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Gestion de l’appel de puissance dans le domaine hôtelier.
Concilier le confort & la maîtrise de l’énergie
Par: Andréa Daigle T.P.
7 mai 2015
« Le peak, ça ne se contrôle pas !»
La perception
…fait parfois obstacle à la connaissance.
Utilisons-la plutôt comme fondement de la connaissance!
Préambule
• Sujets non traités:
– Projets pilotes d’Hydro-Québec
– Ce qui a été démontré depuis plus de 50 ans
Préambule
• Objectifs – Rappel sur la gestion de puissance
– Connaître les principaux défis associés au marché hôtelier
– Mailler la maîtrise de l’énergie et la maîtrise du confort au sein d’une approche équilibrée
– Décrire en quoi un processus basé sur un algorithme conçu pour l’application hôtelière contribue à concilier la maîtrise de l’énergie et du confort
Agenda
– Définitions
– Défis du marché Hôtelier
– Historique de la gestion de puissance
– Bilan
– Maillage de la maîtrise de l’énergie et du confort
– Les embûches
– Concilier la maître de l’énergie et le confort
– Conclusion
Quelques définitions
L’énergie
– Concept:
• Capacité d’un système à produire un travail
– Quelques unités de mesure :
• kWh; Joule; Calorie; Électronvolt,
– Équivalences:
• 1 Watt-Sec. = 1 Joule
• 1 Wh = 1 W x 60 sec x 60 min = 3 600 Joules
• 1 kWh = 2 kW x 0,5 h
= 0,1 KW x 10 h
L’énergie
– Tarif « M » H.Q.
• Période: – 30 jours
• Mesuré en kWh (Kilowatt heure)
• Premiers 210 000 kWh (30 jours): – 0,0487 $ /kWh
• Reste de l’énergie consommée: – 0,0363 $ /kWh
La puissance électrique
– Concept:
• Débit d’énergie = Quantité d’énergie fournie par unité de temps P = E/△t
– Unité de mesure:
• Watt; Joule/sec
– Exemple:
• Deux véhicules ont franchi la même distance
• L’un a effectué le trajet à plus grande vitesse
La puissance
– Tarif « M » H-Q:
• Période: – 30 jours
• Puissances maximales appelées – Réelle : kW (kilowatt)
– Apparente: kVA (Kilovoltampère)
• Puissance minimum contractuelle – > 50 kW ou 65% plus grand appel de puissance hiver
La puissance de facturation
– Puissance facturée:
• Choix de la puissance la plus élevée: – Puissance réelle (kW)
– 90% de la puissance apparente (kVA)
– Puissance min. contractuelle (kW)
• Tarif (30 jours): – 14,37 $
• Principe d’enregistrement de la puissance: – kW max. appelée au cours de la période
– Pas un kW instantané
– RAZ à la fin de la lecture
Intégrations types de la puissance
• Fenêtres fixes – Intervalles indépendants
– Ex.: 15 minutes (4 lectures /hr)
• Fenêtres glissantes – Intervalles divisés en sous-
périodes
– Ex.: 15 min. / 5 min.
• Thermique – Émulation compteur
électro mécanique
– 90% 15min; 99% 30 min ; 99,9% 45 min.
Source: Schneider Électric, Power meter 750, Bulletin # 63230-507-201A1
Comparatif d’intégration de la puissance
15 min 30 min0
100 kW
50 kW
Intégration de l'appel de puissance
Interval vs thermique
Lecture intégrée vs instantanée
5 min. 5 min. 5 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
5 min.
Puissance moyenne à chaque période
15 min. 15 min. 15 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
Courbe de la puissance
Puissance
Intégrée
15 min.
Puissance maximum appelée
Exemple Fenêtre fixe
50
75
100
Puissance maximum
5 min. 5 min. 5 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
5 min.
15 min. 15 min. 15 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
Courbe de la puissance
Puissance
Intégrée
15 min.
Puissance
maximum appelée
50
75
100
12,5 kWh 18,75 kWh 25 kWh 12,5 kWh
100 kW
Énergie = 68,75 kWh
Puissance = 100 kW
F.U. = 68,75%
Concept de gestion de la puissance
5 min. 5 min. 5 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
5 min.
15 min. 15 min. 15 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
Courbe de la puissance
Puissance
Intégrée
15 min.
