ENR810 Énergies renouvelables Stockage thermique Pierre-Luc Paradis Chargé de cours pierre-luc@t3e.info Patrick Belzile, ing., M.ing. Daniel Rousse, ing., M.Sc.A., PhD Stéphane Hallé, M.Sc.A., Ph.D.
Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 2
Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 3
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.fr/ Les types de stockages Puissance Temps de décharge 5
Introduction Les types de stockages Liquid Metal Battery Donald Sadoway: The missing link to renewable energy http://www.ted.com/talks/donald_sadoway_t he_missing_link_to_renewable_energy?langua ge=en#t-768743 6
Introduction 80% de l énergie dans le secteur résidentiel est consommée sous forme de chaleur! 7
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
Introduction L exemple le plus simple? Il est utilisé dans pratiquement toutes les maisons québécoises Le chauffe-eau domestique V.S. 9
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Plan de la présentation Introduction Principe de fonctionnement Exemples Le stockage latent Conclusion 11
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
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
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
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
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
Principe de fonctionnement Au départ 17
Principe de fonctionnement Au temps t Augmente à mesure que la glace se forme! 18
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
Principe de fonctionnement 20
Principe de fonctionnement 21
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
Principe de fonctionnement Réf: http://www.hydroquebec.com/ Déplacement de l appel de puissance 23
Principe de fonctionnement Réf: http://www.hydroquebec.com/ Déplacement de l appel de puissance 24
Principe de fonctionnement Réf: http://www.hydroquebec.com/ Déplacement de l appel de puissance 25
Principe de fonctionnement Déplacement de l appel de puissance 26
Principe de fonctionnement Revenons à l exemple du chauffe eau domestique 27
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
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
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
Principe de fonctionnement Chauffe-eau instantanée Solution Utilisation du Gaz Naturel! 31
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
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
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Exemples ThermElect (Steffe s Corporation) Réf.: Moreau, A. 36
Exemples Accumulateur à changement de phase 37
Exemples Accumulateur de glace 38
Exemples Stockage courte durée et saisonnier Drake Landing 39
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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
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
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
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Conclusion Les systèmes de stockages ne permettent pas: Une réduction de la consommation d énergie! 47
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