Optimisation multicritères du couplage de solutions de micro cogénération avec le bâtiment

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1 Optimisation multicritères du couplage de solutions de micro cogénération avec le bâtiment Journée de la micro cogénération BOUVENOT Jean-Baptiste

2 Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 2

3 Contexte 3

4 Contexte HT MT BT 4

5 Contexte HTA HTB BT 5

6 Contexte Le paquet climat-énergie de l UE: : -réduction de 20 % des émissions de CO 2 -accroître l efficacité énergétiques de 20 % -intégration dans le mix énergétique de 20 % d énergie renouvelable La micro cogénération permet de jouer sur les 3 paramètres!

7 Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 7

8 Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime stationnaire) C C 50 C 60 C V cw [l.mn -1 ] 8

9 Puissance électrique normalisée [W el /W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime instationnaire) C - 16 l/min 30 C l/min 40 C l/min 50 C l/min 30 C - 16 l/min t [s] 9

10 Puissances thermiques[w th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Rankine biomasse, régime stationnaire) Pfuel [Wth] R² = QHX [Wth] Pgross [Wel] R² = R² = Paux [Wel] R² = PLR [%] 10

11 Puissances thermiques [W th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime instationnaire) starter R² = 0,9405 HP pump + WP feeder R² = 0,9405 HP pump QHX QHX trend Pgross Pgross trend Paux t [s] 11

12 Puissance thermique [W th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Rankine biomasse, régime instationnaire): QHX [W] Q' HX = 6 [W th /s] Pgross [W] P' gross = 0.6 [W el /s] t [s] 12

13 Plateforme d optimisation 2- Les systèmes de stockage o Stockage thermique: Modèles zonaux (type 534 : existant): - Volume, - Hauteur, - Conductance thermique, - Nombre de ports, - Emplacement des ports, 13

14 Plateforme d optimisation 2- Les systèmes de stockage o Stockage électrique : + _ Modèle simplifié (type 264 : nouveau) - Statique/mobile (voiture élecrique) -> scénario de présence - Capacité, - Rendement de charge, - Pertes calendaires, - Pertes de cyclage, - Nombre de cycles maximum. 14

15 production chauffage production chauffage production chauffage production chauffage chauffage production production chauffage Plateforme d optimisation 3- Les schémas hydrauliques o 6 configurations : ECS ECS ECS EF EF ECS ECS ECS EF EF 15

16 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle Q P 16

17 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande thermique Q Q P 17

18 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande thermique o Suivi de la demande électrique Q Q P P 1 18

19 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande thermique o Suivi de la demande électrique o Suivi de la rentabilité R : R = C fuel η th 1 η th,µchp C fuel η el,µchp 1 SCR C el,out + SCR. C el,in Q Q P P 1 19

20 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande thermique + prévision des besoins Q P(t) P P(t+Δt) 20

21 Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande électrique + délestage P 1 Q P P 1 21

22 Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 22

23 p [-] Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Pas de temps 1 minute o Méthode «Time of use» : probabilité d occurrence de déclenchement d un équipement (projet REMODECE) o Méthode probabiliste de Monte Carlo semaine week end t [h] 23

24 Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Loi normale autour de la durée moyenne ou cycle prédéfini OU T moy t t 24

25 Puissance électrique [W el ] Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Méthode «Bottom-Up» par agrégation de cycles élémentaires: - 3 niveaux d équipements (bas, moyen, haut) - 3 niveaux de performance énergétique (A, B, C) t [h] veille réfrégirateur PC portable lave vaiselle chargeur éclairage principal éclairage secondaie micro ondes café plaques cuisson HiFi disque dur imprimante/scanner PC fixe TV/box/parabole 25

26 Puissance électrique [W el ] 2500 Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Méthode «Bottom-Up» par agrégation de cycles élémentaires t [h] 26

27 P [-] Besoins énergétiques Besoins ECS o Pas de temps 1 minute o Méthode «Time of use» : probabilité d occurrence de déclenchement d un équipement (profils AICVF) o Méthode probabiliste de Monte Carlo semaine week end t [h] 27

28 Besoins énergétiques 2- Besoins ECS o Loi normale autour : - de la durée moyenne ou cycle prédéfini (NF EN ), - du débit de soutirage (NF EN ), o Température de puisage selon l usage (douche : 40 C, nettoyage : 60 C, ) (NF EN ), o Modulation saisonnière des besoins (AICVF), o Modélisation de la température d eau froide, 28