Puissance
maximum appelée
50
75
100
12,5 kWh 18,75 kWh 18,75 kWh 18,75 kWh
6,25 kWh 75 kW
Énergie = 68,75 kWh
Puissance = 75 kW
F.U. = 91,67%
Concept de gestion hors pointe
5 min. 5 min. 5 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
5 min.
15 min. 15 min. 15 min.
Puissance
Intégrée
Pu
issan
ce (
kW
)
Courbe de la puissance
Puissance
Intégrée
15 min.
Puissance
maximum appelée
50
75
100
17,19 kWh 17,19 kWh 17,19 kWh 17,19 kWh
68,75 kW
Énergie = 68,75 kWh
Puissance = 75 kW
F.U. = 100%
Charge de la
banque d’accumul.
Profil de la gestion hors pointe
*Sourc
e:
pré
senta
tio
n H
ydro
-Québec (
gestio
n f
uté
e d
e la
consom
ma
tio
n d
’énerg
ie,
2006)
Effet de la puissance sur les coûts
Puissance totale x hr fonctionnement
(2 kW x 0,25h) x 4 = 2 kWh
0,0487$ x 2 kWh = 0,0974 $ Tarif M
Une seule plinthe = 2 kW
14,37 $ x 2 kW = 28,74 $
+ 28,74 $ = 28,84 $
Consommation totale = 2 kWh
Puissance appelée = 2 kW (2 kWh / 1 h / 2 kW) x 100% = 100%
2 kW
Total: 28,84 $Chambre
# 1
Chambre
# 2
Chambre
# 3
Chambre
# 4
0,25 h 0,5 h 0,75 h 1 h
15 min
kWh / hr / kW x 100%
Tarif M
Tarif M
ÉNERGIE
FACTEUR D'UTILISATION
Puissance total fonctionnant simultanément
APPEL DE PUISSANCE
COÛT TOTAL
EFFET SUR LA PUISSANCEConsommation électrique successive
Chauffage de 4 chambres
$ énergie + $ puissance
0,0974 $
2 kW
2 kW
2 kW
2 kW
Tarif M < 210 000 kWh
15 min
15 min
15 min
Effet de la puissance sur les coûts
Puissance totale x hr fonctionnement
(2 kW x 0,25h) x 4 = 2 kWh
0,0487$ x 2 kWh = 0,0974 $ Tarif M
Une seule plinthe = 2 kW
14,37 $ x 4 kW = 57,48 $
+ 57,48 $ = 57,58 $
Consommation totale = 2 kWh
Puissance appelée = 4 kW (2 kWh / 1 h / 4 kW) x 100% = 50%
Total: 57,58 $Tarif M
< 210 000 kWh
EFFET SUR LA PUISSANCEConsommation électrique mixte
Chauffage de 4 chambres
2 kW Chambre
# 1
15 min
ÉNERGIE
2 kW Chambre
# 2
15 min
APPEL DE PUISSANCE
2 kW Puissance total fonctionnant simultanément
Tarif M
15 min
Chambre
# 3
COÛT TOTAL
2 kW $ énergie + $ puissance
Chambre
# 4
0,0974 $ Tarif M
15 min
FACTEUR D'UTILISATION
kWh / hr / kW x 100%
2 kW
0,25 h 0,5 h 0,75 h 1 h
Effet de la puissance sur les coûts
Puissance totale x hr fonctionnement
(2 kW x 0,25h) x 4 = 2 kWh
0,0487$ x 2 kWh = 0,0974 $ Tarif M
Une seule plinthe = 2 kW
14,37 $ x 8 kW = 114,96 $
Simul
+ 114,96 $ = 115,06 $
Consommation totale = 2 kWh
Puissance appelée = 4 kW (2 kWh / 1 h / 8 kW) x 100% = 25%
Total: 115,06 $Tarif M
< 210 000 kWh
EFFET SUR LA PUISSANCEConsommation électrique simultanée
Chauffage de 4 chambres
2 kW Chambre
# 1
15 min
ÉNERGIE
2 kW Chambre
# 2
15 min
APPEL DE PUISSANCE
2 kW Puissance total fonctionnant simultanément
Tarif M
Chambre
# 3
15 min
COÛT TOTAL
2 kW $ énergie + $ puissance
0,0974 $ Tarif MChambre
# 4
2 kW
15 min
FACTEUR D'UTILISATION
kWh / hr / kW x 100%
0,25 h 0,5 h 0,75 h 1 h
Défis du milieu hôtelier
Les défis du milieu hôtelier
Contexte (Ce qui ne peut être contrôlé)
• Situation économique
• Compétition
• Coût de l’énergie
• Tourisme
• Volatilité de la clientèle
• Règlementation
• Etc
Objectifs (Faire face au contexte)
• Diminutions des coûts
• Rénovations
• Optimisation des services
• Nouvelle approche clientèle
• Image environnementale
• Plan de fidélisation
• Utilisation de technologies
• Etc
Les défis du milieu hôtelier
Contraintes (Ce qui les empêches l’atteindre des objectifs)
• Perception
• Accès au crédit
• Plaintes
• Fluctuation du revenu
• Connaissance technique
• Personnel occupé
• Niveau de confort
• Etc
Mesures (Pour atteindre les objectifs vs contraintes)
• Rénovation des chambres
• Système de gestion d’énergie
• Applications mobiles
• Etc
Historique (gestion de la puissance dans le milieu hôtelier)
Elle ne date pas d’hier!
