Le stockage du Froid face aux besoins d'énergie

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1 des Arts & Métiers Le stockage du Froid face aux besoins d'énergie par Pierre POEUF Directeur du Développement Technique chez Lundi 23 Avril h30 Hôtel d'iéna 9bis avenue d'iéna, PARIS

2 Périmètre : Domaine du froid pour la climatisation Sommaire de la présentation I - Contexte du stockage de froid II - Fonctions des stockages de froid III - Synthèse des avantages environnementaux IV - Exemples du réseau de froid de Paris et utilisations à l étranger V - Freins au développement VI - Conclusion 2

3 I - Contexte du stockage de froid 1 Les techniques matures de stockage de froid Température [ C ] Chaleur sensible Chaleur latente Chaleur sensible Solide Solide - Liquide Liquide Chaleur emmagasinée lors des changements de phase solide - liquide Enthalpie [ J ] 3

4 Stockages de froid SENSIBLE DT LATENT Changement d état liquide/solide Compartimenté. Multi-compartiment Stratifié Masse volumique = f(température) Fonte interne Eau Fonte externe :. Eau. Eutectiques 4

5 Masse volumique [kg/m3] Groupe Professionnel Energie Principe de fonctionnement de stockages stratifiés Stratification de l'eau 1 000,00 999,50 999,00 998,50 998, Température [ C] 5

6 Principe de fonctionnement d accumulateur de glace Construction de la glace 6

7 Principe de fonctionnement d accumulateur de glace Déstockage de la glace 7

8 Stockage avec Nodules décharge eau glace eutectique Eau glycolée 8

9 II - Fonctions des stockages de froid Gérer la production et la distribution d énergie frigorifique Réduire la taille des installations de production de froid (refroidissement, masse fluide frigorigène, groupe froid, ) Ajuster au juste nécessaire le dimensionnement des installations de production et distribution de froid (phasage et incertitude des besoins froid) Réduire l impact environnemental de la production de froid Disposer d une réserve de froid et d eau (industrielle ou incendie) Gérer la consommation d électricité (énergie et puissance) afin de : Diminuer la facture électrique (heure pointe => heure creuse) Soulager la production et la distribution sur le réseau électrique Condition nécessaire à un projet de stockage de froid : centraliser la production de froid (efficacité énergétique / effet de seuil et taille) 9

10 III - Synthèse des avantages environnementaux Réduction des émissions de CO2 (selon contexte production électrique) Charge en fluide frigorigène ~ 0 => pas de fuite Déplacement de la consommation d électricité des heures de pointes vers les heures creuses Gestion de la consommation électrique (amélioration de la gestion énergétique F/E, production nocturne plus efficace, réduction de la puissance électrique, consommation électrique supplémentaire limitée ) Durée de vie des stockages > groupes froid Diminution de la taille des équipements de production de froid Cependant une étude de performance énergétique et d impact du cycle de vie est impérative pour éviter les contres performances. 10

11 IV Exemple du réseau de froid de Paris Stockage glace 20 MWhf Stockage glace 30 MWhf Stockage d eau glacée m3 / 90 MWhf 11

12 Caractéristiques principales des stockages froid sur le réseau de Paris SENSIBLE LATENT Latour Maubourg (13 réservoirs de 1000m3) Opéra Halles Energie froid stockée 90 MWh f 20 MWh f 30 MWh f Charge spécifique en fluide frigorigène 0 g / kwf 130 g ff / kwf 0 g / kwf Puissance froid nominale déstockage 17 MWf à 4 C 5 MWf à 1 C 5 MWf à 1 C 13MWf à 4 C Temps de montée en charge (0% à 100%) 20 mn 10 mn 10 mn Puissance électrique consommée 900 kwé 165 kwé 300 kwé Puissance électrique effacée en pointe kwé 950 kwé 800 à 2 600kWé 12

13 Thermo sensibilité de la consommation électrique liée à la climatisation Pour la métropole le gradient été est de 500 MWél par C supplémentaire à la normale (1) L amplitude de consommation électrique en été doublera quasiment entre 2007 et 2030 Pour mémoire le record 2012 de consommation électrique est de 101,7 GW (1) Source RTE «Analyse prévisionnelle été 2011» de juin

14 Thermo sensibilité électrique du réseau d eau glacée de Paris : Pelec [MWel] 100 Thermo-sensibilité de la consommation électrique du réseau CLIMESPACE Efficacité énergétique de la centralisation / autonome Réduction de puissance électrique consommée en période de pointe Pe Installations Autonomes Equivalentes Pe Climespace Sans Stockage Pe Climespace Avec Stockage actuel Pe Climespace Avec Stockage Maximum Température ambiante extérieure Le gradient électrique été est de 2 MWél par C supplémentaire à la normale Si les clients du réseau de refroidissement étaient en installations autonomes, le gradient aurait été de 14MWél par C supplémentaire La consommation électrique évitée est de 12MWél en période de forte chaleur 14

15 IV - 2 Utilisation des stockages de froid à l étranger Réduction du coût d exploitation des installations : fréquent, notamment aux Etats-Unis Sécurisation de la fourniture de froid Systématique lorsque la disponibilité est incertaine pour les ressources en eau et électricité. Optimisation du bilan énergétique et du dimensionnement des installations de production d eau / électricité / froid Valorisation d énergie fatale ( ex. incinération en été) 15

16 V - Freins au développement Connaissances insuffisantes de la gestion énergétique, de la conception et construction des installations (remède formation) Pratiques actuelles de la profession Taille critique des installations froid (~200 kwf) (remède : centralise la production). L impact de délestage significatif sur le réseau électrique implique un réseau de froid important. Absence de valorisation suffisante :. Financière. Environnementale (CO2 effet direct fluide frigorigène et consommation électrique, décalage consommation électrique) Flexibilité limitée : un seul critère dimensionnant, soit écrêtage de production de froid, soit effacement de puissance électrique ; les utilisations dérivées sont de fait moins performantes 16

17 VI - Conclusion Le stockage de froid est une des réponses à la gestion d énergie Techniques matures existantes, mais des seuils de performances doivent être fixés Combiner les fonctions du stockage de froid Centraliser la production de froid pour atteindre la taille suffisante 17

18 Merci de votre attention Questions ou précisions 18