. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend des moyens pour mesurer la pression différentielle dPi au niveau d'au moins un ensemble d' extraction .If for various reasons one of the pipes of the network is closed, the depression (constant) exerted at the level of the main manifold is distributed on the other pipes. Depression, therefore the capture flow increases, with the aforementioned risk of introduction of air into the enclosure. Thanks to the invention, this risk is eliminated by maintaining a fixed flow rate at each valve, or more accurately a maximum flow rate of biogas by maintaining a constant gas quality. Controlling the control valve position to the measurement of the differential pressure defines a second regulation loop, implemented by a second regulator R2 of the regulation means 10. This second regulation loop makes it possible to configure the device in such a way as to optimal for the instantaneous production of methane. It is said to be fast in that it allows adaptation to rapid changes in biogas production. For this purpose, the device according to the invention comprises means for measuring the differential pressure dPi at the level of at least one extraction unit.
La pression relative mesurée dPi est comparée à une valeur de consigne dPci et un changement de position de la vanne de contrôle est effectué, en fonction du résultat de la comparaison, par le régulateur Rl.The measured relative pressure dPi is compared with a setpoint value dPci and a change of position of the control valve is made, according to the result of the comparison, by the regulator R1.
C'est-à-dire qu'en fonction de la consigne dPci, le régulateur Rl envoie un signal de commande d'ouverture/fermeture de la vanne de contrôle, définissant une valeur de dépression à appliquer au niveau de cette vanne.That is to say that according to the setpoint dPci, the regulator R1 sends a control signal opening / closing of the control valve, defining a depression value to be applied at this valve.
Ainsi, le régulateur Rl a comme paramètre d'entrée au moins la pression différentielle, et éventuellement la température locale, de part et d'autre de la vanne considérée, ces variables étant mesurées. Le régulateur Rl a comme consigne une valeur de pression différentielle déterminée dPci . Si la pression différentielle mesurée dPi est différente de la valeur de consigne, la position de vanne est modifiée par des moyens de régulation 10, pour obtenir la pression différentielle de consigne. Les moyens de pilotage 60 sont avantageusement utilisés comme moyens pour comparer la pression relative mesurée à une valeur de référence, et comme moyens pour fournir, via les moyens de régulation 10, une première consigne changement de position de la vanne de contrôle en fonction du résultat de la comparaison.Thus, the regulator R1 has as input parameter at least the differential pressure, and possibly the local temperature, on either side of the valve considered, these variables being measured. The regulator R1 has as its reference a differential pressure value determined dPci. If the measured differential pressure dPi is different from the setpoint value, the valve position is modified by regulation means 10, to obtain the differential pressure differential. The control means 60 are advantageously used as means for comparing the measured relative pressure with a reference value, and as means for supplying, via the regulation means 10, a first setpoint change of position of the control valve as a function of the result. of the comparison.
De préférence, la consigne dPci est fixée, prédéterminée pour chacune des têtes d'extraction. En outre, cette consigne est avantageusement déterminée en fonction de la première boucle de régulation. L'utilisation de la pression différentielle comme variable de commande permet d'éliminer les perturbations liées aux variations de dépression du réseau d'extraction du biogaz, telles que : incident d'exploitation, isolation de sous partie du réseau, changement de régime des extracteurs.Preferably, the setpoint dPci is fixed, predetermined for each of the extraction heads. In addition, this setpoint is advantageously determined as a function of the first control loop. The use of differential pressure as a control variable makes it possible to eliminate the disturbances related to variations in the depression of the biogas extraction network, such as: operating incident, sub-network isolation, shifter regime change .
