Smart Micro Cogen: Etat dAvancement WP1, WP2
Elisabeth DAVIN, Vincent COUSIN, Philippe ANDRE
Jeudi 10 dcembre 2015
Cognration et micro-cognration. Vers une production d'nergie plus responsable :
Projet Smart micro cogenElisabeth DAVIN, Vincent COUSIN, Philippe ANDRE
Projet financ par
ContexteLux creative 10/12/2015Le rseau lectrique d'aujourd'hui est face des dfis majeurs : le besoin dassurer une source dnergie continue et sans cesse croissante, malgr la production d'lectricit de sources d'nergie renouvelables intermittentes et larrive en fin de vie dun grand nombre de centrales de production dlectricit. A cela sajoute l'urgence de moderniser les rseaux de transport et de distribution lectriques europens. Une solution conomique ces problmes est lintgration de nouvelles technologies pour la production de llectricit au niveau basse tension, notamment par des systmes de micro-cognration (CHP), qui produisent simultanment de la chaleur et de llectricit. Mais pour optimiser la production des systmes de micro-cognration, il est essentiel de les intgrer aux rseaux intelligents, qui permettent une gestion optimise de la demande et de loffre dnergie. ObjectifL'objectif de cette tude est d'identifier des solutions pour l'intgration des CHP dans les smart grids. La premire phase du projet comprend la dfinition des btiments cibles dans le rsidentiel et le petit tertiaire. L'objectif final est de dfinir des lignes directrices permettant la gestion des systmes de micro-cognration intgrs aux smart grids, en sappuyant sur des critres techniques, conomiques et environnementaux.
3
Smart GridProblmatique des smart grids : Lux creative 10/12/2015
Source : Gaz Electricit de Grenoble
4
Consommation lectriqueProfil de consommation journalire :Lux creative 10/12/2015
Demande de base -> facile grer La flexibilit
Pics de consommation -> difficile grerSolutions possibles : Source : projet Flexipac2. Injection aux bons moments => la cognration Avantage de la cognration : technologie commandable et contrlable
5
Micro cognrationDfinitions :
Cognration (selon lASHRAE):
Production simultane dlectricit ou dnergie mcanique et dnergie thermique utile partir dune seule source dnergie comme le ptrole, le charbon ou le gaz naturel. Dans certains cas, la source dnergie peut tre le soleil, la gothermie, la biomasse ou un autre type dnergie renouvelable
Micro-cognration:
Cognration couvrant des puissances lectriques < 50 kWe selon la directive du Parlement europen 2004/8/CE, mais certains auteurs limitent cette puissance 15 kWe, voire 10 kWe CHP :
Co-Heating and PowerLux creative 10/12/2015
6
Technologies de micro cognrationDiffrentes technologies :
Moteur CombustionInterne (MCI)
Dnomination anglaiseICE (Internal Combustion Engine)eg25-35 %80-90 %+- Technologie la plus mture et la moins chre - Technologie, robuste et fiable - Dure de vie leve
-- Maintenance rgulire - Performance charge partielle
Autres technologies : Micro turbine gaz Cycle de Rankine Organique (ORC) Lux creative 10/12/2015
Stirling
Stirling
12-25 %~ 90 %- Combustion continue bien contrle, faibles missions- Cots de maintenance infrieurs - Bonne performance charge partielle - Faible niveau de bruit et de vibration - Faible rendement lectrique - Cot d'investissement lev
Pile combustible (PAC)
FC (Fuel Cell)
2540 %85-95 %- Rendement lectrique lev - Faibles missions
- Trs peu d'exprience en micro-cognration, R&D - Cot d'investissement lev
7
