Panorama des projets de recherche HES-SO en énergie à financement public exogène

Panorama des projets de recherche HES-SO en énergie à financement public exogène

Projets de recherche en énergie Ce document a pour objectif de retracer les projets de recherche à financement exogène public compétitif en énergie à la HES-SO, et se concentre ainsi sur les fonds de type : FNS, CTI, SCCER, OFEN, DDC, Interreg, FP7 et H2020. Il ne s agit pas d une liste exhaustive de toutes les recherches en énergie au sein des hautes écoles de la HES-SO. Les nombreux projets en énergie financés par Nano-Tera, EOS Holding, Fondation The Ark, Gebert Rüf Stiftung, etc. ainsi que les mandats de recherche cantonaux ne figurent pas dans ce document. Mise à jour : février 2015 Impressum Rédaction Agnès Rey, agnes.rey @ hes-so.ch Unité d Appui Ra&D, Rectorat HES-SO Rue de la Jeunesse 1 2800 Delémont Crédits photographiques Alpiq-Grande-Dixence SA Fotolia - IrisArt Fotolia - bizio_ti Shutterstock-argus Mise en page structo.ch Impression Pressor, Delémont 2

Stimuler les énergies de demain Dresser un panorama exhaustif de la recherche en Energie menée à la HES-SO est une gageure. Mais la variété des champs de recherche exposés et détaillés dans cette brochure dévoile l étendue des compétences des chercheuses et des chercheurs sur cette thématique au sein des hautes écoles de l institution. Géothermie, pile à combustible, réseau électrique, hydroélectricité, transfert de technologie, traitement de données, torréfaction, turbines à air chaud, analyse du cycle de vie, isolation, voilà en vrac quelques-uns des thèmes abordés par ces projets. Ces derniers couvrent le secteur énergétique au sens large, de la gestion d un bâtiment au décryptage de données réseaux par exemple. Les 47 projets présentés dans cette publication ont obtenu un financement exogène public (avec des fonds de types FNS, CTI, SSCER, OFEN, DDC, Interreg, FP7 et H2020). L ensemble de ces projets sont ancrés au cœur de la vie économique de Suisse occidentale et ont bénéficié de collaborations avec des partenaires privés, de la PME à la grande entreprise. Comme l écrivait Socrate, «le secret du changement est de concentrer toute son énergie, non pas à lutter contre notre passé, mais à construire notre avenir». C est dans cet esprit et avec cette riche palette de projets que la HES-SO répond aux défis énergétiques de demain et construit, brique après brique, l avenir de la société. Luciana Vaccaro Rectrice 3

Projets de recherche en énergie Index CTI Geothermal Testing System (GTS) CTI DAHLIA, valve pour circuits de refroidissement de véhicules à faibles émissions polluantes CTI FURIES WP3 AC/DC Multi-terminal networks AC/DC system interactions CTI Development of 30 kw H2-air fuel cell stack for automotive applications CTI Agreflex : Aggregation of flexible electrical loads CTI SCCER Supply of Electricity WP 3.2 CTI SCCER Furies WP 1.3 Du micro pompage-turbinage pour réguler localement le réseau CTI SCCER BIOSWEET Biomass for Swiss Energy Future CTI Pumped heat electricity storage 6 7 CTI Miniaturisierung des Torus-Spiralgetriebes in Kunststoff-Stahl und Kunststoff-Kunststoff zur Erschliessung des Massenmarktes der hochuntersetzten Kleingetriebe 19 8 9 10 11 12 13 14 FNS ACTIVE INTERFACES Holistic strategy to Accelerate the transposition of advanced BIPV adapted solutions into real innovative ractices FNS Hydropower Operation and Economic Performance in a Changing Market Environment 21 (HP-Operation) FNS Modélisation d un système énergétique durable en incluant les paramètres comportementaux et sociaux FNS Tests, simulation and validation of adsorption heat pump applications FNS Systemic, Multi-Scale Approach to Integration of Renewable Energies in Electric Power Systems 20 22 23 24 CTI DUO TURBO Providing Industrial and Competitive Family of Low-CAPEX Integrated Plug-and-Play Energy Recovery Stations CTI SEMS-ESCO : Limitation du pic quart-horaire 16 dans les installations professionnelles et optimisation énergétique par le biais d unités de stockage CTI SHX A nouvel Self-Healing medical diagnostic X-ray power source Financement : CTI CTI Neurocool 2 : Development of a self-commissioning, predictive controller for central air conditioning 15 17 18 FNS Understanding the market for raw wood : supply and demand aspects FNS GOUVEOLE Gouvernance territoriale de l activité éolienne OFEN APEAS Automatic Personal Energy Advicing System OFEN Caractérisation des modules photovoltaïques à colorant de l entreprise g2e (Glass to Energy) OFEN TORPLANT Développement et pilote d un système intégré de torréfaction de biomasse, phase laboratoire 25 26 27 28 29

OFEN Production décentralisée combinée d électricité et de chaleur de très petite puissance (1 kwe) à partir de bois pour l habitat OFEN Hydrogen, Bioethanol and Electricity Production with a bioelectrical cell OFEN PEEAP Compteurs OFEN Rénovation à haute efficacité énergétique et faibles impacts environnementaux (ECO-Reno) OFEN Campagne de mesures : installation solaire thermique à haute température de Colas Suisse SA OFEN Utilisation optimale des pompes en parallèle OFEN Simuler des installations géothermiques mesurées OFEN Containers mobiles utilisés comme abris de chantier ou locaux de services : réalisation d une fiche d information OFEN SEPIA : Social Cushioning of Energy Price Increases and Public Acceptability OFEN renove - Logiciel pour la rénovation énergétique des bâtiments OFEN GridEye : Outil de gestion d un réseau électrique basse tension, destiné à la prise en charge des injections massives non contrôlées des sources de génération décentralisées 30 OFEV PROXIPEL Unité mobile de production 41 intégrée de pellets à partir de résidus de biomasse 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 H2020 Robust Internal Thermal Insulation of Historic Buildings (RIBuild) FP7 IoT6 : Universal integration of the Internet of Things through an IPv6-based service oriented architecture enabling heterogeneous components interoperability FP7 ORION (ORganic waste management by a small-scale innovative automated system of anaerobic digestion) FP7 Hyperbole HYdropower plants PERformance and flexible Operation towards Lean integration of new renewable Energies FP7 SEMIAH Scalable Energy Management Infrastructure for Aggregation of Households FP7 Biopolymers from Syngas fermentation FP7 ONSITE FP7 Holistic energy-efficient retrofitting of residential buildings Interreg Plate-forme pour la promotion de l écoconstruction et des écomatériaux DDC Eco-habitat à haute efficacité énergétique utilisant au mieux les ressources locales et adapté au contexte sahélien 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