Au regard des paramètres météorologiques externes mesurés :With regard to the measured external meteorological parameters:
Dans un mode de réalisation, le paramètre externe est la température extérieure, car la température influe sur les réactions biologiques donc sur la production de biogaz (baisse d'activité avec une baisse de température, par exemple en hiver) . Toutefois, l'influence de la température reste inférieure à 1 ' influence des deux paramètres suivants (pluviométrie et pression) . Dans un mode de réalisation, le paramètre externe est pluviométrie. II existe en surface d'une enceinte une zone dite de battement de nappe. Ces zones ont une épaisseur de l'ordre de grandeur de quelques mètres, typiquement 4-5 m. Par leur situation géologique, ces zones sont alternativement aérobie et anaérobie en fonction de la pluviométrie, et par conséquent inutilisables pour la méthanogenèse car non maintenues en condition anaérobie stricte .In one embodiment, the external parameter is the external temperature, because the temperature influences the biological reactions and therefore the biogas production (decrease of activity with a drop in temperature, for example in winter). However, the influence of the temperature remains lower than the influence of the two following parameters (rainfall and pressure). In one embodiment, the external parameter is rainfall. There exists on the surface of an enclosure a so-called zone of web beat. These zones have a thickness of the order of magnitude of a few meters, typically 4-5 m. Because of their geological situation, these zones are alternately aerobic and anaerobic depending on the rainfall, and therefore unusable for methanogenesis because they are not maintained under strict anaerobic conditions.
Il est courant que ces couches supérieures de l'enceinte soient argileuses (glaise ou autre) . En cas de pluie, l'argile fonctionne comme une couche imperméable, et le débit de captage peut donc être augmenté.It is common that these upper layers of the enclosure are clay (clay or other). In case of rain, the clay works as an impermeable layer, and the capture flow can be increased.
En cas d'orage pluvieux par exemple, on peut par conséquent avoir une augmentation rapide (sous quelques heures) de la qualité du biogaz.In the event of a rain storm, for example, there may be a rapid increase (within a few hours) in the quality of the biogas.
Grâce à l'invention, l'épaisseur de la zone de battement est grandement diminuée, voire quasi nulle, par la maîtrise de l'extraction de biogaz.Thanks to the invention, the thickness of the beat zone is greatly reduced, or even almost zero, by controlling the extraction of biogas.
L'invention anticipe avantageusement l'impact de la pluviométrie sur l'extraction du biogaz, puisque les précipitations entraînent le colmatage de la couverture argileuse. Ceci favorise une diminution des entrées d'air et permet l'augmentation de la dépression à fournir dans le massif de déchets pour capter davantage de biogaz. En outre, une période de sécheresse entraîne la création de fissures dans la couverture et crée des zones émissives. L'invention permet de limiter les entrées d'air dans le massif de déchets, en régulant également sur le taux d'oxygène présent dans le biogaz. Dans un mode de réalisation, le paramètre externe est la pression atmosphérique. Quand la pression atmosphérique augmente, le volume de biogaz produit dans l'enceinte 50 diminue et le risque de capter de l'air augmente (PV = constante) .The invention advantageously anticipates the impact of rainfall on the extraction of biogas, since the precipitation causes clogging of the clay cover. This favors a reduction of the air inlets and allows the increase of the depression to be supplied in the mass of waste to capture more biogas. In addition, a drought period creates cracks in the cover and creates emissive zones. The invention makes it possible to limit the inflow of air into the mass of waste, by regulating also the oxygen content present in the biogas. In one embodiment, the external parameter is the atmospheric pressure. When the atmospheric pressure increases, the volume of biogas produced in the chamber 50 decreases and the risk of capturing air increases (PV = constant).
Inversement, quand la pression atmosphérique diminue, le volume de biogaz produit dans l'enceinte 50 augmente et le risque de fuite de biogaz dans l'atmosphère augmente.Conversely, when the atmospheric pressure decreases, the volume of biogas produced in the chamber 50 increases and the risk of leakage of biogas into the atmosphere increases.
De plus, si la pression pour le captage Pi est trop grande, le risque de dilution augmente (introduction d'air atmosphérique dans l'enceinte), et si la pression Pi est trop faible, le risque est d'augmenter la pression dans le massif de déchets, donc de perdre du biogaz dans l'atmosphère et d'inhiber les réactions de production de biogaz . L' invention permet de capter le biogaz de manière optimale, de sorte à éviter tant l'introduction d'air qu'une émanation de méthane.In addition, if the pressure for capturing Pi is too great, the risk of dilution increases (introduction of atmospheric air into the chamber), and if the pressure Pi is too low, the risk is to increase the pressure in the chamber. massive waste, thus losing biogas in the atmosphere and inhibiting the biogas production reactions. The invention optimally captures the biogas, so as to avoid both the introduction of air and a methane emanation.