Solutions techniques de micro cognrationLux creative 10/12/2015
Rsidentiel unifamilial 1 kWeSecteur rsidentiel 5 kWePetit tertiaire 10 kWeTertiaire> 100 kWeGamme de puissance en fonction du secteur :
Whispergen(Vaillant)Hybris Power DeDietrichMEC (microgen)Infinia (STC)P lectrique : 1kWeP thermique : 7 kWth14 900 (machine)P lectrique : 1kWeP thermique : 5.3kWth13000 (machine)P lectrique : 1kWeP thermique : 3-24kWthP lectrique : 1kWeP thermique : 4-40kWth
EcoWill 1.0(Honda)EcoPOWER 1.0(Vaillant)Proenvis 2.0Kirsch 1.9P lectrique : 1,2kWeP thermique : 3kWth15700 (machine)7600 installationP lectrique : 1kWeP thermique : 2,5kWth16 000 euros (machine)23 000 (machine + installation)P lectrique : 1,3 - 2kWeP thermique : 3-5,5kWth16 800 eurosP lectrique : 1,9kWeP thermique : 9kWth10900 euros (machine)
Solutions techniques de nano cognrationLux creative 10/12/2015
Maison unifamiliale ~ 1 kWeMoteur combustion interne :
Moteur combustion externe :
Liste non exhaustive
Solutions techniques de nano cognrationLux creative 10/12/2015
Maison unifamiliale ~ 1 kWe
HexisCFCLCERES POWERVAILLANTP lectrique 1 kWeP thermique 1.98 kWthP lectrique 1.5kWeP thermique 600Wth25000 eurosP lectrique 1kWeP lectrique 1kWeP thermique 1.7kWth
KYOCERAAISIN SEIKIJX ENEOSTOPSOEP lectrique 1 kWeP thermique 1.98 kWthP lectrique 1.5kWeP thermique 600WthP lectrique 1kWeP lectrique 1kWeP thermique 1.7kWth
Pile combustibleSolutions nano cognration actuellement disponibles en Belgique : Aucune Liste non exhaustive
Autre projet en cours sur la cognration : ene.fieldLux creative 10/12/2015
Projet europen:
9 fabricants, 4 nergticiens, 26 partenaires, 12 paysProjet lanc en 2012 pour une dure de 5 ans
Objectifs :
Dployer jusqu 1000 piles combustibleEvaluer les performances saisonnires dun systme pile combustiblePrparer la filire : bureaux dtudes, commerciaux et installateurs
Logapower FC10
Teste dans le btiment NeoBuild - LuxembourgP lectrique 700 WeP thermique 700 Wth+ chaudire 14/24 kWthExemple :
Smart Micro Cogen : Simulations Le projet Smart Micro Cogen : Etude du potentiel de la cognration dans le parc immobilier wallon existant
Projet exploratoire avec de nombreuse possibilits de simulations Technologie cognration : MCI, stirling, PAC, Dimensionnement de la cognrationStockage de la chaleur ou de llectricitPilotage de la cognration
Prsentation des rsultats pour les cas suivants :
Cas de base. ChaudireCas 1. Pilotage chaleurCas 2. Pilotage smart gridCas 3. Pilotage chaleur & stockage batterie
Comparaison de 2 technologies de cognration : MCI & Moteur stirlingLux creative 10/12/2015
MCI = Moteur combustion internePAC = Pile combustibleHypothses de travail :
Modlisation dynamique laide du logiciel TRNSYSModlisation du btiment, climat, cognration, scnario, systme, contrle Btiments : 4 btiments rsidentiels reprsentatifs du parc de btiments existantsCognration : MCI Stirling PAC
12
Simulations Cas 1. Pilotage chaleur
-> Cognration : fonctionne en cas de besoin de chaleur dans le btiment-> Btiment : 30 000 kWhth 3500 kWhe 3000 kWhth ECS-> Ballon stockage 1000l-> Priorit lautoconsommation lectrique puis rejet rseau-> ECS thermique-> Chaudire en appoint
Lux creative 10/12/2015Analyse journe type : ECS = Eau chaude sanitaireCHP = Co-heating and power
13
Simulations Cas 2. Pilotage smart grid
NRV : Net Regulation Volume
Diffrence entre la somme des volumes de toutes les actions de rglage la hausse et la somme des volumes de toutes les actions de rglage la baisse demandes par Elia.