Projets de recherche en énergie Geothermal Testing System (GTS) Les systèmes de chauffage utilisant l énergie géothermique de basse profondeur (<400 m) sont de plus en plus nombreux. Il est donc nécessaire de pouvoir gérer au mieux leur implémentation et de connaître leur potentiel énergétique. Pour évaluer ces paramètres, Swissgeotesting Sàrl et Geoazimut Sàrl ont un capteur à disposition qui permet de mesurer la température, la pression (profondeur), l azimut et la pente. Le but de ce projet était de caractériser ce capteur pour une utilisation verticale et de définir les précisions de mesures des différents paramètres. Finalement, un support pour le capteur devait être développé pour pouvoir réaliser des mesures efficaces. Le projet a démontré que la précision pour les paramètres géométriques du capteur n était actuellement pas suffisante sans calibration pour la mesure des sondes géothermiques. Par contre les mesures de température et de pression sont suffisamment précises. Actuellement des mesures de profils de température sont régulièrement réalisées à l aide du capteur et du support réalisé. www.geoazimut.com Champ de recherche Géothermie Sonde Géométrie Gradient géothermique Profil thermique Financement CTI Chèque d innovation Geoazimut Sàrl à Fribourg Durée du projet Avril 2014 > Mai 2014 Responsable du projet André Rotzetta, andre.rotzetta @ hefr.ch Institut ENERGY Haute école d ingénierie et d architecture de Fribourg 6

DAHLIA, valve pour circuits de refroidissement de véhicules à faibles émissions polluantes Développement d une valve pilotée pour circuits de refroidissement de véhicules automobiles par des méthodes hautement performantes. Une régulation thermique optimisée des moteurs à permet de réduire leur consommation et leurs émissions polluantes. L ajout de fonctions d hybridation (machines électriques à haute puissance, packs de batteries) nécessite des circuits de refroidissement supplémentaires. En conséquence, des circuits de refroidissement complexes ont fait leur apparition, ils comportent plusieurs branches devant être régulées indépendamment. Une méthode de développement d un actionneur pilotant une telle valve avait été étudiée lors d un projet précédent. Afin d obtenir un système complet, la partie hydraulique, soit la valve elle-même, doit être étudiée. Le but de ce projet est donc de développer, d une part, la partie valve d un tel système et son optimisation par des méthodes de simulation numériques avancées et, d autre part, une méthode avancée d optimisation permettant d aboutir rapidement et de manière rationnelle à un design de vanne optimal. Financement CTI Johnson Electric Switzerland AG, Automotive Products Group à Murten Durée du projet Avril 2013 > Avril 2015 Responsable du projet Elena-Lavinia Niederhäuser elena-lavinia.niederhaeuser@hefr.ch Institut ENERGY Haute école d ingénierie et d architecture de Fribourg Champ de recherche Valve Moteur Pertes de charge Optimisation énergétique Algorithme génétique Injection plastique 7

Projets de recherche en énergie FURIES WP3 AC/DC Multi-terminal networks AC/DC system interactions Multi-terminal DC transmission is not yet commercially used, but it is anticipated to be a relevant option for system expansion or reinforcement soon. The deployment of this novel solution needs to be prepared in order to minimise technical risks and to ensure the interoperability of these systems. Key challenge 1 Gain clarity on the needed operational co-ordination of embedded HVDC systems within synchronous AC systems. Key challenge 2 Improve the fault behaviour and topology of HVDC converters to prepare them for use in multi-terminal DC grids. Within SCCER FURIES, HEIG-VD and HEIA-FR are investigating modular multi-level converters for HVDC and renewable energy connections. On the system side (AC-DC interactions), the effect of network resonances and dynamic stability contributions from HVDC are investigated. Research fields Réseaux électriques HVDC Impedance Z bus in node n [Ohm] 3000 2000 1000 0 3000 2000 1000 0 3000 2000 1000 0 3000 2000 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 200 400 600 800 1000 1200 1400 200 400 600 800 1000 1200 1400 200 400 600 800 1000 1200 1400 Frequency [Hz] Funds CTI SCCER FURIES Case A. Case B. Case C. Case D. EPFL, ETHZ, EOS Holding, Swissgrid Project duration January 2014 > January 2017 Project s responsible Patrick Favre-Perrod patrick.favre-perrod @ hes-so.ch Institut ENERGY Haute école d ingénierie et d architecture de Fribourg Z 25 380kV Z 28 380kV Z 2 220kV Z 11 220kV Z 14 220kV Z 17 220kV Z 19 220kV Z 25 220kV Z 26 220kV Z 31 220kV Z 37 220kV Z 42 220kV Z 51 220kV Z 55 220kV Z 60 220kV Z 68 220kV Z 71 220kV Z 78 220kV Z 81 220kV Z 82 220kV Z 85 220kV Z 91 220kV Z 100 220kV Z 105 220kV Z 124 220kV Z 125 220kV Z 127 220kV Z 130 220kV Z 131 220kV 8

