Making Things Smart. Smartgrid, Ajustement et Internet des Objets Quel avenir pour quelles applications industrielles?

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1 Olivier Hersent Président Jacques Guilpart Directeur Making Things Smart Smartgrid, Ajustement et Internet des Objets Quel avenir pour quelles applications industrielles? 1

2 Une transformation des mix énergétiques européens En 2012, 16% de la production d électricité française était d origine renouvelable, dont 12% d hydraulique. Croissance des énergies renouvelables dans le mix énergétique français La capacité installée de photovoltaïque est de 3,8 GW en 2012, soit une multiplication par près de 4 par rapport à 2010 et une production d électricité doublée par rapport à Selon le plan rendu à la Commission Européenne, la France devrait posséder plus de 62 GW de capacités d origines renouvelables, produisant 155 TWh, contre 89 TWh en GW 19 GW 1 GW 5 GW 1 GW 3 GW La capacité des panneaux solaires serait multipliée par 10 pour atteindre 5,4 GW et 25 GW d éoliennes (dont 6 GW d éoliennes en mer) seraient installés. Eolien Solaire Biomasse 2

3 L ouverture «complète» des marchés o La disparition des tarifs réglementés de vente (TRV) d électricité fin 2015 va entraîner une demande massive d offres innovantes de la part de consommateurs précédemment aux TRV. 1,7% Evolution moyenne des tarifs d électricité (en %) 5% 3,2% 3,2% 2% 2,7% 2% 2% o La majorité de ces sites n est aujourd hui pas en mesure de suivre finement sa consommation énergétique. o Ceci représente: Une barrière à l efficacité énergétique / aux effacements Une source d incertitude sur le montant des factures Tarifs réglementés Tarif bleu résidentiel Volume de consommation par type d offre 84% Tarif jaune professionnel Répartition au 30 Juin Tarif vert (sites industriels) 95% 0% Offres de marché 16% 5% Grands sites nonindustriels (181 TWh) Sites moyens nonindustriels (66 TWh) Les prix de l électricité devraient augmenter d environ 30% entre 2012 et

4 Qu est-ce qu un site flexible? Cas des entrepôts frigorifiques Cas des stations de pompage o L entreposage réfrigéré représente une part importante de la consommation énergétique mondiale (environ 15%) o Les compresseurs sont les éléments les plus consommateurs sur site. Ils sont configurés pour maintenir la température de l air entre -24 et -18 o Ces entrepôts sont flexibles grâce à leur grande inertie thermique : ils sont extrêmement bien isolés et conservent la qualité de leur stock pendant de nombreuses heures sans électricité o La majorité de la puissance électrique consommée par une station de distribution d eau potable est utilisée pour le pompage o Ce processus jouit d une grande flexibilité les pompes pouvant être contrôlées pour ne fonctionner que sur les heures où les prix de l électricité sont les moins élevés 4

5 L enjeu des courbes de charge en temps réel 1 2 Pour bénéficier d offres de fourniture innovantes et/ou mieux adaptées à vos besoins Pour lancer vos plans d optimisation énergétique affiné par site ou au plus près de vos processus Outil de suivi graphique et temps réel Relève multi-fluides (eau, gaz, électricité, variables d environnement ) Possibilité de développer des applications sur des capteurs existants 3 Pour améliorer votre performance métier et gagner en rentabilité Installation rapide sur compteur existant 4 Pour anticiper vos factures et éviter les erreurs de facturation de la part de votre fournisseur 5

6 Etude de cas télérelève multi-fluides Instrumentaton de capteurs multi-fluides Capteur de niveau de CO2 ThingPark Cloud Capteur de température API REST de développement d applications Capteur pour compteur électrique Capteur pour compteur de gaz Capteur d humidité (hygrométrie) Réseau ThingPark Wireless Infrastructure de stockage Big Data Activation et Gestion des objets connectés Outils d analyse graphique Une solution unique pour tous les fluides Utilisable sur les compteurs existants Utilisation possible en mode autonomie d énergie (harvesting) Connectivité très longue portée Inclut l outil de Datalogging et l historisation des données 6

7 L Architecture ThingPark Wireless o Le réseau ThingPark Wireless assure la connectivité entre les capteurs et les applications o 2 options de collecte sont disponibles: o Livraison vers le ThingPark Cloud avec stockage et mise à disposition des données via une API. o Livraison du trafic directement sur le site du système d information du client. o ThingPark Wireless respecte le standard ETSI M2M qui garantit l interopérabilité entre les applications et les capteurs utilisés. Customer Apps or Information System Vertical Apps ThingPark Cloud Infrastructure de stockage Big Data API REST de Développement ThingPark M2M Système de Supervision (OSS) Réseau ThingPark Wireless Objets connectés 7