A titre d'exemple, la surface d'une enceinte peut être de l'ordre de grandeur de l'hectare. Pour un volume de l'enceinte de l'ordre d'un million de m3, une variation de pression atmosphérique de 2 mBar/h génère une variation de volume de biogaz d'environ 200 m3/h, après un certain temps de latence (temps de transmission / d' inertie du dispositif) . Au regard de l'oxygène, celui-ci inhibe la méthanogenèse .For example, the surface of an enclosure may be of the order of magnitude of the hectare. For a volume of the enclosure of the order of one million m3, an atmospheric pressure variation of 2 mBar / h generates a change in volume of biogas of about 200 m3 / h, after a certain lag time ( transmission / inertia time of the device). With respect to oxygen, it inhibits methanogenesis.
On peut prévoir dans un mode de réalisation des moyens de mesure dans les têtes d'extraction et une consigne relative à la teneur en oxygène au premier niveau de régulation, de sorte à ce que l'oxygène extrait ne dépasse pas une certaine quantité, donc à maintenir une certaine qualité du biogaz. De même, on peut prévoir dans un autre mode de réalisation des moyens de mesure dans le massif de déchets, ce qui traduit une éventuelle entrée d'air dans l'enceinte. La valeur mesurée peut alors être utilisée dans la deuxième boucle de régulation.In one embodiment, measurement means can be provided in the extraction heads and a set point relating to the oxygen content at the first regulation level, so that the extracted oxygen does not exceed a certain amount, therefore to maintain a certain quality of the biogas. Similarly, one can provide in another embodiment of the measurement means in the waste mass, which reflects a possible air inlet into the chamber. The measured value can then be used in the second control loop.
Au regard de la couverture 110 (figure 1), celle-ci est étanche, ou semi-perméable, en fonction des besoins et des réglementations locales. Avantageusement, une couverture étanche permet d'utiliser une dépression plus importante, donc d'extraire plus de biogaz.Regarding the cover 110 (Figure 1), it is waterproof, or semi-permeable, according to local needs and regulations. Advantageously, a waterproof cover makes it possible to use a larger depression, and therefore to extract more biogas.
De préférence, la dépression du collecteur Pr est supérieure ou égale à la dépression interne Pi du massif de déchets, ce qui permet de garantir que le méthane n'est pas relâché dans l'atmosphère. L'invention peut être mise en œuvre notamment selon deux modes d'exploitation.Preferably, the depression of the collector Pr is greater than or equal to the internal depression Pi of the waste mass, which ensures that the methane is not released into the atmosphere. The invention can be implemented in particular according to two modes of operation.
Dans un premier mode d'exploitation, on vise à valoriser le biogaz, c'est-à-dire à obtenir un taux de méthane constant dans le gaz extrait, et obtenir un flux (concentration x débit) maximal.In a first mode of exploitation, one aims to valorize the biogas, that is to say to obtain a constant rate of methane in the extracted gas, and to obtain a flow (concentration x flow) maximum.
Avantageusement, l'extraction de biogaz limite grandement la diffusion de méthane dans les terrains environnants .Advantageously, the extraction of biogas greatly limits the diffusion of methane in the surrounding lands.
Dans un deuxième mode d'exploitation, pour les sites en fin de vie et comprenant la ou les enceintes selon l'invention, on peut maximiser le fluxIn a second mode of operation, for sites at the end of their life and comprising the speaker or enclosures according to the invention, the flow can be maximized.
(teneur*débit) d'extraction de méthane, en particulier pour des questions de sécurité, et de gaz à effet de serre, tout en garantissant une teneur minimale en méthane nécessaire au fonctionnement d'une torchère.(content * flow) of methane extraction, in particular for safety reasons, and greenhouse gases, while guaranteeing a minimum methane content necessary for the operation of a flare.