Development of 30 kw H2-air fuel cell stack for automotive applications The aim of this project is to develop a 10 kw and a 30 kw H2-air fuel cell (FC) stack for automotive applications based on innovative Swiss technology for air compressors. The target is to overcome some of the drawbacks of H2-O2 fuel cell and conventional FC air supply systems. The goal will be to provide a FC system using air as oxidant offering a) an excellent fuel efficiency and b) compactness and price-worthiness close to the performance achieved with a pure oxygen FC system. The sub-task of HEIG-VD in this project is to develop test benches and test different FC. Research fields Piles à combustible Banc test Mobilité électrique Hydrogène Modélisation Funds CTI EPFL, Belenos Clean Power Project duration 2012 > 2014 Project s responsible Jean-François Affolter jean-francois.affolter @ heig-vd.ch Institut d Energie et Systèmes Electriques, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 9

Projets de recherche en énergie Agreflex : Aggregation of flexible electrical loads Storage of electrical energy will play a key role to enable the large scale deployment of intermittent renewables. The control of flexible electrical loads, mainly systems for electric heating and electrical domestic hot water preparation, offers services equivalent to short-term (day scale) and mid-term (week scale) storage. The goal of the Agreflex project is to design solutions enabling groups of flexible loads to be controlled as a single resource modelled as a battery. Such a resource would then be managed by a Virtual Power Plant (VPP) controller. Concretely, the following activities are performed : estimation of shiftable power and energy at the scale of Switzerland design and simulation of aggregation algorithms requiring a limited exchange of control information between the controlled sites and the aggregator performance verification based on measurement of buildings Research fields Demand response Statistical data processing Selflearning systems Energy system simulation Building physics Funds CTI SCCER FURIES EOS Holding Project duration 2014 > 2017 Project s responsible Dominique Gabioud dominique.gabioud @ hevs.ch Institute for Industrial Systems, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 10

SCCER Supply of Electricity WP 3.2 En 2012, la puissance mondiale installée dans le domaine de la petite hydraulique était estimée approximativement à 75 GW, représentant plus de 7% de la capacité hydraulique totale. En Suisse en 2010, il y avait déjà plus de 1300 petites centrales hydroélectriques en fonctionnement pour une capacité installée de 859 MW représentant plus de 5% de la production d électricité du pays. La mise hors service progressive des centrales nucléaires en Suisse nécessite l installation de nouveaux moyens de production d électricité. Le potentiel de la petite hydraulique est évalué à 1,3-1,6 TWh selon l OFEN. L objectif de ce projet est de développer une gamme de microturbines axiales pour récupérer l énergie dissipée par les réducteurs de pression des réseaux d eau potable. Ce projet s inscrit dans le cadre du projet SCCER 4 Supply of Electricity. Champs de recherche Hydroélectricité Innovation Infrastructures existantes Turbines Design Optimisation Financement CTI SCCER SoE EPFL Durée du projet 2013 > 2016 Responsable du projet Cécile Münch-Alligné cecile.muench @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 11

Projets de recherche en énergie SCCER Furies WP 1.3 Du micro pompage-turbinage pour réguler localement le réseau Un système de production électrique incluant une grande part d énergies renouvelables de nature intermittente doit faire appel à des capacités de stockage que seules les centrales de pompage-turbinage sont à même d offrir. Dans le domaine de la grande hydraulique, cette technique de stockage est relativement bien connue, et certaines technologies comme les pompes-turbines ont été développées spécifiquement pour ce type d application. A petite échelle, le micro pompage-turbinage est une solution envisageable pour contrôler localement le réseau électrique (compensation charge-renouvelables, services de support réseau). Contrairement au cas de la grande hydraulique, ce type d installation n a pas encore été réalisé pour les petites puissances, cela peut s expliquer en partie par le fait que le rendement des pompes dans cette gamme de puissance n est pas optimisé. Ce projet a pour but d étudier et d identifier les technologies de la petite hydraulique les plus adaptées pour ce type d installation. Le projet comportera également une évaluation des avantages liée aux systèmes de support aux réseaux : contrôle optimal de la tension, gestion de l écrêtement de la demande d énergie de point, dispatching optimal. Champs de recherche Hydroélectricité Turbines Micro pompage-turbinage Petite hydraulique Financement CTI SCCER FURIES Durée du projet 2014 > 2016 Responsable du projet Cécile Münch-Alligné cecile.muench @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 12

SCCER BIOSWEET Biomass for Swiss Energy Future SCCER BIOSWEET groups a consortium of 15 Partners from 9 Academic Institutions and more than 50 Cooperation Partners from private or public sector organizations. The SCCER BIOSWEET focuses on the development of sustainable biochemical and thermochemical biomass conversion technologies with the vision to contribute additional 100 Petajoule from bioenergy to the Swiss Energy Strategy 2050, i.e. doubling of the current biomass energy usage. The research is directed towards market implementation but guided by the Swiss economical, environmental, and political framework. Collaborative partnerships are established along the whole chain of innovation from basic research to industrial installations. HES-SO is leading WP1 «Biochemicals fuels and Power». www.sccer-biosweet.ch Research fields Biochemical conversion Thermochemical conversion New biomass fuels Life cycle assessment and biomass inventory Funds CTI SCCER BIOSWEET PSI, BFH, ETHZ, EPFL, SUPSI, WSL, ZHAW Project duration 2014 > 2017 Project s responsible Jean-Bernard Michel jean-bernard.michel @ heig-vd.ch Thermal Engineering Institute HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 13

Projets de recherche en énergie Pumped heat electricity storage Future electricity systems will be characterized by high shares of fluctuating renewables. Several measures are needed, among which electricity storage plays a prominent role. Within the proposed project a novel concept shall be experimentally validated at model scale. It is based on a combined heat pump/power cycle. Electricity is only stored under the form of heat. In case of missing input from renewable sources, the plant can still deliver power by supplying heat externally, e.g. through combustion of biomass. Research fields Electricity storage Heat pump Renewable energy Funds CTI Alstom Alstom Switzerland Project duration 2013 > 2016 Project s responsible Roger Röthlisberger roger.rothlisberger @ heig-vd.ch Thermal Engineering Institute, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 14