Donnes disponibles sur le site Elia : http://www.elia.be/fr/grid-data/balancing/desequilibre-actuel-du-systeme
=> Valeur utilise dans les simulations pour dfinir ltat du rseau-> Cognration : fonctionne en cas de besoin de chaleur dans le btiment (valorisation chaleur obligatoire) & rseau besoin daide -> Btiment : 30 000 kWhth 3500 kWhe 3000 kWhth ECS-> Ballon stockage 1000l-> Priorit lautoconsommation lectrique puis rejet rseau-> ECS thermique-> Chaudire en appointLux creative 10/12/2015ECS = Eau chaude sanitaireComment dterminer quand le rseau besoin dinjection ?
-> Problmatique de manque de donnes
14
Simulations Lux creative 10/12/2015Cas 2. Pilotage smart grid - Analyse journe type :
Rem : Nombre consquent de ON/OFF au niveau de la cognration = > usure machine plus importanteCHP = Co-heating and power
15
Simulation Cas 3. Pilotage chaleur + batterie
La rvolution Tesla :
Avec l'envole de ses batteries usage domestique, la firme Tesla amorce une rvolution dans le stockage de l'lectricit Le vif lexpress
Alors quelle nest mme pas encore disponible la vente, la nouvelle batterie de foyer de Tesla est dj en rupture de stock sur le sol amricain. Un succs qualifi de monstrueux par le PDG le soir
-> Cognration : fonctionne en cas de besoin de chaleur dans le btiment-> Btiment : 30 000 kWhth 3500 kWhe 3000 kWhth ECS-> Ballon stockage 1000l-> Priorit lautoconsommation lectrique puis stockage batterie puis rejet rseau-> ECS thermique-> Chaudire en appoint
Lux creative 10/12/2015ECS = Eau chaude sanitaire
16
RsultatsCas 3. Pilotage chaleur + batterie : Analyse journe type :
Lux creative 10/12/2015CHP = Co-heating and power
17
RsultatsLux creative 10/12/2015Production lectrique beaucoup plus importante dans le cas du MCI
=> Achat lectrique moindre dans le cas du MCINote : Rsultat confort gal dans le btimentMCI = Moteur combustion interne
18
RsultatsLux creative 10/12/2015Production lectrique beaucoup plus importante dans le cas du MCI
=> Gros rejet au rseau MCI = Moteur combustion interne
19
RsultatsLux creative 10/12/2015
MCI = Moteur combustion interne
20
RsultatsLux creative 10/12/2015Hypothses : Prix achat lectricit : 0.212 euros/kWhPrix achat gaz : 0.053 euros/kWhFacture fin danne (compteur tourne lenvers)Certificat vert pris en compte (64 euros/CV) (!)Pas de prise en compte de linvestissement systme cognrationAnalyse : - Facture lgrement plus basse avec un systme de cognration (vs chaudire)- Facture identique avec ou sans batterie- Pilotage rseau : Facture plus faible avec MCI Facture plus leve avec moteur stirlingAnalyse de la facture annuelle avec le systme de facturation actuelle : MCI = Moteur combustion interne
21
RsultatsLux creative 10/12/2015Hypothses : Prix achat lectricit : 0.212 euros/kWh Prix vente lectricit : 0.06 euros/kWhPrix achat gaz : 0.053 euros/kWhPas de prise en compte de linvestissement systme cognrationAnalyse : Facture plus basse (h/h vs annuelle) avec MCI mais plus leve (h/h vs annuelle) avec stirlingFacture plus basse avec MCI (vs stirling)Lajout dune batterie lectrique est plus intressante avec moteur stirling (environ 200 euros /an) La facture en cas de pilotage rseau est plus leve (vs facture annuelle) Analyse de la facture annuelle avec un systme de facturation h/h : MCI = Moteur combustion interne
22
Lux creative 10/12/2015
Merci pour votre attention!Lux creative 10/12/2015
Projet financ par