Grâce à l'invention, l'ensemble des systèmes de contrôle (boucles de régulation) qui anticipent les perturbations internes / externes permet de maintenir une qualité de biogaz constante dans le temps.Thanks to the invention, all the control systems (control loops) which anticipate the internal / external disturbances maintain a constant quality of biogas over time.
Grâce à l'invention, le flux de méthane extrait du biogaz à peut être maintenu une valeur prédéterminée. Thanks to the invention, the flow of methane extracted from the biogas can be maintained a predetermined value.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle de l'extraction de biogaz d'une enceinte (50) équipée d'au moins un ensemble d'extraction (31A, 31B), chaque ensemble d'extraction étant relié à un collecteur respectif (7OA, 70B) par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle respective (1OA, 10B) et comprenant au moins un dispositif unitaire d'extraction (311A, 312A, 313A, 31B), le procédé comprenant les étapes consistant à : fournir une pression de collecteur prédéterminée (Pr) respective à chaque collecteur (7OA, 70B), et ouvrir la vanne de contrôle (10A, 10B) dans une position donnée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, les étapes consistant à : mesurer la valeur d'un paramètre météorologique externe à l'enceinte, - calculer une consigne globale (dPci) de pression différentielle en fonction de la valeur du paramètre météorologique mesuré, mesurer la pression relative (dPi) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, - comparer la pression relative mesurée à la valeur de consigne (dPci),et effectuer un changement de position de la vanne de contrôle (10A, 10B) en fonction du résultat de la comparaison. 1. A method for controlling the extraction of biogas from an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A, 31B), each extraction assembly being connected to a respective manifold (70A, 70B) through a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A, 312A, 313A, 31B), the method comprising the steps of: providing a predetermined collector pressure (Pr) respectively to each manifold (70A, 70B), and open the control valve (10A, 10B) in a given position, characterized in that it further comprises the steps of: measuring the value of a external meteorological parameter to the enclosure, - calculating an overall differential pressure setpoint (dPci) as a function of the measured meteorological parameter value, measuring the relative pressure (dPi) at the level of at least one extraction unit, - comparing the relative pressure measured at the value setpoint (dPci), and make a change of position of the control valve (10A, 10B) according to the result of the comparison.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape consistant à : fournir une première consigne locale (dPcil) par la comparaison de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s) à un modèle de référence, - l'étape de calcul de la consigne globaleThe method of claim 1, further comprising a step of: provide a first local instruction (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a reference model, - the step of calculating the global setpoint
(dPci) étant fonction de ladite première consigne locale (dPcil).(dPci) being a function of said first local setpoint (dPcil).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le paramètre météorologique externe mesuré est compris dans l'ensemble comprenant la pression atmosphérique, la température extérieure et la pluviométrie.The method of claim 2, wherein the measured external meteorological parameter is comprised in the set comprising atmospheric pressure, outdoor temperature and rainfall.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes consistant à : - mesurer la valeur d'un paramètre de régulation interne compris dans l'ensemble (teneur en O2/CH4/CO2, pression, température) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, comparer la valeur mesurée à une valeur de référence, et fournir une deuxième consigne locale (dPci2) en fonction du résultat de la comparaison, l'étape de calcul de la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite deuxième consigne locale (dPci2) .The method according to any one of the preceding claims, further comprising the steps of: - measuring the value of an internal regulation parameter included in the set (O2 / CH4 / CO2 content, pressure, temperature) at level of at least one extraction set, comparing the measured value with a reference value, and supplying a second local setpoint (dPci2) according to the result of the comparison, the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said second local instruction (dPci2).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le modèle de référence est construit par une étape préalable d'apprentissage, dans laquelle l'évolution de la pression interne au massif de déchets de l'enceinte est mesurée en fonction de la valeur du (des) paramètre (s) externe (s) et/ou interne (s) mesuré (s). 5. Method according to any one of claims 2 to 4, wherein the reference model is constructed by a prior learning step, wherein the change in the internal pressure of the waste mass of the enclosure is measured in depending on the value of the parameter (s) external (s) and / or internal (s) measured (s).