Gracieuseté de Gentec inc
Ni l’approche… !
1967
1962
Gracieuseté de Gentec inc
Quant à la technologie…
Gracieuseté de Gentec inc
Elle utilisait le même principe
– Principe de base
• Lecture de la puissance appelée – kW comparé au pt de consigne
• Décision – Si kW > pt consigne: délestage de charges
– Si kW < pt consigne - ΔkW: lestage des charges
Avec les mêmes charges
– Charges délestées
• Eau chaude domestique
• Chauffe-eau piscine
• Chauffage électrique
• Chauffage électrique des chambres – Groupe de 5 ou 10 chambres
• Etc…
En se souciant du confort
– Stratégies:
• Rotation & priorité de charges
• Auto ajustement:
– Pt consigne variable: horaire & saison
– Priorité selon l’ horaire
• Lecture kW @ +/-1%
• Gestion du groupe électrogène
• Compromis:
– Dimension: 90’’x 30’’x20’’
– Poids: 700 lbs
Évolution technologique
‘60 ‘70 ‘80 -Électro mécan.
-Paramétrable
-Électronique
-Paramétrable
-Microproces.
-Paramétrable
-Programmable
Évolution technologique
‘90 2000 2010+
-Centralisation
-Conn. syst. réserv.
-Asservissement
-Ctrl individuel
intelligent
-Lan
-Wan
-Connectivité
-Sans-fils
-Web
-App. mobile
-Domotique
-Etc
Bilan
Observations
– Malgré la technologie:
• Consignes d’exploitation souvent dérogés
• Peu de suivi
• Solutions souvent inappropriées
• Dérive ou absence de bénéfices
– Contexte:
• Manque d’information (gestion puissance)
• Concept (kW) difficile à saisir
• Crainte pour le confort
• Perceptions
La gestion de la puissance dans l’hôtellerie
…souvent orpheline au potentiel furtif!
Source: http://www.f4sight.com/seminars-events/no-thanks-were-too-busy
Réflexion
Qu’est-ce qui n’a pu être maîtrisé ?
Maîtrise de l’énergie
&
Maîtrise du confort
Associées au même processus
Transmission du
savoir
Application & mise en
oeuvre
Apprentissage &
compréhension
Maîtrise de l’énergie
Maîtrise du confort
Source: Association québécoise pour la maîtrise de l’énergie - (http://www.aqme.org/ )
Dans le cadre d’une démarche
Contexte économique, technique & social
Implication des intervenants
Synergie
Capitaliser
Maîtrise de l’énergie
Maîtrise du confort
Source: Association québécoise pour la maîtrise de l’énergie - (http://www.aqme.org/ )
Favorise l’équilibre
Approche équilibrée
Confort
Concept
Algorithme
Consignes
Suivi
Consignes • Déterminées de façon rigoureuse • Propice aux économies • Tenant compte du confort • Maintien des paramètres
Concept • Consultation • Conception de base du projet
• Expertise • Charges contrôlées • Paramètres • Redondance & alarmes
• Choix solution technique • Lecture adéquate de la puissance • Mise exploitation & essais • Formation
Suivi • Collaboration des intervenants • Validation mensuelle des données • Validation du confort • Cueillette de données • Correction
Algorithme • Comportement du programme
‐ Propice aux économies ‐ Maintien du confort ‐ Intégration des lectures
• Intelligence distribuée ‐ Charge réelle « en » ou « hors »
circuit ‐ Fonction perte de lecture intelligente
Les embûches (ce qui menace l’équilibre)
Difficultés
– Concept, consignes & suivi
• Analyse & concept ‒ Prévision des consignes (bâtiments neufs)
‒ Chambres: approche « classiques » encore utilisée
‒ Parfois l’emphase sur le kWh au détriment du kW
• Solutions et mise en œuvre ‒ Solutions pas toujours adaptées
‒ Connaissance technique des équipes
‒ Essai et formation
Difficultés (suite)
– Consignes d’exploitation
• Aléatoires
• Souvent un seul point de consigne
• Paramètres parfois agressifs
• Dérogation au moindre doute