8 8 PARTIE 2 Instrumenter pour valoriser sa flexibilité

9 Comment valoriser votre flexibilité de consommation Chiffres clés du marché français Les sites industriels flexibles peuvent être valorisés sur différents sous-jacents 15 GW De potentiel d effacement 1. En tant que marge de réserve de secours pour RTE 2. En tant que capacité d ajustement rapide 3. Comme capacité certifiée (2016) 4. Comme énergie d ajustement au fil de l eau 5. Sur les marchés SPOT en cas de pointe de prix /MW Valorisation annuelle par RTE de l effacement 3 à 20% De gains sur la facture d électricité pour un industriel qui s ajuste 9

10 Qu est-ce qu un site flexible? Cas des entrepôts frigorifiques Cas des stations de pompage o L entreposage réfrigéré représente une part importante de la consommation énergétique mondiale (environ 15%) o Les compresseurs sont les éléments les plus consommateurs sur site. Ils sont configurés pour maintenir la température de l air entre -24 et -18 o Ces entrepôts sont flexibles grâce à leur grande inertie thermique : ils sont extrêmement bien isolés et conservent la qualité de leur stock pendant de nombreuses heures sans électricité o La majorité de la puissance électrique consommée par une station de distribution d eau potable est utilisée pour le pompage o Ce processus jouit d une grande flexibilité les pompes pouvant être contrôlées pour ne fonctionner que sur les heures où les prix de l électricité sont les moins élevés 10

11 Comment utiliser l effacement pour valoriser votre flexibilité L ensemble de l infrastructure mise en place par Actility permet la valorisation et le suivi de tout type de flexibilité sur l ensemble des marchés disponibles 11

12 Processus d intégration simple avec les systèmes de gestion des entrepôts o Actility réalise un audit de vos salles des machines pour mieux comprendre les opportunités de gains : o o o Cycle mono-étagé Cycle bi-étagé avec CO2 en frigoporteur Cycle cascade Condenseur o Le potentiel d effacement est dépendant de la configuration de la technologie employée Bouteille BP o La technologie d interfaçage d Actility prend en compte les contraintes technologiques CP1 CP2 12

13 Intégration avec les automatismes du site o o Actility intègre l organisation de vos automatismes de façon à déterminer la meilleure façon de s intégrer avec votre système L intégration peut se faire avec: GTC Salle des Machines o o o La GTC si le site en dispose L armoire de commande de la salle des machines Les automates gérant les chambres froides et les tours de refroidissement Armoire de commande Automate propriétaire maître Automate propriétaire esclave Automate propriétaire esclave o Actility fournit en option un système de supervision en ligne si vous souhaitez disposer d une IHM pour supervision les procédés Chambre Froide 1 Chambre Froide 2 Automate régulateur local Automate régulateur local Ventilation & Dégivrage Ventilation & Dégivrage Température Température 13

14 Valorisation de la flexibilité et accès au marché 1 Déploiement de la solution technique 2 Mise en place du Processus de pilotage 3 Accès & valorisation sur les marchés o Actility instrumente et déploie une solution télécom d accès à votre système de contrôle o La solution a pour entrée des séquences de consignes émises en temps-réel par Actility et pour sortie les différentes consignes possibles de délestage o Actility nomme un responsable opérationnel et définit les échanges avec votre équipe o Les procédures d arrêt d un pilotage par Actility sont définis avec préavis o Actility vous fournit un récapitulatif des gains et des exigences des différents marchés o Actility génère les transactions sur les différents marchés 14

15 Principe de raccordement 15

16 Comment valoriser vos flexibilités o Actility vous propose plusieurs mécanismes de valorisation sur différents marchés. o Il vous est possible de cumuler les revenus de plusieurs marchés entre eux. Espace de valorisation Maturité (échéance) Détails Marchés SPOT J-1 H-2 Load shifting Mécanisme d Ajustement Appel d offre capacité A-1 Appel d offre RR/RC A-1 H-1 H-13 min Demand Response Problématique de pointe Réserves rapides/complémentair es Appel d offre régional M-5 Congestions locales 16