DUO TURBO Providing Industrial and Competitive Family of Low- CAPEX Integrated Plug-and-Play Energy Recovery Stations The project focuses on turning a counter rotating microturbine proof of concept into a range of standard energy recovery stations able to harvest energy on drinking water networks. The plug-and-play concept to be developed will require a low investment for the final customers, reaching economic feasibility with an available hydraulic power below 25 kw. A new part of the Swiss and international renewable energy potential will then be targeted and profitably exploited. Champs de recherche Hydraulique Petite hydro-électricité Micro-turbine Réseau d eau potable Infrastructure existante Funds CTI EPFL, Jacquier-Luisier SA, Valelectric Farner SA, TELSA SA Project duration 2014 > 2017 Project s responsible Cécile Münch-Alligné cecile.muench @ hevs.ch Institue for Industrial Systems, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 15

Projets de recherche en énergie SEMS-ESCO : Limitation du pic quart-horaire dans les installations professionnelles et optimisation énergétique par le biais d unités de stockage Stignergy optimise la consommation électrique des professionnels. Son produit SEMS réduit dynamiquement le pic de puissance mensuel, grâce à un algorithme distribué permettant d ordonnancer l activité des principaux appareils d une installation électrique. Ce projet vise à développer une nouvelle génération de matériel et d algorithme permettant la prise en compte d une unité de stockage électrique, pour mieux limiter les pics de puissance et pour mieux valoriser et rentabiliser la production locale d électricité produite à partir de panneaux photovoltaïques ou de mini-éoliennes. Champs de recherche Gestion de stockage d énergie Délestage dynamique Intelligence collective Financement CTI Stignergy SA Leclanché Stignergy SA, Leclanché SA et SUPSI Durée du projet 2014 > 2017 Responsable du projet Bertrand Hochet betrand.hochet @ heig-vd.ch Institut des Systèmes d Information embarqués (SIM) HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 16

SHX A nouvel Self-Healing medical diagnostic X-ray power source Financement : CTI Le projet SHX entre dans le plus large projet GlobalDiagnostiX www.globaldiagnostix.org, qui consiste à développer une machine de radiographie adaptée aux pays pauvres. Le principal objectif est de développer une machine de radiographie numérique incluant un module d échographie, ayant un coût total inférieur à 50 000 dollars, c.-à-d. une réduction d un facteur 10 par rapport à la technologie actuelle. L objectif du travail proposé dans SHX est d étudier une nouvelle structure pour la partie d alimentation haute tension (40-120 kv) du tube d une machine à rayons X conçue selon les contraintes présentées par une application dans un réseau faible typique des pays pauvres et de réaliser un démonstrateur des concepts proposés. L alimentation haute tension a été développée par la HEIG-VD, tandis que l interface vers le réseau électrique a été développée par la HES-SO Valais. Champs de recherche Radiographie Alimentation haute tension Rayon X Réseau faible Financement CTI EPFL/DESL, JBAG (Brunnen) Durée du projet 2011 > 2014 Responsable du projet Mauro Carpita mauro.carpita @ heig-vd.ch Institut d Energie et de Systèmes Electriques (IESE) HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 17

Projets de recherche en énergie Neurocool 2 : Development of a self-commissioning, predictive controller for central air conditioning The application of predictive model based methods for Heating Ventilation and Air Conditioning has been demonstrated successfully in phase 1. Neurobat targets to extend its product portfolio to air conditioning (AC). During an initial CTI Feasibility, a patent and market survey has been performed. Moreover, the simulation study showed potential energy savings of up to 20% w.r.t. to conventional controllers. The project aims to develop such novel AC controller prototypes with final tests on 3 pilot test sites. The thermal engineering institute is responsible for the WP on simulation environment : to develop and use a comprehensive simulation environment for the development and the validation of the control algorithms. Various occupancy scheduling and climatic conditions are considered. The building technical system (cooling system) will be integrated. Research fields Building energy Energy efficiency Predictive control systems Building simulation Funds CTI Neurobat AG CSEM Project duration 2014 > 2016 Project s responsible Jean-Bernard Michel jean-bernard.michel @ heig-vd.ch Thermal Engineering Institute, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 18

Miniaturisierung des Torus- Spiralgetriebes in Kunststoff- Stahl und Kunststoff- Kunststoff zur Erschliessung des Massenmarktes der hochuntersetzten Kleingetriebe Daten und Prozesse wurden erarbeitet um ein torus - Getriebe mit der Materialpaarung Stahl-Kunststoff herstellen und anbieten zu können. Dazu wurden Versagensmechanismen und optimale Schmierstoffkombinationen untersucht. Mittels modernster Simulationswerkzeuge wurden die Belastungswerte im Vergleich zu einem vergleichbaren Schneckengetriebe analysiert und ein thermisches Auslegungstool programmiert. Prototypen wurden sowohl auf einem eigens gefertigten Dauerlaufprüfstand, als auch auf einem Wechsellastprüfstand in einer Klimakammer im Benchmark gegen von der Automobilindustrie zertifizierte Serienantriebe getestet. Das Projekt hat gezeigt, dass ein torus-getriebe aus Kunststoff herstellbar und funktionsfähig ist. Der bisherige Stand der Technik lässt darauf schliessen, dass ein Markt vorhanden ist. Insbesondere im Wettbewerb mit Schneckengetrieben ist das torus-getriebe für Anwendungsfälle in denen Selbsthemmung, eine hohe Übersetzung bei geringem Platzbedarf und geringer Verschleiss gefordert ist eine erstzunehmende Alternative. Forschungsfeld Getriebeentwicklung Tribologie Wirkungsgradverbesserung Torus-Spiralgetriebe Hochuntersetzte Präzisionsgetriebe Finanzierung KTI Neurobat AG Zusammenarbeit Tedec AG, Johnson Electric APG, Thermoplast AG Projektdauer 2014 > 2016 Projektleiter Sebastian Leopold sebastian.leopold@hefr.ch Institut für Sustainable Engineering Systems SeSi, Hochschule für Technik und Architektur Freiburg 19

