Optimisation énergétique et environnementale des systèmes de réfrigération secondaire par coulis et de stockage de froid Laurence FOURNAISON Unité Génie des Procédés frigorifiques GPAN, Irstea 1 rue Pierre- Gilles de Gennes - CS10030, 92761 Antony Cedex
La production de froid représente - 15 % de l énergie électrique (agroalimentaire, chimie, électronique, transport, confort de l'habitat ) - 8 % des rejets de gaz à effet de serre (GES) lorsque l on inclut l impact des fluides frigorigènes. Tout procédé visant à - améliorer l efficacité énergétique des systèmes frigorifiques - réduire l impact environnemental des fluides frigorigènes contribuera donc de façon significative à la réduction des GES. 2
La réfrigération secondaire permet de réduire de manière importante la quantité de fluides frigorigènes des installations et le stockage du froid permet d optimiser le dimensionnement, la flexibilité et le rendement des installations. L intégration des dispositifs de stockage dans les procédés de réfrigération secondaire peut nécessiter une adaptation voire une redéfinition des systèmes existants, ce qui peut avoir des conséquences sur les rendements énergétiques globaux. 3
Ce projet de recherche propose une approche système pour l étude des procédés de réfrigération secondaire par coulis couplés avec des dispositifs de stockage de froid. L approche système consiste à modéliser plusieurs éléments : - de la machine frigorifique (compresseur, condenseur, détendeur et évaporateur), - du dispositif de stockage (matériaux à changement de phase MCP, réservoir, matrices, plaques ) - de la boucle secondaire (réacteur, échangeur, pompe, système de distribution ) qui seront ensuite assemblés dans un outil numérique. 4
Cet outil sera validé expérimentalement sur des dispositifs pilote existants de stockage et de transport de froid par coulis de glace et d hydrates. L outil numérique intègrera une analyse énergétique et de cycle de vie (ACV) afin d'évaluer l efficacité globale des systèmes. Ce projet propose de développer un outil d'aide au choix, à la construction et à l'optimisation de systèmes de stockage par MCP (glace, paraffines, hydrates ) et de transport de froid par coulis (fluide frigoporteur diphasique). 5
Aspect économique et énergétique Le stockage de froid permet de tenir compte de la disponibilité des ressources en énergie en décalant la production de froid dans le temps, voire jusqu à un effacement total des réseaux (saturation des réseaux). L augmentation prévisible du coût de l énergie et sa probable diversification dans les années à venir (solaire, éolien ), les systèmes de stockage risquent d être incontournables et leur temps de retour sur investissement sera fortement réduit. Grâce à l outil numérique développé dans ce projet, des architectures de réfrigération secondaire et de stockage de froid pourront être proposées et couplées à des scénarios tarifaires afin d évaluer la faisabilité économique du système. 6
Aspect réglementaire et environnemental La réglementation sur les fluides frigorigènes impose des contraintes sur leur utilisation (limitation aux fluides à faible pouvoir de réchauffement, GWP) et le coût (taxation prévue) des fluides obligent l industrie frigorifique à adapter ses choix soit vers l utilisation de fluides naturels (CO2, NH3, H2O, Air ) ou de nouveaux mélanges (en développement), soit vers des systèmes de réfrigération limitant les quantités de fluide frigorigène. Aspect technologique L'objectif principal de ce projet est de contribuer au développement de la réfrigération secondaire et du stockage de froid, technologies permettant à la fois d améliorer l efficacité énergétique des systèmes frigorifiques et de réduire l impact environnemental lié à l utilisation des fluides frigorigènes. 7
Perspectives de développement: Si une configuration présente une efficacité énergétique suffisante et un temps de retour sur investissement favorable, il s agira alors de collaborer avec les partenariats industriels afin de développer un démonstrateur répondant au cahier des charges issu de la modélisation. 8
1 thèse en co-direction avec le LIMSI sur le développement de modèles (95 k ) 1 post-doctorant en collaboration avec EDF sur l expérimentation de systèmes (60 k ) Fonctionnement (matériels, fluides, missions) (45 k ) un total de 200 k 9
Connu : Laboratoire d Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l Ingénieur (LIMSI), Pons Michel, UPR CNRS No 3251 Tél: 01 6985 8075 Adresse: BP 133, Rue J. von Neumann bât. 508, 91403 Orsay Cedex Potentiel : EDF, Centre de Recherche des Renardières (Ecuelles, 77) 10