17 Comment valoriser votre flexibilité de consommation Chiffres clés du marché français Les sites industriels flexibles peuvent être valorisés sur différents sous-jacents 15 GW De potentiel d effacement 1. En tant que marge de réserve de secours pour RTE 2. En tant que capacité d ajustement rapide 3. Comme capacité certifiée (2016) 4. Comme énergie d ajustement au fil de l eau 5. Sur les marchés SPOT en cas de pointe de prix /MW Valorisation annuelle par RTE de l effacement 3 à 20% De gains sur la facture d électricité pour un industriel qui s ajuste 17

18 Quelles applications en froid domestique, industriel et commercial? Jacques Guilpart - MF Conseil 18

19 Le froid Un besoin de longue date Récolte de glace sur la Seine (vers 1780) Un métier oublié : Les tailleurs de glaciers La glacière du château de Versailles (vers 1750) Une glacière telle qu on en trouvait beaucoup 19

20 Le froid Un développement de longue date Le frigorifique de Charles Tellier (1876) Production de glace hydrique au diéthyl éther (vers 1860) Ice-man (vers 1910) Un autre métier oublié La première climatisation du capitole : par de la glace hydrique ventilée 20

21 Le froid : de luxe et de confort Le boom des années 30 (apparition des CFC) 21

22 Le froid est devenu une utilité indispensable Aujourd hui 22

23 Le froid : une utilité devenue indispensable Pour faire du froid? Facile... J appuie sur le bouton! Et ça marche (heureusement!) 23

24 Froid & alimentation La fameuse «chaîne du froid» Réfrigération domestique (1) réfrigérateurs / congélateurs (1) extrapolé de IIF 2014 (2) DGCCRF 2012 (3) INSEE 2011 (4) ADEME 2014 Distribution (2) hypermarchés supermarchés commerces de bouche (3) établissements de restauration (3) Entreposage (1) Plus de m 3 d entrepôts frigorifiques Transport (4) véhicules à température dirigée une queue de plus de km de véhicules Plus de 5% du trafic routier Un produit réfrigéré parcoure en moyenne 720 km entre son lieu de production et son lieu de consommation Plus de 800 km de linéaires à température dirigée 24

25 Froid & alimentation Le froid alimentaire, c est aussi le process Congélation / surgélation Texturation et formulation Beurre et matières grasses, chocolat, fromages, desserts lactés, crèmes glacées, Cryoconcentration cryoséparation Jus de fruits, mouts de raisin, acide tartrique (blancs, champagnes) Contrôle de fermentation Vins, bière, champagne Lyophilisation Alimentation infantile, plats préparés, poudres, 25

26 Froid & alimentation L agro alimentaire en France, c est : entreprises dont 98% de PME salariés 161 G de CA 62 millions de consommateurs ANIA M tonnes (en France) de produits traités par le froid 60 % du bol alimentaire des pays développés nécessite l application du froid: 530 kg/hab. an d aliments (solides), y compris 308 kg d aliments réfrigérés 42 kg d aliments congelés 26

27 Le froid, c est aussi la climatisation logements (3,6% du parc) (1) (1) MEDD m² dans le tertiaire (22,6% de la surface) (1) Les salles blanches des industries pharmaceutiques et électroniques Les datas centers Et de nombreuses autres applications (loisirs, médecine, pharmacie, métallurgie, gaz énergétiques, génie civil, ) 27

28 Le froid : des enjeux difficiles à peser Le froid en France, c est : 7,5% de la consommation électrique nationale (478 TWh) dont 3% (13,4 TWh) pour les applications alimentaires (1) 7 TWh en froid commercial 1,4 TWh en entreposage 5 TWh en industrie Au niveau mondial : 15 à 17% de l électricité produite sert à produire du froid (2) (1) CEREN 2013 (2) IIF

29 Le froid : des enjeux difficiles à peser Une prospective pessimiste : Démographie galopante, concentration urbaine Une règlementation sur l utilisation des frigorigènes Protocole Montréal => suppression des HCFC Protocole de Kyoto => contingentement des HFC HFO => Utilisation des cycles «alternatifs» NH3 Frigoporteurs (dont CO2) Cascades NH3-CO2, CO2 transcritique Augmentation de la consommation énergétique du froid de 10 à 20% dans les décennies à venir (hors croissance liée à la démographie et à l urbanisation) + une augmentation programmée des coûts de l énergie 29