Projets de recherche en énergie ACTIVE INTERFACES Holistic strategy to Accelerate the transposition of advanced BIPV adapted solutions into real innovative ractices Building-integrated photovoltaic systems (BIPV) could be a high growth market with high impact for the economy and the «Energiewende». A better understanding of the technology acceptance and of the needs of the market is required for the design of optimised solutions and to ensure efficient knowledge and technology transfer. Value proposition breakdown along the value chain is essential to guarantee benefits for each actors. The research will focus on the systems studied and developed in the joint project, in the context of urban renewal in general and applied to the City of Neuchatel. Once realistic and promissing value propositions will be assessed for the key market segments and technologies, the project will focus on the design and implementation of communication and knowledge transfer tools. This proposal is part of the Joint Project «ACTIVE INTER- FACES - Holistic operational strategies crossing over the obstacles for a large-scale advanced PV integration into urban renewal processes». Research fields Building-integrated photovoltaic systems Value proposition breakdown Renewable energy integration Technology transfer Business model assessment Funds SNF NRP 70 «Energy Turnaround» EPFL, CSEM Project duration October 2014 > October 2017 Project s responsible Jean-Philippe Bacher jean-philippe.bacher @ hefr.ch Institut ENERGY Haute école d ingénierie et d architecture de Fribourg 20

Hydropower Operation and Economic Performance in a Changing Market Environment (HP-Operation) To successfully implement the Energy Strategy 2050 sufficient investments are required, that needs to be financed by the operation. Thus, production needs to become more flexible to cope with the increased volatility of the market. The aim of this project is to provide modeling tools and insights how HP operation can account for those challenges by extending the existing approaches to account for different trading alternatives and market segments like future markets, the energy spot-market, or the reserve capacity market while at the same time include the technical and socio-economic constraints on the plant operation. This will be done for single and cascading hydropower plants. Also we will provide a methodology and tooling for the economic assessment of upcoming HP techniques that can increase efficiency or flexibility of HP production. This information will help the Swiss hydropower industry, to increase their profitability and therefore support the goals of the Energy Strategy 2050, and increase their competitive situation in the European energy market. Research fields Hydropower Operations Research Economic Assessment Market Simulation Optimization Flexible Production Funds SNF NRP 70 «Energy Turnaround» Uni Basel, Uni Geneva, HTW Chur, Alpiq, FMV, AET, Misurio Project duration October 2014 > April 2018 Project s responsible René Schumann rene.schumann @ hevs.ch Institute of Information Systems, HES-SO Valais-Wallis HEG, Sierre 21

Projets de recherche en énergie Modélisation d un système énergétique durable en incluant les paramètres comportementaux et sociaux Suivant leur dessein de réduire les émissions de gaz à effet de serre, les pays européens cherchent à diminuer drastiquement leur consommation d énergie. Ce projet propose de modéliser le système énergétique de la Roumanie afin de découvrir la meilleure politique énergétique pour ce pays. Une contribution significative et innovante sera l intégration des économies d énergie réalisables grâce à un changement de comportement des consommateurs. Pour cela, nous ferons une enquête sociologique en Roumanie. Les résultats seront comparés aux toutes récentes enquêtes réalisées par notre équipe en Suisse, afin de déterminer les similitudes et les différences entre ces deux pays. Champs de recherche Markal-TIME Energy and Environmental Planning Demand Side Management Behavioural Change Financement FNS SCOPES Bucharest Academy of Economic Studies Durée du projet Octobre 2013 > Octobre 2016 Responsable du projet Francesco Moresino francesco.moresino @ hesge.ch Haute école de gestion de Genève 22

Tests, simulation and validation of adsorption heat pump applications This project belongs to a joint project untitled : «Thermally driven adsorption heat pumps for substitution of electricity and fossil fuels» (THRIVE). The objective of THRIVE is to develop an adsorption heat pump (AdHP) able to upgrade low-grade thermal energy to satisfy the space heating demand and use driving heat to meet the cooling demand of residential and administrative buildings. Different sources of low-grade heat will be studied during this joint-project (industrial processes, waste incineration, district heating networks, cogeneration solar thermal energy or gas burners). The AdHP developed within this joint project will have a 10kW cooling capacity and a 30kW heating capacity. The main objectives of this project are the following : Identification of application opportunities and early markets where the developed AdHP could be adopted first Experimental validation of the adsorption heat pump performances Testing and optimization of the first and second AdHP assembled in the associated subprojects Development and validation of a thermal performance model of AdHP with TRNSYS Funds SNF NRP 70 «Energy Turnaround» IBM, PSI, HSR Rapperswil Project duration December 2014 > December 2017 Project s responsibles Daniel Pahud daniel.pahud @ heig-vd.ch Stéphane Citherlet stephane.citherlet@heig-vd.ch Institut de Génie Thermique, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains Research fields Adsorption heat pump Thermal coefficient of performance Electrical coefficient of performance System integration 23

