Stockage de froid : une solution pour la flexibilité et l efficacité énergétique

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1 Stockage de froid : une solution pour la flexibilité et l efficacité énergétique Unité de recherche des procédés frigorifiques Irstea - Antony Laurence Fournaison 1

2 Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture EPST, Établissement Public à caractère Scientifique et Technologique Tutelles de 2 ministères : Recherche et Agriculture Forte collaboration avec celui de l Ecologie 1600 collaborateurs : 1220 chercheurs, ingénieurs, doctorants et post-doc, 380 techniciens et administratifs 9 centres + 1 implantation (Strasbourg) 17 Unités de Recherche (UR) 5 Unités Mixtes de Recherche (UMR) avec Inra, AgroParisTech Budget 2015 : 109,5 M, dont 26 % de ressources propres 3 départements Eau : Ressources, milieux, usages, aléas et risques Ecotechnologies : Réseaux, épuration, déchets, froid, agroéquipements Territoires : Développement territorial, écologie, biodiversité, risques et vulnérabilité 2

3 Des systèmes et équipements frigorifiques efficaces pour l industrie et au service de la sécurité des aliments 2 équipes : Maîtrise des écoulements et des transferts dans les équipements et procédés frigorifiques (animateur : O. Laguerre) Energétique des installations frigorifiques (animateur : A. Delahaye) 3

4 Contexte de la réfrigération en France 15 % de la consommation d électricité 7 % d emissions de gaz à effet de serre Domaines d utilisation Agroalimentaire Plasturgie Pharmacie Chimie organique Electricité Dans l industrie agroalimentaire 24 MT d aliments usines (>200 kw) entrepôts (>2000 m3) supermarchés boutiques camions frigorifiques réfrigérateurs 4

5 Intérêt du stockage Avantages Flexibilité dans la gestion de production du froid Budget d électricité Puissances installées de la machine frigorifique (régime nominal) Dimensions de la machine & quantité de fluide frigorigène Faire fonctionner le système pendant la nuit - T amb plus faible : COP Pour le stockage des denrées : diminution de fluctuation de température, meilleure stabilité & qualité des produits Meilleure efficacité : diminution émission GES et consommation Inconvénients Système de gestion/contrôle plus complexe Investissement (dispositif de stockage) Volume supplémentaire pour le stockage Cinétique de chargement / déchargement (restitution ) de l énergie 5

6 Moyens Phase Eau (6 à 12 C) Glace (-8 à -2 C) Changement d état eau/glace Energie disponible 7 kwh.m -3 3,2 kwh.m -3 94,8 kwh.m -3 6

7 Critères de sélection du stockage Critères de propriétés physiques Energie disponible, par unité de volume Températures de stockage maximum et minimum Capacité de restitution Critères cinétiques Durée de charge et décharge, temps de réponse Critères de performance Pertes, efficacité, durée de vie, vieillissement Critères économiques Surcout, investissement, entretien. 7

8 Technologies de stockage de froid 8

9 Réservoir d eau stratifiée Principe: Eau refroidie au fond Eau de retour est déversée depuis le haut du réservoir. machine frigorifique consomme moins d énergie Ne convient pas pour les procédés industriels à température d eau <0 C 9

10 Système de type Cascade Banquise ou Ice Harvester Principe: Formation de glace sur l évaporateur Glace récoltée lors du cycle de dégivrage et tombe au fond du réservoir Puissance instantanée importante réactivité plus importante L unité de production de glace est relativement chère. 10

11 Bacs à glace de type fonte extérieure Principe : Lors du stockage, formation de glace à l extérieur des tubes Lors du déstockage Circulation du fluide frigoporteur à l extérieur des tubes puissance instantanée fournie importante lors de la demande de froid par rapport à la fonte interne Risque de pontage de la glace diminution puissance lors du déstockage 11

12 Bacs à glace de type fonte intérieure Principe : Lors du stockage, formation de glace à l extérieur des tubes Lors du déstockage, circulation du fluide frigoporteur à l intérieur des tubes Système constitué de plusieurs réservoirs de stockage en général Puissance décroît en fin de cycle. Plus faible que pour les bacs externes 12

13 Système encapsulé Principe : Le Matériau à Changement de Phase est à l intérieur de capsules ou nodules eux-mêmes stockés dans un réservoir Gamme large de température Vieillissement des capsules et pollution de l eau en cas de rupture 13

14 Coulis de glace Principe Fluide diphasique(liquisols) Particules de glace dispersées dans de l eau ou un mélange eau-alcool/sel/ Transporte 5 x plus d énergie qu un Frigoporteur monophasique Augmente les pertes de charges (pour des vitesses >1 m/s compensée par la diminution de débit) 14

15 Fluides frigoporteurs diphasiques Les hydrates de gaz Les émulsions Les coulis de glace Fluide porteur Fluide porteur M.C.P. M.C.P. Cemagref Les Fluides Frigoporteurs Diphasiques - FFD Transition de phase entre 5 C et 10 C Fluide porteur M.C.P. Fluide porteur Élément à changement de phase Fluide porteur Matrice (réseau de Polymères) Stabilité au cyclage thermique Résistance mécanique M.C.P. 15

16 Conclusions Répond aux contraintes européennes sur l utilisation des fluides frigorigènes Le stockage de froid peut être efficace Des temps de retours acceptables (<2ans) cuisine centrale d hôpital Nécessite des outils de contrôle 16

17 Merci de votre attention 17