QUELLES PERPECTIVES POUR LES APPLICATION STATIONNAIRES? Claude FREYD DE DIETRICH THERMIQUE L HYDROGENE ENERGIVIE : DEVELOPPEMENT ET APPLICATIONS POTENTIELLES 21 mars 2013
Contexte Tendance globale à la réduction : de la consommation énergétique des émissions de polluants de l émission de gaz à effets de serre Attention toute particulière aux bâtiments qui entrent pour 40% dans la consommation globale d énergie et plus spécifiquement le chauffage et l eau chaude sanitaire Consommation énergétique domestique (Moyenne EU-27) source : Odyssee indicators www.building.eu
L évolution des consommations en France Réduction globale et compensation des besoins énergétiques pour les Bâtiments à Energie Positive kwhep/m².an 300 250 282 75 Produits blancs + bruns Confort thermique & éclairage 200 150 100 50 0 95 207 60 60 50 35 Parc 2008 BBC BEPOS D ici à 2020, les besoins en énergie thermique vont devenir minoritaires et la consommation d énergie devra être globalement compensée
Les axes de travail: Isolation Gestion de l E Récupération d E 1: Limiter les besoins Solaire thermique Electricité Photovoltaïque Biocombustibles Energie Eolienne Pompes à chaleur Cogénération Chaudières à condensation 2: Intensifier l usage des énergies renouvelables 3: Optimiser l utilisation des énergies fossiles
Les conséquences sur les produits Optimisation des solutions «traditionnelles», produits toujours plus intelligents Les objectifs de performance imposeront l association de différentes technologies intégrant des énergies renouvelables La compensation de la consommation énergétique des bâtiments imposera la production locale d énergie électrique
Quelles seront les technologies adaptées? Les produits sont identifiés par couleur. Les strates successives d une même couleur correspondent à l évolution de la performance des «générations» d un même produit Source : Groupe Road map 2010-2020 UNICLIMA-GDF SUEZ
Quelles seront les technologies adaptées? Economies Energie Primaire / Chaud. Standard Avec ENR (Solaire TH, PV, ) 50% Pile à combustible 40% PAC Gaz Absorption PAC Moteur Gaz 30% Ecogénérateur Moteur Ecogénérateur Stirling 20% Chaud. à condensation 10% Chaud. BT 0% Chaud. STandard 1990 2000 2010 2020 Source : Groupe Road map 2010-2020 UNICLIMA-GDF SUEZ
Les axes de recherche Au-delà des améliorations et innovations dans les technologies déjà commercialisées, nous explorons notamment deux axes de recherche : Les pompes à chaleur à gaz La cogénération
Les Pompes a chaleur a gaz
Intérêt d une Pompe à chaleur à gaz Exemple PGA 38 : rendement 165% (A7W50) Technologie permettant de réduire la consommation d énergie d au moins 30% par rapport à une chaudière à condensation Consomme du gaz, donc n augmente pas la charge du réseau électrique Les performances sont moins sensibles aux conditions climatiques qu une PAC électrique Permet d atteindre aisément des températures élevées, ce qui est nécessaire dans le marché du remplacement de chaudières
LA COGÉNÉRATION
Principe et attendus de la cogénération PRODUCTION CENTRALISEE COGENERATION Chaleur produite perdue Chaleur récupérée Production d électricité Energie primaire
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant (moyenne)
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant 16 kwh Electricité 80 kwh Chaleur
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant 137 kwh Centrale électrique η = 39% 41 kwh 16 kwh Electricité Chaudière BT η = 83% (PCS) 96 kwh 80 kwh Chaleur 41 kwh Pertes
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant 16 kwh Electricité Micro-cogénération 100 kwh Gaz η = 96% (PCS) 100 kwh 80 kwh Chaleur 4 kwh Pertes
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant 137 kwh Centrale électrique η = 39% 41 kwh 16 kwh Electricité Micro-cogénération 100 kwh Gaz η =96% (PCS) 100 kwh Chaudière BT η = 83% (PCS) 96 kwh 80 kwh Chaleur 41 kwh Pertes 4 kwh Pertes
Le principe de la cogénération : Ex : Cogénération installée dans l existant η = 70% η = 96% 137 kwh Centrale électrique η = 39% 41 kwh 16 kwh Electricité Micro-cogénération 100 kwh Gaz η = 96% (PCS) 100 kwh Chaudière BT η = 83% (PCS) 96 kwh 80 kwh Chaleur 41 kwh Pertes 4 kwh Pertes Économies d énergie primaire : 37 / 137 = 27%