Projets de recherche en énergie Systemic, Multi-Scale Approach to Integration of Renewable Energies in Electric Power Systems Le tournant énergétique amorcé dans notre pays, en particulier la fermeture annoncée des centrales nucléaires et la politique de réduction des émissions des gaz à effet de serre, va engendrer une pénétration accrue, très importante à terme, des nouvelles sources d énergie renouvelable. Ce projet propose une approche systémique «topdown» à l intégration de ces sources d électricité fluctuantes non contrôlables dans le réseau électrique. L approche consiste à considérer le réseau électrique suisse comme un ensemble de sous-réseaux de plus en plus nombreux et de taille de plus en plus petite. De manière récursive, la location, la capacité et la nature des solutions de stockage seront précisées avec une résolution grandissante (géographique et en termes de niveau de tension). Les buts du projet sont de proposer des scénarios d intégration de renouvelables optimaux aux sens Ecologique, Economique, de l Equilibre du réseau et de l Efficience énergétique. Champs de recherche Energies renouvelables Réseaux électriques Stockage d électricité Financement FNS Assistant Professor Energy Grant Durée du projet Août 2014 > Août 2018 Responsable du projet Philippe Jacquod philippe.jacquod @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 24

Understanding the market for raw wood : supply and demand aspects The research proposal focuses on various aspect of demand and supply of raw wood and aims to integrate different methods and approaches. The project will shed some light on a number of questions, particularly : The of how the market for raw wood functions namely the elements of aggregate demand and supply and their developments over time The values placed by the users and the society as a whole on the existence of the forest ecosystem, as well as the relative value of the different forest functions compared to the economic function of producing wood The determinants of the level of current costs and of the production inefficiency within the timber industry The behaviour of the timber industry and the implicit values attached by the industry to various services derived from forests Funds SNF - NRP 66 «Resource Wood» Université de Neuchâtel Project duration 2012 > 2015 Project s responsible Andrea Baranzini andrea.baranzini @ hesge.ch CRAG, Haute école de gestion de Genève Research fields Market for raw wood Technical efficiency Sawmills Forest functions Forest ecosystems 25

Projets de recherche en énergie GOUVEOLE Gouvernance territoriale de l activité éolienne Ce projet de recherche a pour objectif de mieux comprendre les processus de décision en matière d acceptabilité sociale des éoliennes et de proposer des outils d ingénierie sociale pour favoriser le dialogue et les négociations entre les acteurs impliqués au sein des territoires concernés. A travers l étude de quatre projets éoliens, le projet mettra en évidence les valeurs et les connaissances qui fondent les rapprochements et les oppositions entre les groupes sociaux à l occasion de la préparation d un projet éolien. Il analysera également le rôle des droits de propriété et des politiques publiques dans la régulation de la conflictualité, l importance des mécanismes de compensation, ainsi que l influence des outils d information et de décision mobilisés sur les positions défendues par les acteurs impliqués. http://gouveole.heig-vd.ch/ Champs de recherche Processus de décision Régime institutionnel de ressources Gouvernance territoriale Aide à la décision Coalitions d acteurs Eolien Fonds FNS Div 1 Sciences humaines et sociales UNIL IDHEAP, Université de Berne Durée du projet Mars 2014 > Mars 2017 Responsable du projet Florent Joerin florent.joerin @ heig-vd.ch Institut de Géomatique, Gestion de l environnement, Construction et surveillance d ouvrages (G2C) HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 26

APEAS Automatic Personal Energy Advicing System Le projet CTI APEAS a permis de démontrer la faisabilité d un système de conseils automatiques aux ménages à propos de leur consommation d électricité sur la base d une mesure centralisée de la consommation. Des techniques de désagrégation de la courbe de charge ont été appliquées afin de produire un bilan pour les 50 ménages qui ont participé à ce projet. Suite à cela, un nouveau projet OFEN a été mis en place avec des distributeurs d électricité (Groupelec et Romande Energie), afin de réaliser un pilote de 200 ménages, basé sur une mesure simplifiée comptant les impulsions des compteurs existants. Champs de recherche Energy data analysis Non intrusive appliance load monitoring Energy advices Financement OFEN Fondation The Ark GEROCO SA, Groupelec, Romande Energie, IIG HES-SO VS Durée du projet Janvier 2015 > Juin 2016 Responsable du projet Pierre Roduit pierre.roduit @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis, Sion 27

Projets de recherche en énergie Caractérisation des modules photovoltaïques à colorant de l entreprise g2e (Glass to Energy) L entreprise Glass To Energy (g2e) développe la fabrication de panneaux solaires à colorant sur la base de la technologie «Grätzel» mise au point par l EPFL. L objectif du projet est de concevoir des instruments de mesure et caractérisation de ces cellules, accordés à leurs spécificités. Par exemple, des posages avec éléments Peltiers permettent la caractérisation en température. Et un posage situé sur le toit de la HEIG-VD raccordé à un système d acquisition permet la mesure de leurs performances en temps réel et dans les conditions concrètes d utilisation. Des systèmes MPPT particuliers ont été développés, adaptés à la caractéristique des panneaux individuels. Champs de recherche Tests Mesures Caractérisation Solaire photovoltaïque Analyses Traitement de données Financement OFEN Glass To Energy (g2e) Durée du projet 2013 > 2015 Responsable du projet Jean-François Affolter jean-francois.affolter @ heig-vd.ch Institut d Energie et Systèmes Electriques, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 28

TORPLANT Développement et pilote d un système intégré de torréfaction de biomasse, phase laboratoire Le projet Torplant consiste en la construction, les essais et l optimisation d une unité pilote de torréfaction de biomasse d environ 100 kg/h soit environ 500 kwth avec production combinée d énergie mécanique et étude de la valorisation des gaz de torréfaction. On vise la production d un combustible économique de bonne qualité qui puisse être stocké à long terme et utilisé pour la production d électricité et/ou de chaleur, ainsi que la valorisation sur site des gaz de torréfaction. Le projet est séparé en une phase de laboratoire et une phase pilote sur un site industriel. Objectifs de la phase laboratoire : Torréfaction de diverses sources de biomasse telles que les bois de rebus non contaminés, les déchets de taille et branchages, les déchets agricoles et forestiers et les rebus de méthanisation Production de pellets à partir de la biomasse torréfiée Démonstration de leur conformité aux normes environnementales et aux critères d acceptabilité des clients potentiels La phase pilote fait l objet d un projet industriel. Champs de recherche Bioénergie Génie thermique Torréfaction Combustion Financement OFEN Services Industriels de Genève Durée du projet 2011 > 2013 Responsable du projet Jean-Bernard Michel jean-bernard.michel @ heig-vd.ch Institut de Génie Thermique HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 29