29 Puissance thermique [Wth] Besoins énergétiques 2- Besoins ECS o Méthode «Bottom-Up» par agrégation de cycles élémentaires : 2 niveaux de consommation (bas, haut) (NF EN ): petit puisage hiver douche/bain/vaiselle/net toyage hiver petit puisage été douche/bain/vaisselle/n ottoyage été t [h] 29

30 Besoins énergétiques 3- Besoins de chauffage o Modèle statique de Richalet: Q = US T int t T ext t + A s φ s Apports gratuits Surface équivalente d absortion Conductance thermique Fichier météorologiques réels Intégration de réduits de nuit 30

31 Besoins énergétiques 3- Besoins de chauffage o Typologie de bâtiments: - Surface habitable - Consommation spécifique 31

32 Besoins énergétiques 3- Besoins de chauffage o Zones climatiques: - 8 zones de la RT Fichiers météorologiques réels 32

33 Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 33

34 Optimisation énergétique, environnementale et économique Plateforme: CO 2 34

35 Optimisation énergétique, environnementale et économique 1- Economies en énergie primaire o Comparaison à une solution de référence o Calculs dynamique o Coefficients de conversion EP/EF: - Électricité : 2,58 - Gaz,biomasse et fioul : 1 PES = PE th,shp + PE el,shp PE µchp + PE aux + PE in PE out 35

36 Optimisation énergétique, environnementale et économique 2- Economies en émissions de CO 2 : o Comparaison à une solution de référence o Calculs dynamiques o 2 modèles : - Le modèle «moyen» - Le modèle «marginal» G CO2 = m CO2 th,shp + m CO2 el,shp m CO2 µchp + m CO2 aux + m CO2 el,in m CO2 el,out 36

37 Optimisation énergétique, environnementale et économique 2- Economies en émissions de CO2: o Données de RTEecomix 1000 Fioul Puissance électrique [Mwel] Gaz Charbon Facteur d émission [gco2.kwhel-1] 18000

38 Optimisation énergétique, environnementale et économique 3- Valorisation économique: o Energie primaire économisée : CEE (0,3 c /kwh cumac ) o Emissions évitées : quotas européens d émissions (EUAs) : 0,6 c /kg CO2 o Prix des énergies: - Pellet - Gaz 38

39 Optimisation énergétique, environnementale et économique 39

40 Optimisation énergétique, environnementale et économique 3- Valorisation économique: o Energie primaire économisée : CEE (0,3 c /kwh cumac ) o Emissions évitées : quotas européens d émissions (EUAs) (0,6 c /kg CO2 ) o Prix des énergies: - Pellet (6 c /kwh PCI ) - Gaz (7 c /kwh PCI ) - Electricité : - prix commerciaux (base, TEMPO, HP/HC) - Marché spot : EPEX (indice ELIX) o Prix des sytèmes (ballon, batterie, moteur) o Marché de capacité? CG = C fuel,shp + C el,shp (C inv,µchp +C fuel,µchp + C fuel,aux + C el,in C el,out C SC C CO2 C PE ) 40

41 Optimisation énergétique, environnementale et économique GW el 80 gco 2 /kwh 40 0 el C c /kwh el

42 Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 42

43 Quelques résultats 1- Signature électrique: «thermo productibilité» chauffage ECS

44 - Quelques résultats 2- Stockage électrique : SCR RT 12 SCR RT SOC [kwhel]

45 Merci, des questions?

46 Contexte GAZ 100 (200 gco 2 /kwh PE ) électricité 15 chaleur FIOUL (300 gco 2 /kwh PE ) 85 GAZ (200 gco 2 /kwh PE ) 100 kwh PE (-19 %) ENERGIE PRIMAIRE 124 kwh PE 20 kg (-30%) CO 2 29 kg 46

47 Contexte + BIOMASSE 100 (40 gco 2 /kwh EP ) électricité 9 chaleur FIOUL (300 gco 2 /kwh EP ) 91 BIOMASSE (40 gco 2 /kwh EP ) 100 kwh EP (-12%) ENERGIE PRIMAIRE 114 kwh EP 4 kg (-64%) CO 2 11 kg 47