ENR810 Énergies renouvelables Stockage thermique

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Edgar Desmarais
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ENR810 Énergies renouvelables Stockage thermique Pierre-Luc Paradis Chargé de cours pierre-luc@t3e.

1 ENR810 Énergies renouvelables Stockage thermique Pierre-Luc Paradis Chargé de cours Patrick Belzile, ing., M.ing. Daniel Rousse, ing., M.Sc.A., PhD Stéphane Hallé, M.Sc.A., Ph.D.

2 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 2

3 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 3

4 Introduction Pourquoi le stockage? Permet de gérer la variabilité des sources d énergies renouvelables Permet de déplacer l appel de puissance Réseau électrique 4

Introduction Réf: http://www.ifpenergiesnouvelles.

5 Introduction Réf: Les types de stockages Puissance Temps de décharge 5

6 Introduction Les types de stockages Liquid Metal Battery Donald Sadoway: The missing link to renewable energy he_missing_link_to_renewable_energy?langua ge=en#t

7 Introduction 80% de l énergie dans le secteur résidentiel est consommée sous forme de chaleur! 7

8 Introduction 2 options Production de cette chaleur à la demande Instantanée Utiliser un système de stockage pour gérer l appel de puissance nécessaire Décalage dans le temps 8

9 Introduction L exemple le plus simple? Il est utilisé dans pratiquement toutes les maisons québécoises Le chauffe-eau domestique V.S. 9

10 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 10

11 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 11

12 Principe de fonctionnement Le stockage thermique 2 types Sensible Latent Q mc T p Q : Puissance [W] m : Débit massique [kg/s] c p : Chaleur massique [J/kg K] T : Différence de température [ C] Q m h Q : Puissance [W] m : Débit massique [kg/s] h : Différence d'enthalpie [J/kg] 12

13 Principe de fonctionnement Deux facteurs clés: L inertie thermique Chaleur massique (sensible), c p Chaleur latente de fusion (latent), h sf La température maximale ou minimale 13

14 Principe de fonctionnement Intérêt du stockage latent Matériaux à changement de phase (MCP) Exemple de l eau (Accumulateur de glace) c 4,2 kj / kgk p h 334 kj / kg sf 14

15 Principe de fonctionnement Or Intérêt du stockage latent Matériaux à changement de phase (MCP) Exemple de l eau Pour une même capacité de stockage m c T m h c T sensible p latent sf p V sensible glace hsf cp T V c T latent eau p glace eau en climatisation T 20 4 C 16 C Donc V V sensible latent 6 15

16 Principe de fonctionnement Intérêt du stockage latent Matériaux à changement de phase (MCP) Exemple de l eau Pour une même capacité de stockage En pratique on parle plutôt d un facteur 2! Pourquoi? Le volume de la tuyauterie de l échangeur occupe beaucoup d espace! Pourquoi? 16

17 Principe de fonctionnement Au départ 17

18 Principe de fonctionnement Au temps t Augmente à mesure que la glace se forme! 18

19 Principe de fonctionnement Systèmes actifs V.S. Systèmes passifs: Systèmes actifs: Réservoirs d eau Boucles géothermiques Foyers de masse Systèmes passifs Soleil: Mur de brique Matériaux encapsulés dans les constructions 19

20 Principe de fonctionnement 20

21 Principe de fonctionnement 21

22 Principe de fonctionnement Durée: Courte durée (heures, jours, semaines, mois): Réservoirs d eau, roche, sol Longue durée (saisons, années): Grands réservoirs d eau, roche, sol, bassins solaires, aquifères 22

23 Principe de fonctionnement Réf: Déplacement de l appel de puissance 23

24 Principe de fonctionnement Réf: Déplacement de l appel de puissance 24

25 Principe de fonctionnement Réf: Déplacement de l appel de puissance 25

26 Principe de fonctionnement Déplacement de l appel de puissance 26

27 Principe de fonctionnement Revenons à l exemple du chauffe eau domestique 27

28 Principe de fonctionnement Chauffe-eau instantanée Système le plus efficace au point de vue énergétique Pourquoi? Aucune perte d énergie (pas de réservoir) Peut être localisé près des robinets Isolation des conduites 28

29 Principe de fonctionnement Chauffe-eau instantanée Q mc T p Un robinet 12 l/min 60 C 43 C (eau chaude) 4 C (eau froide en hiver) 29

30 Principe de fonctionnement Chauffe-eau instantanée Q mc T p Un robinet Q 32,76 kw P UI si U 240 V I 136,5 A Entrée électrique standard d une maison: 240[V] 200[A] 48[kW]? 30

31 Principe de fonctionnement Chauffe-eau instantanée Solution Utilisation du Gaz Naturel! 31

32 Principe de fonctionnement Réservoirs stratifiés: Eau froide entre au bas Eau chaude sort au haut Nouveau modèle à trois éléments électriques Réf.: Hydro-Québec 32

33 Principe de fonctionnement Réservoirs stratifiés: Niveau d isolation thermique Doit maintenir une température minimale pour empêcher le développement de la legionella T min =60 C Moins efficace (pertes thermiques) Qpertes UA T 33

34 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 34

35 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 35

36 Exemples ThermElect (Steffe s Corporation) Réf.: Moreau, A. 36

37 Exemples Accumulateur à changement de phase 37

38 Exemples Accumulateur de glace 38

39 Exemples Stockage courte durée et saisonnier Drake Landing 39

40 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 40

41 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 41

42 Le stockage latent Matériaux à changement de phase Organiques Paraffines Inertes, non-toxiques, prix relativement bas Point de fusion à 64 C L = 173,6 KJ/kg Sous-produits pétroliers Inorganiques Sels Métaux (300 C 3000 C) 42

43 Le stockage latent Avantages Grande capacité de stockage thermique par volume Eau liquide: 4,2 kj/kg K Liquide-solide: 334 kj/kg 1 kg latent équivalent à un ΔT sensible de 80 C Température constante 43

44 Le stockage latent Inconvénients Sous-refroidissement (surfusion) Modèles Convection Phase solide moins conductrice que liquide Pas complètement réversible Données des manufacturiers (niveau de confiance) Performances Durabilité Toxicité 44

45 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 45

46 Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 46

47 Conclusion Les systèmes de stockages ne permettent pas: Une réduction de la consommation d énergie! 47

48 Conclusion Les systèmes de stockages permettent: Une réduction de la facture énergétique Une plus grande flexibilité d opération Gestion de la demande De fournir une capacité de secours D étendre la capacité d'un système existant Dans certains cas De réduire l investissement en capital De réduire la taille d équipements D utiliser plus efficacement les équipements 48

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