30 Une prise ce conscience Au niveau des consommateurs de froid Nécessité de réduire, si ce n est la consommation, au moins la facture. Au niveau des producteurs distributeurs d énergie : Nécessité de mettre en adéquation demande, production, et distribution. => Notion d ajustement (voir présentation d Actility). et le froid dans tout ça : quel potentiel pour quelles applications? 30

31 Les spécificités du froid, leurs potentialités d ajustement Climatisation «confort» : tant que les occupants restent dans leur zone de de confort Domestique : gestion ± facile (au même titre que le chauffage) Clim (windows, split, VRD, ) Potentiel : la dizaine de kw unitaire Parc : plus de 10 6 uniités PAC Potentiel : la dizaine de kw unitaire Parc : unités Tertiaire : tant que le client ne de plaint pas Potentiel : de 50 à 350 kw Parc : unités «process» : tant que le process le permet (cas des data centers) Potentiel : de quelques centaines de kw à quelques MW Gisement : difficile à estimer ( 1 000?) 31

32 Les spécificités du froid, leurs potentialités d ajustement Alimentation En plein respect de la sacro-sainte chaîne du froid. Trois cas : Domestique Potentiel : quelques centaines de W Parc : unités Petites industries Potentiel : kw par unité Parc : entreprises, unités (problème) Grosses industries Potentiel : quelques centaines de kw (froid centralisé) Parc : sites de production 32

33 Les développements récents dans la R&D relative au froid Pack 1 (non abordé ici) Fluides mélanges HFC-HFO à bas GWP «Redécouverte» des fluides naturels (NH3 CO2 HC - R729 - R718) Travail sur les composants (adaptation) «Nouvelles» technologies (sorption, froid magnétique) Les cycles à compression de vapeur et changement de phase ont encore un bel avenir Pack 2 Le stockage de froid et le contrôle-commande prédictif Réflexion du Comité d Orientation de l Association Française du Froid (nov. 2013). 33

34 Mise en concordance des besoins et des disponibilités Prévoir ce qui va se passer + stocker / déstocker du froid. Construire des scénarios probables Météo (température, vent, ensoleillement, nébulosité, ) Production (lancement d une ligne, ouverture de portes, arrivée d un lot, ) Caractéristiques des équipements (inertie thermique, puissances, COP) Prédire les besoins frigorifiques en conséquence Échelles de temps adaptée ( quelques jours à quelques minutes) => Gérer le stock de froid en conséquence 34

35 Deux exemples intéressants Jeu sur l inertie thermique du stock, cas de l entreposage négatif (stockage / déstockage de froid) Ajustement possible de puissances allant jusqu à 500 kw f Night Wind EU project TNO (S. Van Der Sluis) Frisbee EU project 7eme PCRD IRSTEA (G. Alvarez, D. Leducq) 35

36 Deux exemples originaux Frisbee EU project 7eme PCRD IRSTEA (G. Alvarez, D. Leducq, M. Hoang) Développement d un réfrigérateur domestique à haute inertie thermique (jusqu à 9h d autonomie) Etude de l impact de la disposition d un matériau à changement de phase sur les fluctuations de température dans une enceinte (application : chambres froides positives, meubles frigorifiques de vente) 36

37 Un axe prioritaire de R&D : les MCP Sur les matériaux et leurs caractéristiques thermophysiques Eutectiques Coulis de glace Coulis d hydrates 37

38 Un axe prioritaire de R&D : les MCP Et sur leur mise en œuvre Macro encapsulation (nodules) Silo de stockage de coulis Cascade & banquise Micro / nano encapsulation (emballages, imprégnation de parois) Bacs à glace 38

39 Smartgrid et ajustement : Quelles applications en froid domestique, industriel et commercial? Le gisement est conséquent En termes de volume ( 14 TWh) Plus disparate en termes de puissance (de quelques centaine de W à plusieurs centaines de kw) Pourtant l application du concept d ajustement reste aujourd hui marginal dans le domaine du froid. Les quelques capacités de stockage de froid (herses + bacs à glace) sont actuellement démantelées (cout énergétique, maintenance, ) Les quelques groupes électrogènes de secours également 39

40 Smartgrid et ajustement : Quelles applications en froid domestique, industriel et commercial? Le besoin se fait sentir, Surtout au niveau industriel. L offre se développe dans le secteur. Les technologie permettant la mise en œuvre du concept se développent. Quelques verrous (psychologiques? ) restent à lever La connexion des objets n est pas forcément simple (ni souhaitée). Les enjeux économiques liés aux produits (alimentaires) ou à la satisfaction des clients (clim) restent prépondérants. 40