6. Dispositif de contrôle de l'extraction de biogaz, susceptible de mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif comprenant : - une enceinte (50) équipée d'au moins un ensemble d'extraction (31A, 31B), chaque ensemble d'extraction étant relié à un collecteur respectif (7OA, 70B) par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle respective (1OA, 10B) et comprenant au moins un dispositif unitaire d'extraction (311A, 312A, 313A, 31B), des moyens pour fournir une pression de collecteur (Pr) au (x) collecteur (s) respectif (s) (7OA, 70B), et des moyens pour ouvrir la vanne de contrôle (10A, 10B) dans une position donnée, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens pour mesurer la valeur d'un paramètre météorologique externe à l'enceinte, des moyens pour calculer une consigne globale (dPci) de pression différentielle en fonction de la valeur du paramètre météorologique mesuré, - des moyens pour mesurer la pression différentielle (dPi) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, des moyens pour comparer la pression relative mesurée à la valeur de consigne (dPci) , et - des moyens pour effectuer un changement de position de la vanne de contrôle (10A, 10B) en fonction du résultat de la comparaison. 6. Device for controlling the extraction of biogas, capable of implementing the method according to any one of the preceding claims, the device comprising: - an enclosure (50) equipped with at least one extraction assembly (31A , 31B), each extraction assembly being connected to a respective manifold (70A, 70B) via a respective control valve (10A, 10B) and comprising at least one unitary extraction device (311A, 312A). , 313A, 31B), means for supplying a manifold pressure (Pr) to the respective manifold (s) (70A, 70B), and means for opening the check valve (10A, 10B) in a given position, characterized in that it further comprises means for measuring the value of a weather parameter external to the chamber, means for calculating a global setpoint (dPci) of differential pressure as a function of the value meteorological parameter measured, - means for measuring the press differential ion (dPi) at at least one extraction assembly, means for comparing the measured relative pressure with the reference value (dPci), and - means for effecting a change of position of the control valve ( 10A, 10B) according to the result of the comparison.
7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant en outre : des moyens pour fournir une première consigne locale (dPcil) par la comparaison de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) mesuré (s) à un modèle de référence, l'étape de calcul de la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite première consigne locale7. Device according to claim 6, further comprising: means for providing a first local instruction (dPcil) by comparing the value of the meteorological parameter (s) measured with a reference model , the step of calculating the global setpoint (dPci) being a function of said first local instruction
(dPcil) . (dPcil).
8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant en outre des moyens d'apprentissage, configurés pour mesurer l'évolution de la pression interne (Pi) en fonction de la valeur du (des) paramètre (s) météorologique (s) externe (s) mesuré (s), le modèle de référence étant construit à partir des moyens d' apprentissage .8. Device according to claim 7, further comprising learning means, configured to measure the evolution of the internal pressure (Pi) as a function of the value of the external weather parameter (s) (s). ) measured (s), the reference model being constructed from the means of learning.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant en outre : des moyens pour mesurer la valeur d'un paramètre physico-chimique interne compris dans l'ensemble (teneur en O2/CH4/CO2) au niveau d'au moins un ensemble d'extraction, des moyens pour comparer la valeur mesurée à une valeur de référence, et - des moyens pour fournir une deuxième consigne locale (dPci2) en fonction du résultat de la comparaison, la consigne globale (dPci) étant fonction de ladite deuxième consigne locale (dPci2) . 9. Device according to any one of claims 6 to 8, further comprising: means for measuring the value of an internal physico-chemical parameter included in the set (O2 / CH4 / CO2 content) at the level of at least one extraction unit, means for comparing the measured value with a reference value, and - means for supplying a second local setpoint (dPci2) according to the result of the comparison, the global setpoint (dPci) being a function said second local instruction (dPci2).
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