Couplage thermique dans le parc de la All Electric Society Une interaction parfaite entre l'accumulateur de glace et les pompes à chaleur.

Résumé

Dans de nombreuses industries et dans le secteur privé, les coûts de chauffage et les dépenses énergétiques représentent des postes de dépenses importants. Selon l'Agence fédérale de l'environnement, le secteur du chauffage représente plus de 50 % de toute la consommation d'énergie finale en Allemagne. Un tel potentiel offre de nombreuses possibilités d'action durable ainsi que d'optimisation dans la gestion de l'entreprise.

Une solution prometteuse réside dans le couplage thermique. Il associe différents systèmes d'énergie thermique afin de maximiser l'efficacité énergétique et l'utilisation des ressources. Dans le parc de la All Electric Society à Blomberg, il joue un rôle central dans l'intégration sectorielle afin d'assurer l'autosuffisance énergétique du parc.

Un seul réseau, tous les avantages

Le réseau de chaleur et de froid urbain de cinquième génération (5GDHC) offre
de nombreux avantages :

• Faible température de service : le réseau 5GDHC fonctionne à des températures de départ beaucoup plus basses (5 à 35 °C) que les systèmes conventionnels (environ 70 °C). Cette réduction permet d'augmenter considérablement le rendement des pompes à chaleur.

• Rendement élevé : COP est l'abréviation du « Coefficient of Performance », qui désigne le rapport entre la capacité de chauffage/refroidissement produite ou transmise et la puissance d'entraînement nécessaire à cet effet. Un COP de six indique que la pompe à chaleur produit six unités d'énergie thermique à partir d'une seule unité d'énergie électrique.

• Gestion complexe des sources d'énergie : le parc de la All Electric Society utilise sept sources d'énergie différentes afin d'optimiser le coefficient de performance annuel (CPA). Il s'agit notamment de la chaleur perdue par les processus de production (300 kWc), de deux aéroréfrigérants (1 400 kWc) ainsi que de la chaleur perdue du Centre technique d'électromobilité (76 kWc), de la chaleur perdue du stockage d'énergie (50 kWc), d'une clôture énergétique à glace (12 kWc) et d'un accumulateur de glace (55 kWc).

• Faibles pertes de chaleur, faibles coûts d'installation : des températures de service plus basses réduisent les pertes de chaleur dans le réseau de distribution et optimisent ainsi l'efficacité. Des économies de coûts résultent aussi de la réduction des besoins en matériaux et en travaux d'isolation.

• 365 jours de flexibilité maximale : le système à 6 lignes du réseau 5GDHC (2 x chaleur, 2 x froid, 2 x récupération de chaleur) permet de fournir simultanément du froid, de la chaleur et une récupération de chaleur. Il compense les charges thermiques et frigorifiques simultanées ainsi qu'optimise la distribution d'énergie, en particulier pendant les saisons intermédiaires.

Tout commence par les données

Pour que le système fonctionne efficacement, il est indispensable d'assurer la transparence totale des données et de surveiller tous les flux énergétiques. Plus de 60 points de mesure thermiques et 100 points de mesure électriques collectent en permanence les données nécessaires. Une gestion passive de l'énergie évalue ces flux d'énergie, tandis qu'une gestion active de l'énergie les surveille et les optimise en permanence.

Fonte flexible

L'accumulateur de glace est constitué d'une citerne enterrée et remplie d'eau. Elle est équipée de nombreux petits tuyaux dans lesquels circule une saumure résistante au gel. L'énergie thermique est extraite de l'eau par un échangeur de chaleur à extraction, ce qui permet la formation de glace. En cas de besoin, le dispositif de stockage est alimenté en chaleur par un échangeur de chaleur régénératif, dont la chaleur provient de différentes sources telles qu'une clôture énergétique dans le parc ou un bâtiment de production connecté (chaleur perdue lors des processus, deux aéroréfrigérants).

L'accumulateur de glace exploite la propriété spécifique de l'eau qui lui permet de stocker ou de libérer des quantités significatives d'énergie lors de son changement de phase de la forme liquide à la forme solide. Environ 334 J/g d'énergie peuvent ainsi être libérés ou stockés. Cela permet de stocker et de libérer efficacement l'énergie thermique. L'accumulateur de glace peut être utilisé comme source d'énergie pour les pompes à chaleur du parc. L'accumulateur de glace a une capacité totale de 103 m³. Le taux de givrage visé est de 80 à 90 %. En fonction de la saison, la plage de température oscille entre 0 et 20 °C.

Caractéristiques de puissance

• Capacité de refroidissement naturelle 8 600 kWh
• Puissance de chauffage PAC 2 x 42,8 kW (5 à 7 K)
• Puissance de refroidissement PAC 2 x 41,6 kW (3 K)
• Capacité de refroidissement PAC et accumulateur de glace 134 kW (5 K)

Le grand défi à relever dans la gestion de l'énergie de ce « stockage pendulaire » est de toujours fournir suffisamment de froid ou de chaleur pour le refroidissement ou le chauffage des consommateurs. Cela signifie que, dans l'idéal, le bloc de glace est entièrement constitué (taux de givrage de 80 à 90 %) à la fin de la période de chauffage (hiver) et que celui-ci est à nouveau fondu à la fin de la période de refroidissement (été) (la température de l'eau est de 20 °C). Ce n'est qu'ainsi que l'accumulateur de glace peut agir comme une source efficace pour les pompes à chaleur.