Optimisation multicritères du couplage de solutions de micro cogénération avec le bâtiment Journée de la micro cogénération BOUVENOT Jean-Baptiste
Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 2
Contexte 3
Contexte HT MT BT 4
Contexte HTA HTB BT 5
Contexte Le paquet climat-énergie de l UE: 20-20-20: -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!
Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 7
Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime stationnaire) 880 860 30 C 840 820 800 40 C 50 C 60 C 780 760 8 10 12 14 16. V cw [l.mn -1 ] 8
Puissance électrique normalisée [W el /W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime instationnaire) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2 30 C - 16 l/min 30 C - 10.5 l/min 40 C - 10.5 l/min 50 C - 8.5 l/min 30 C - 16 l/min 0 300 600 900 1200 1500 1800 t [s] 9
Puissances thermiques[w th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Rankine biomasse, régime stationnaire) 20000 Pfuel [Wth] R² = 0.9943 2000 16000 QHX [Wth] Pgross [Wel] R² = 0.9974 R² = 0.9906 1600 12000 Paux [Wel] R² = 0.9998 1200 8000 800 4000 400 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100PLR [%] 10
Puissances thermiques [W th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Stirling gaz, régime instationnaire) 10000 8000 6000 starter R² = 0,9405 HP pump + WP feeder R² = 0,9405 HP pump QHX QHX trend Pgross Pgross trend Paux 2500 2000 1500 4000 1000 2000 500 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 t [s] 11
Puissance thermique [W th ] Puissance électrique [W el ] Plateforme d optimisation 1- Les micro cogénérateurs o Modèles dynamiques semi physiques (Rankine biomasse, régime instationnaire): 16000 QHX [W] Q' HX = 6 [W th /s] 1600 12000 Pgross [W] P' gross = 0.6 [W el /s] 1200 8000 800 4000 400 0 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 t [s] 12
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
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
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
Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle Q P 16
Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande thermique Q Q P 17
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
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
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
Plateforme d optimisation 3- Les stratégies de contrôle o Suivi de la demande électrique + délestage P 1 Q P P 1 21
Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 22
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 1 0.8 0.6 semaine week end 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 t [h] 23
Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Loi normale autour de la durée moyenne ou cycle prédéfini OU T moy t t 24
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) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 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
Puissance électrique [W el ] 2500 Besoins énergétiques 1- Besoins électriques o Méthode «Bottom-Up» par agrégation de cycles élémentaires 2000 1500 1000 500 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 t [h] 26
P [-] Besoins énergétiques 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2- 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 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 t [h] 27
Besoins énergétiques 2- Besoins ECS o Loi normale autour : - de la durée moyenne ou cycle prédéfini (NF EN 13203-2), - du débit de soutirage (NF EN 13203-2), o Température de puisage selon l usage (douche : 40 C, nettoyage : 60 C, ) (NF EN 13203-2), o Modulation saisonnière des besoins (AICVF), o Modélisation de la température d eau froide, 28
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 13203-2): 30000 25000 20000 petit puisage hiver douche/bain/vaiselle/net toyage hiver petit puisage été 15000 douche/bain/vaisselle/n ottoyage été 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 t [h] 29
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
Besoins énergétiques 3- Besoins de chauffage o Typologie de bâtiments: - Surface habitable - Consommation spécifique 31
Besoins énergétiques 3- Besoins de chauffage o Zones climatiques: - 8 zones de la RT 2012 - Fichiers météorologiques réels 32
Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 33
Optimisation énergétique, environnementale et économique Plateforme: CO 2 34
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
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
Optimisation énergétique, environnementale et économique 2- Economies en émissions de CO2: o Données de RTEecomix 1000 Fioul Puissance électrique [Mwel] 16000 Gaz 14000 12000 10000 Charbon 900 800 700 600 500 8000 6000 400 300 4000 200 2000 100 0 0 37 Facteur d émission [gco2.kwhel-1] 18000
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
Optimisation énergétique, environnementale et économique 39
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
Optimisation énergétique, environnementale et économique 160 120 GW el 80 gco 2 /kwh 40 0 el -160-140 -120-100 -80-60 -40-20 -10 0-5 20 400 60 5 80 10 100 15 120 140 25 30 160-40 C -80-120 -160 c /kwh el
Contexte du projet Plateforme d optimisation Les besoins énergétiques Optimisation énergétique, environnementale et économique Quelques résultats 42
Quelques résultats 1- Signature électrique: «thermo productibilité» chauffage ECS
- Quelques résultats 2- Stockage électrique : 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 SCR RT 12 SCR RT 88 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 1 2 3 4 5 SOC [kwhel]
Merci, des questions?
Contexte GAZ 100 (200 gco 2 /kwh PE ) électricité 15 chaleur 85 39 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
Contexte + BIOMASSE 100 (40 gco 2 /kwh EP ) électricité 9 chaleur 86 23 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