De Dietrich et la micro-cogénération Pour les applications domestiques / petits collectifs, nous développons et commercialisons différentes technologies: - Ecogénérateur à moteur gaz DX Power (déjà commercialisé sur d autres marchés) - Ecogénérateur à moteur Stirling Hybris Power (en cours d essais sur sites) - Ecogénérateur à pile PEM (en cours d essais sur sites) - Ecogénérateur à pile SOFC (en cours de développement)
Pourquoi développer différentes technologies? Elles ne produisent pas toutes la même quantité de chaleur 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Energie Thermique produite (Wh) par kwh d'energie Electrique STIRLING PEMFC SOFC MATURITE Adaptée aux bâtiments ACTUELS et BBC collectif Adaptée aux bâtiments ACTUELS et BBC Adaptée aux bâtiments ACTUELS, BBC & BEPOS Et n ont pas atteint le même degré de maturité
22 Ecogénérateur à moteur gaz DX Power Puissance électrique : 5,5 kw Puissance thermique : 12,5 kw (15,5 kw avec condenseur) Rendement global : 89% (100% avec condenseur) Dimensions : 720mm x 1000mm x 1070 mm Poids : 580 kg Niveau acoustique : 54-58 db(a) suivant DIN 45635-01
23 Ecogénérateur à moteur gaz DX Power Caractéristiques moteur : Moteur piston 4 temps Mono-Cylindre de 580 cm3 Vitesse de rotation : 2450 tr/min Durée de vie : 80.000 h (4.000.000 km à 50 km/h) Caractéristiques générateur : Fonctionnement asynchrone 91% de rendement Vitesse de rotation : 3000 tr/min
Ecogénérateur à moteur Stirling Hybris Power Puissance électrique : 1 kw (Moteur Stirling) Puissance thermique Moteur Stirling : 5.8 kw Puissance thermique Totale : 24 kw Rendement électrique : 17% Rendement global système : 107% (50/30 C) Le produit se monte en lieu et place d une chaudière murale à gaz Encombrement réduit : 490 x 910 x 422 mm
Ecogénérateur à moteur Stirling Hybris Power Brûleur gaz Eau de refroidissement du circuit de chauffage Bobine Ressorts Aimants
Ecogénérateur à moteur Stirling Hybris Power Moteur à combustion externe Permet de produire de l électricité à la fréquence réseau (50 HZ) Pas de lubrification nécessaire -> pas de maintenance Performants, fiable, longue durée de vie, silencieux
Ecogénérateur à moteur Stirling Hybris Power Plusieurs milliers en fonctionnement en Europe Commercialisé en Allemagne, Angleterre, Hollande Une centaine installée en France dans le cadre d un essai sur site en partenariat avec GDF Suez et GDS
Pile à combustible PEM G A M M A PREMIO Ecogénérateur à usage domestique intégrant une pile à combustible PEM et une chaudière à condensation alimentés au gaz naturel Puissance électrique : de 0.3 à 1 kw (Pile à combustible) Puissance thermique Pile à combustible : 1.87 kw Puissance thermique Chaudière : de 2,9 à 15 kw Rendement électrique : 34% Rendement global système : 96% (EN 50465-60/40) Projets et Particulièrement bien adaptée à l utilisation de l hydrogène
Ecogénérateur à pile à combustible SOFC Ecogénérateur à usage domestique intégrant une pile à combustible SOFC et une chaudière à condensation alimentés au gaz naturel Puissance électrique : de 0 à 2 kw (Pile à combustible) Puissance thermique : de 0.3 à 1 kw (Pile à combustible) Puissance thermique : de 3.5 à 15 kw (Chaudière) Rendement électrique : 60% Rendement global : 85% (système pile à combustible) Rendement global système : > 95% Partenariat avec et Couplage CERAMIS Power avec un ballon de 200 litres Christophe Dugied / GDF SUEZ
Quelques remarques sur l utilisation de l hydrogène: Des obstacles restent à lever, ils sont principalement liés à l adaptation des paramètres de combustion: Garantir une combustion aussi performante qu'avec le gaz naturel tant en termes de rendements qu en termes de pollution Garantir la fiabilité et la longévité des produits Selon les pistes suivies (type et qualité du gaz distribué, typologie du réseau), il faudra prendre en compte le parc installé
Conclusion : Dans tous les cas, les applications de l hydrogène - qu il soit utilisé directement ou reconverti en méthane - sont innombrables, grâce à l existence d un parc installé considérable, combiné aux bénéfices des futurs réseaux intelligents (smart grids) C est probablement l un des vecteurs énergétiques majeurs des prochaines décennies, car il permet de conjuguer une utilisation optimales des énergies renouvelables dans la production d énergie électrique tout en diminuant l empreinte carbone des solutions de chauffage faisant appel aux énergies fossiles