Projets de recherche en énergie Production décentralisée d électricité et de chaleur de très petite puissance (1 kwe) à partir de bois, pour l habitat Ce projet consiste à développer une micro-turbine à gaz à combustion externe utilisant l air ambiant comme fluide de travail (appelée aussi turbine à air chaud). Il s agit de concevoir un ensemble complet formé de turbomachine, basée sur des compresseurs et turbine de type radial et supportée par des paliers à gaz, l échangeur de chaleur pour transférer l énergie thermique dégagée par la combustion du bois au fluide de travail, un éventuel récupérateur de chaleur sur le flux en sortie de turbine (si pertinent), une génératrice électrique et l électronique de puissance nécessaire à la conversion du courant aux spécifications du réseau électrique. Le but est d obtenir un système complet indépendant capable de produire dans un premier temps environ 1 kw électrique et 4 kw thermiques. Ce système doit idéalement pouvoir être mis en œuvre indépendamment de la forme du bois (bûches, plaquettes ou granulés) ou du type d installation (chaudière ou poêle), sans modification majeure, cela afin d en réduire les coûts. L installation devra cependant être prévue pour intégrer un tel dispositif. Le résultat du projet doit être un premier système complet intégré à une chaudière à granulés de bois du marché, éprouvé dans des conditions de laboratoire et à même de pouvoir subir ensuite un test d endurance en conditions réelles d utilisation (état de pré-industrialisation). Financement OFEN Etat de Vaud Services Industriels de Genève Durée du projet 2013 > 2017 Responsable du projet Roger Röthlisberger roger.rothlisberger @ heig-vd.ch Institut de Génie Thermique HEIG-VD, Yverdon-les-Bains Champs de recherche Bois énergie Génie thermique Cogénération Turbine à air chaud Combustion 30

Hydrogen, Bioethanol and Electricity Production with a bioelectrical cell The combined hydrogen, methane and bioethanol production within a microbial electrolysis cell is evaluated. This process is compared to alternative renewable electricity and bio-ethanol production in a microbial fuel cell. The mixed product cultivation is an approach to enhance the productivity of any fermentation process and here exemplified for a flexible bioelectrical system that promises to enhance the overall atom economy in bioelectric systems. Research fields Bioelectric system Microbial fuel cell Microbial electrolysis cell Bioethano Electrohydrogeneration Electromethanisation Funds OFEN ERZ Zürich, CEKAtec AG, BFH-TI, FH-Recklinghausen (D) Project duration 2013 > 2015 Project s responsible Fabian Fischer fabian.fischer @ hevs.ch Life Technologies Institute, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 31

Projets de recherche en énergie PEEAP Compteurs L OFEN poursuit différentes études et mesures d augmentation de l efficacité de l utilisation finale de l électricité. Cette étude traite le potentiel d économie énergétique des compteurs d électricité, donc l un des aspects «en amont» de la consommation. Son périmètre se limite aux compteurs ménage. Les objectifs principaux du projet sont : La détermination, par une analyse «bottom-up», du potentiel d économie de courant sur la consommation propre des compteurs électriques basse tension La réalisation de l analyse avec la participation active des entreprises électriques de Suisse Romande L identification d éventuels projets ou programmes qui pourraient entrer dans le cadre d appels d offres public Champs de recherche Compteurs intelligents SmartMeter SmartGrid Efficacité énergétique Financement OFEN Romande Energie, Groupe-e, Spontis Durée du projet Janvier 2014 > Juin 2014 Responsable du projet Patrick Favre-Perrod patrick.favre-perrod @ hes-so.ch Institut ENERGY Haute école d ingénierie et d architecture de Fribourg 32

Rénovation à haute efficacité énergétique et faibles impacts environnementaux (ECO-Reno) Ce projet vise à améliorer les connaissances dans le domaine de la rénovation des bâtiments d habitation à hautes performances environnementales et a améliorer la dissémination des connaissances auprès des professionnels du secteur mais également des propriétaires de bâtiments et des investisseurs. Ce projet comprend plusieurs volets : détermination de l épaisseur optimale d isolation, rénovation des bâtiments avec un chauffage électrique, participation à une annexe de l AIE et analyse énergétique, environnementale et financière de la rénovation énergétique à très haute efficacité d une habitation multifamiliale (60 appartements). Champs de recherche Rénovation énergétique Impacts environnementaux Efficacité énergétique Financement OFEN Econcept, AIE Durée du projet 2012 > 2015 Responsables du projet Blaise Perisset blaise.perisset @ heig-vd.ch Stéphane Citherlet stephane.citherlet@heig-vd.ch Institut de Génie Thermique HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 33

Projets de recherche en énergie Campagne de mesures : installation solaire thermique à haute température de Colas Suisse SA Ce projet a pour but d analyser les performances d une installation solaire à haute température (jusqu à 200 C) intégrée sur le site industriel de COLAS Suisse SA à Yverdonles-Bains. Il vise également à montrer et à promouvoir les bénéfices liés à l utilisation de la chaleur solaire avec stockage thermique sur des sites industriels. Cette installation utilise l énergie solaire à la fois pour assurer une partie des besoins énergétiques en chauffage et eau chaude sanitaire du bâtiment de fonction du site et pour maintenir en température deux cuves de stockage de 100 m 3 bitume. Les différentes étapes du projet sont : Mesure des performances Modélisation numérique de l installation Optimisation thermique, économique et environnementale de l installation Champs de recherche Solaire thermique Haute température Stockage thermique Financement OFEN OFEN, COLAS Suisse SA, SRBenergy, SPF, MRI, Romande Energie Durée du projet 2013 > 2016 Responsables du projet Mircea Bunea mircea.bunea @ heig-vd.ch Stéphane Citherlet stephane.citherlet@heig-vd.ch Institut de Génie Thermique, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 34