– Peu de suivi
• Historiques, analyse & validation – Variation climatique & occupation
– Ajout/retrait de charges (agrandissement)
– Optimisation kW vs kWh
Difficultés (suite)
– Algorithme
• Sa conception – Pas toujours adaptée au secteur hôtelier
» plaintes rapides ou bénéfices réduits
• Stratégie de délestage – Pas toujours adaptée et peu documentée
– Compatibilité avec lecture du compteur
– Gestion du confort
• Programmeur: – Pas forcément expert en gestion de puissance
– Souvent, recours au « copié/collé »
Les risques
Approche « agressive »
Perte de confort
Dérogation
Dérive des bénéfices
Crédibilité/ Perception
Mise en marché difficile
Les risques (suite)
Approche « laxiste »
Peu de suivi
Peu / pas de bénéfice
Crédibilité / Perception
Mise en marché difficile
Concilier
la maîtrise de l’énergie et le confort
Parmi les nombreuses solutions
– Voyons ce que fait un algorithme:
• Conçu pour le marché hôtelier et de l’hébergement
– Examinons:
• Son processus de gestion de l’appel de puissance des chambres
Qu’est ce qu’un algorithme
– Définition:
• Ensemble de règles exécutoires pour résoudre un problème.
– Propre à un système de gestion de bâtiment
» Décrit comment s’y prendre
• Exemple simple: – Si la puissance > 200kW:
» Déleste le chauff. de la chambre: # 201
» Déleste : 10 minutes max.
» Leste: 15 minutes min.
Avertissement
– L’algorithme ne compense pas pour:
• Un concept inadapté
• Des consignes d’exploitations aléatoires
• Une installation inadéquate
– Par contre:
• Il contribuera au succès d’un projet maîtriser – En maximisant les économies et le confort
L’algorithme
– Aveugle:
• Totalement ou partiellement
• Ignore le niveau confort : – Ordre de priorité & rotation de charges
– Temps de lestage et de délestage (min max)
• Ignore le kW qu’il branche: – Ne voit que l’effet sur la lecture du kW
» Des charges qu’il gère
– Souvent par groupes de 5 ou 10 pièces
L’algorithme (suite)
– Complètement asservi
– Gestion du confort et de la charge:
• Le niveau de confort connu permet: – Gestion évoluée des priorités
– Optimiser la période du délestage vs confort
• Sachant la charge qui est en marche: – On sait la puissance lestée ou délestée
– Contrôle selon les besoins
• Intelligence distribuée requise
Architecture nécessaire
Base de l’algorithme
Gestionnaire
Charges
auxiliaires Paramètres
Pièces
inoccupées
ΔT flottant
ΔT flottant, étendu
Pièces
occupées
Paramètres de l’occupant
Paramètres de
hôtelier
Paramètres étendus de
hôtelier
Séquences de gestion
Phase 1 • Maintenir le confort maximal
Phase 2 • Maintenir un confort acceptable 1
Phase 3 • Maintenir un confort acceptable 2
Étapes de la Phase 1
Confort Maximale
• Charges auxiliaires
• Chambres inoccupées
• Chambres occupées -Paramètres de l’occupant
• Chambres occupées -Paramètres de l’hôtelier
Étapes de la Phase 2
Confort Acceptable
1
• Chambres inoccupées -Paramètres étendus
• Chambres occupées -Paramètres étendus de l’hôtelier
Étapes de la Phase 3
Confort Acceptable
2
• Tel que phase précédente -Sans délais d’inertie
Délestage chambres inoccupées
– Paramètres types d’une chambre inoccupée
• La température ambiante flotte entre 2 consignes – Minimum et maximum
• Choix des chambres à délester
‒ Celles dont le chauffage est en fonction
‒ =
26
17
Délestage chambres occupées
– Principes
• Permettant de configurer le point d’équilibre – Économie et confort
• Multi niveaux – Échelle de préséances
– Avec sous-niveaux « dynamiques » de délestage
o Progression automatique de la priorité vs Δ T
