Recherche et innovation

NEROT - Etude de la production combinée de chaud et de froid pour réseaux thermiques

statut du projet | En cours
Détails de la manifestation
Date de début : Janvier 2019
Date de fin : Janvier 2022
Appel à projets de recherche : AAC Thèses - Appel à candidatures Thèses ADEME
Année de l’appel à projets : 2019
Programme de la stratégie de Recherche : Préservation et amélioration de la qualité de l'air
Programme de la stratégie de Recherche : Evaluation des impacts environnementaux et sanitaires
Programme de la stratégie de Recherche : Autres (SHS, Santé,...)
Programme de la stratégie de Recherche : Qualité de l'air
Organisme coordinateur : LSED
Partenaires :
Partenaires :
Zone d’implantation
des porteurs du projet :
Auvergne-Rhône-Alpes / Isere / Grenoble
Auvergne-Rhône-Alpes / Savoie / le Bourget du lac
Pays-De-La-Loire / Loire-Atlantique / Nantes

Les besoins en froid sont en constante augmentation du fait de dérèglements climatiques déjà constatés. Les réseaux thermiques urbains présentent une opportunité de satisfaire une part considérable de cette demande dans un contexte de transition et de sobriété énergétique.

La répétition des épisodes caniculaires dans les prochaines années, en France ou ailleurs, va s’accompagner d’une forte demande résidentielle et tertiaire en climatisation. Les solutions individuelles de référence type climatiseurs (PAC) présentent de nombreux inconvénients :

  • Performances énergétiques non optimales : les coefficients de performance (COP) des machines individuelles fonctionnant principalement sur air extérieur sont faibles en dehors des plages de fonctionnement restreintes ;
  • Dépendance électrique : les climatiseurs à compression sont particulièrement dépendants du réseau électrique tout en lui imposant une charge très intermittente;
  • Îlots de chaleur urbains : l’installation systématique de ces machines en façade des immeubles réchauffe l’air ambiant, phénomène aggravé par le manque de verdure en ville.
  • Nuisances sonores : la phase de compression du cycle de la machine est bruyante.

Les réseaux de chaleur se déclinent en version froid

En France par exemple, plus de 780 réseaux de chaleurs sont répertoriés en activité contre seulement 23 réseaux de froid. L’adaptation de ces réseaux de chaleur pour satisfaire une demande en froid et/ou l’interconnexion entre des réseaux de chaud et de froid sont ici recherchées via la mise en place de technologies centralisées ou semi-centralisées:

  • Récupération d’énergie thermique à partir de 2 types de sources:
    • Celles dont l’opération est faiblement carbonée : solaire plan, solaire à concentration, géothermie, récupération de chaleur industrielle, etc…
    • Les sources conventionnelles : centrales thermiques, cogénération, usine d’incinération des déchets.

      Le vecteur thermique est alors récupéré en quantité (puissance).

  • Adaptation à la demande, si nécessaire, de cette énergie thermique via des machines aptes à transférer de l’énergie sur source froide vers le chaud :
    • Dithermes : pompes à chaleur (PAC) à compression qui exploitent le vecteur électrique ;
    • Trithermes : pompes à chaleur (PAC) à sorption qui exploitent une source chaude supplémentaire.

      Le vecteur thermique est alors augmenté en qualité (température).

      De plus, des synergies sont à trouver entre les vecteurs thermique et électrique, notamment concernant l’utilisation de stockage thermique beaucoup moins onéreux et plus efficace que le stockage électrique. Parmi les avantages principaux de la combinaison électricité-thermique, on peut citer :

  • Une flexibilité accrue permettant notamment une meilleure intégration des ENR électriques à forte intermittence
  • Une moindre dépendance de la solution énergétique au cours du marché de l’électricité

Des outils pour le dimensionnement et l’opération de ces réseaux combinés

Ce projet est issu d’une collaboration entre un acteur académique, le Département des Systèmes Energétiques et Environnement (DSEE) de l’IMT Atlantique, et un acteur proche de l’industrie, le Laboratoire des Systèmes Energétiques et Démonstrateurs (LSED) du CEA LITEN. A ce titre, certains outils déjà utilisés/développés par ces équipes seront alternativement mis en œuvre pour réaliser ce travail :

  • D’abord, une modélisation simplifiée d’un réseau thermique via le formalisme physico-mathématique linéaire MILP (Mixed Integer Linear Programing) permettra du point de vue du stockage et de la production i) de statuer entre une solution centralisée ou décentralisée et ii) de dimensionner à l’optimalité un réseau combiné chaud-froid. Les critères d’optimalité concernent les performances technico-économique qui incluent le volet environnemental.
  • Cette méthode de dimensionnement et son pendant en opération, seront ensuite testées à l’aide d’une plateforme de co-simulation permettent le pilotage par méthode MILP d’un simulateur physique non-linéaire.
  • Enfin, l’utilisation d’un micro-réseau de chaleur réel, disponible au LSED, permettra i) de mettre à disposition des données d’entrée pour les modèles et ii) de confronter certains résultats obtenus en simulation.

ce contenu vous a-t-il été utile ? OUI

35 personnes ont trouvé ce contenu utile