Utilisation optimale des pompes en parallèle Les pompes, les ventilateurs, les compresseurs et les autres machines entraînées par les moteurs électriques représentent près de 2/3 de l électricité consommée dans le secteur industriel et près de 1/3 de l électricité consommée dans le secteur tertiaire. En Suisse, ces applications représentent plus de 40% de la consommation totale d électricité. Dans de nombreuses installations, plusieurs pompes fonctionnent en parallèle. C est le cas des groupes de surpression, du pompage des eaux usées, des systèmes de conduites communales et de nombreuses applications industrielles. L installation et l exploitation judicieuses du système permettent une utilisation efficace d un point de vue énergétique avec une fiabilité élevée. Le projet a pour principal objectif de réaliser un banc d essais afin de montrer l intérêt d une utilisation rationnelle des pompes en parallèle avec un contrôle approprié visant une optimisation du rendement et de la fiabilité de l installation. Le banc d essais sera utilisé et valorisé comme outil didactique dans le cadre de post-formations et pour les laboratoires d étudiants à la HEIG-VD. Champs de recherche Entraînements électriques Optimisation énergétique Moteurs Pompes Financement OFEN Fondation ProTechno Durée du projet 2014 > 2016 Responsable du projet Christophe Besson christophe.besson @ heig-vd.ch Institut d Energie et Systèmes Electriques (IESE), HEIG-VD, Yverdon-les-Bains 35

Projets de recherche en énergie Simuler des installations géothermiques mesurées L objectif principal de l étude vise à simuler des installations géothermiques mesurées pour observer comment les calculs reproduisent les mesures. L étude est effectuée sur des installations dont on dispose de mesures suffisamment détaillées qui permettent de refléter son fonctionnement réel. Les installations sont choisies en fonction des critères suivants : Installation pour le chauffage uniquement Installation avec quelques sondes géothermiques, mais le nombre exact reste ouvert Disposer d un minimum de cinq ans de mesures, idéalement une dizaine d années Les données techniques de l installation, sondes géothermiques et terrain inclus, sont connues et disponibles L outil de calcul utilisé pour l étude est TRNSBM, qui n est autre que le programme SBM (Superposition Borehole Model) intégré dans le software TRNSYS (Transient System Simulation). Financement OFEN Programme SuisseEnergie EWZ Durée du projet 2014 > 2015 Responsables du projet Daniel Pahud daniel.pahud @ heig-vd.ch Stéphane Citherlet stephane.citherlet@heig-vd.ch Institut de Génie Thermique, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains Champs de recherche Sondes géothermiques Comparaison simulation mesure Effets à long terme 36

Containers mobiles utilisés comme abris de chantier ou locaux de services : Responsables du projet d une fiche d information L objectif principal de l étude vise à simuler des installations géothermiques. La HES-SO Valais a été mandatée par l OFEN pour évaluer la situation des containers mobiles au niveau de l isolation thermique et de la consommation énergétique. Une fiche d information sera réalisée afin d éclairer les aspects énergétiques des locaux transportables (containers, pavillons) utilisés seuls ou juxtaposés pour des affectations de chantiers ou de locaux scolaires, d administrations, etc. Champs de recherche Optimisation énergétique Isolation Chauffage Financement OFEN Agence Minergie Romande (bureau EHE) Durée du projet 2013 > 2015 Responsable du projet René Vuilleumier rene.vuilleumier @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 37

Projets de recherche en énergie SEPIA : Social Cushioning of Energy Price Increases and Public Acceptability The project investigates distributional and other effects of energy price increases and the acceptability of social cushioning measures. It also investigates how social cushioning and other measures can increase the acceptability of policy-induced energy price increases. The project builds on two very distinctive but complementary methods: Simulations with a dynamic computable general equilibrium (CGE) model, GENESwIS, with disaggregated sectors and households (according to income groups, working vs. retired population, and rural vs. urban population), to evaluate distributional and other effects of scenarios that include significant energy price increases and social cushioning measures. A representative survey to identify acceptable policy packages that involve both energy price increases and social cushioning measures for these price increases. The survey will also be designed to help us to identify ways in which the acceptability of such policy packages can be increased. Funds OFEN Econability, EPFL, Université de Genève Project duration 2013 > 2015 Project s responsible Andrea Baranzini andrea.baranzini @ hesge.ch CRAG, Haute école de gestion de Genève Research fields Energy policy CGE model Ecological fiscal reform Acceptability 38

RENOVE Logiciel pour la rénovation énergétique des bâtiments Le logiciel renove (http://renove.hevs.ch) a été développé dans l objectif de fournir une aide à la décision aux acteurs du marché de la rénovation (entreprises de construction, régies immobilières, fournisseurs de matériel, architectes ou entrepreneurs). renove est basé sur le moteur de calcul de bsol et réalise un diagnostic de l immeuble sur la base d indications fournies par l utilisateur. Les résultats permettent d évaluer le potentiel d économie d énergie de chauffage et d estimer les coûts des travaux d amélioration. Cette application en ligne est simple à utiliser afin d encourager les propriétaires et les gérants d immeubles à envisager l idée d une rénovation de l enveloppe du bâtiment et des installations techniques. Champs de recherche Optimisation énergétique Rénovation des bâtiments Coûts de rénovation Confort thermique Simulation Financement OFEN Enerconseil Sàrl Durée du projet 2009 > 2011 Responsable du projet Michel Bonvin michel.bonvin @ hevs.ch Institut Systèmes Industriels, HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion 39