• Anticipation – Lecture de la puissance
– Nombre de chambres en demande
Délestage chambres occupées (suite)
– Principes (suite)
• Basée sur le niveau de confort – Écart de températures
– 100% ajustable
– Ambiante vs demandée par le client
– Ambiante vs jugée confortable par l’Hôtelier
• Lestage – Lorsque l’écart maximum est atteint
» Délais min. de retour à la T de consigne
– Aussitôt changement de consigne
Préséance et priorités dynamiques
Algorithme d'optimisation de puissance et du confort
Niveau de préséance
Chambres occupées
ΔT : Ambiante vs demandée °C
Ordre dynamique de délestage
0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75
P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Préséance à 3 niveaux
Algorithme d'optimisation de puissance et du confort
Niveau de préséance
Chambres occupées
ΔT : Ambiante vs demandée °C
Ordre dynamique de délestage
0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75
P 1 2 4 7 10 13
Non délestable O 3 5 8 11 14
N 6 9 12 15
Préséance à 16 niveaux
Algorithme d'optimisation de puissance et du confort
Niveau de préséance
Chambres occupées
ΔT : Ambiante vs demandée par le client °C
Ordre dynamique de délestage
0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75
P 1 2 4 7 11 16 22 29 37 46 56 67 79 92 106
O 3 5 8 12 17 23 30 38 47 57 68 80 93 107
N 6 9 13 18 24 31 39 48 58 69 81 94 108
M 10 14 19 25 32 40 49 59 70 82 95 109
L 15 20 26 33 41 50 60 71 83 96 110
K 21 27 34 42 51 61 72 84 97 111
J 28 35 43 52 62 73 85 98 112
I 36 44 53 63 74 86 99 113
H 45 54 64 75 87 100 114
G 55 65 76 88 101 115
F 66 77 89 102 116
E 78 90 103 117
D 91 104 118
C 105 119
B 120
A Non délestable
Ordre de remise en marche inverse avec délais d'inertie
L'hôtelier peut déterminer l'écart de température maximum permise
ΔT : Ambiante vs celle jugée confortable par l'hôtelier
°C
Préséance à 16 niveaux étendus
Algorithme d'optimisation de puissance et du confort
Niveau de préséance
Chambres occupées
ΔT : Ambiante vs demandée par le client °C
Ordre Dynamique de délestage
0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4 4,25 4,5
15 1 2 4 7 11 16 22 29 37 46 56 67 79 92 106 1 16
14 3 5 8 12 17 23 30 38 47 57 68 80 93 107 2 17
13 6 9 13 18 24 31 39 48 58 69 81 94 108 3 18
12 10 14 19 25 32 40 49 59 70 82 95 109 4 19
11 15 20 26 33 41 50 60 71 83 96 110 5 20
10 21 27 34 42 51 61 72 84 97 111 6 21
9 28 35 43 52 62 73 85 98 112 7 22
8 36 44 53 63 74 86 99 113 8 23
7 4 54 64 75 87 100 114 9 24
6 55 65 76 88 101 115 10 25
5 66 77 89 102 116 11 26 Non délestable
4 78 90 103 117 12 27
3 91 104 118 13 28
2 105 119 14 29
1 120 15 30
0
Ordre de remise en marche inverse avec délais d'inertie
ΔT : Ambiante vs celle jugée confortable par l'hôtelier
°C
Validation du concept
Source: Protocole de Mesurage & Vérification des économies par Ambiance et validation des évaluations. Phase 2 – Évaluation des réaultats.. Éconoler / Agence de l’efficacité
énergétique. Nov. 2004
Conclusion
Conclusion
– L’algorithme conçu pour cette application
• Aide à maîtriser la gestion du kW et du confort o Par la supervision du confort de chaque pièce
o Paramètres personnalisés du niveau de confort
o Par la gestion des préséances et les priorités dynamiques
o Par l’approche de gestion de la puissance « multiphases »
• Contexte requis o Démarche structurée, maîtrise de l’approche et du concept
o Technologie adaptée, paramètres réalistes
o Connaissance & formation
o Suivi
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