Le stockage d'énergie thermique (TES) consiste à ajouter de l'énergie thermique (thermique) à un support de stockage, puis à la retirer de ce support pour l'utiliser à un autre moment. Il peut s'agir de stocker de l'énergie thermique à haute température (stockage thermique) ou à basse température (stockage froid).
Dans les applications HVAC, les supports de stockage les plus couramment utilisés pour le stockage thermique froid sont la glace et l'eau. Un système de stockage d'eau glacée utilise la capacité de chaleur sensible d'un grand volume d'eau pour stocker l'énergie thermique. Un refroidisseur est utilisé pour abaisser la température de l'eau, et cette eau fraîche est stockée dans un grand réservoir pour être utilisée à un autre moment. Un système de stockage de glace, cependant, utilise la capacité latente de l'eau, associée au changement de phase d'un solide (glace) à un liquide (eau), pour stocker l'énergie thermique.
Plusieurs technologies de stockage de glace ont été introduites, se sont développées pendant une courte période et ont par la suite quitté le marché. Les systèmes de stockage de glace à base de glycol continuent d'être très populaires car ils sont simples et similaires aux systèmes d'eau glacée conventionnels. Toute application adaptée à un système d'eau glacée est candidate au stockage de glace à base de glycol.
Ce type de système de stockage de glace utilise un refroidisseur pour refroidir un fluide caloporteur, souvent un mélange d'eau et d'antigel (comme le glycol), à une température inférieure au point de congélation de l'eau. Ce fluide est pompé à travers un ou plusieurs réservoirs de stockage de glace, où la chaleur est transférée de l'eau à l'intérieur du réservoir au fluide caloporteur. Cela provoque le gel de l'eau à l'intérieur du réservoir.
Lorsque l'énergie thermique est nécessaire ultérieurement, le fluide caloporteur est à nouveau pompé à travers le réservoir de stockage, mais maintenant à une température supérieure au point de congélation de l'eau. La chaleur est transférée du fluide caloporteur à la glace stockée à l'intérieur du réservoir, provoquant la fonte de la glace.
L'ajout de stockage de glace à un système CVC peut réduire les coûts des services publics associés au refroidissement en déplaçant le fonctionnement du refroidisseur des périodes d'électricité à coût élevé aux périodes d'électricité à faible coût.
La figure ci-dessus montre un profil de charge de refroidissement le jour de conception pour un exemple de bâtiment. Entre minuit et 6h00, le bâtiment est inoccupé et il n'y a pas de charge de refroidissement. A 6 heures du matin, le bâtiment commence à être occupé et la charge de refroidissement augmente. La charge de refroidissement est la plus élevée entre 11 h et 16 h, puis diminue considérablement après 17 h lorsque les gens quittent le bâtiment. Il y a une petite charge de refroidissement qui continue tout au long de la soirée, avant de disparaître à minuit.
La plupart des entreprises de services publics d'électricité connaissent la plus grande demande d'électricité pendant la journée, certaines étant même confrontées à des pénuries de capacité. Pour encourager la réduction de la consommation d'électricité pendant ces périodes, de nombreuses entreprises de services publics d'électricité ont établi des tarifs horaires qui créent des fenêtres horaires pour l'électricité à coût plus élevé pendant ces périodes de forte demande. Les heures où le coût de l'électricité est élevé sont souvent qualifiées de période « de pointe ». D'autre part, la période « creuse » fait référence aux heures où le coût de l'électricité est le plus bas.
Pour ce même exemple de bâtiment, midi à 20 h est défini comme la période de pointe. Toutes les autres heures sont définies comme la période hors pointe.
Une autre composante courante du tarif des services publics d'électricité est une charge liée à la puissance. Il s'agit d'une redevance basée sur la consommation ou la demande de puissance (kW) la plus élevée utilisée par le bâtiment pendant une période de temps spécifiée. En règle générale, soit les frais liés à la puissance ne s'appliquent qu'à la période de pointe, soit les frais liés à la puissance en période de pointe sont considérablement plus élevés que les frais liés à la puissance hors pointe.
Les systèmes de stockage de glace réduisent les coûts mensuels des services publics en faisant fondre la glace pour satisfaire les charges de refroidissement des bâtiments pendant la période de pointe. Cela évite, ou réduit considérablement, l'électricité nécessaire pour faire fonctionner le refroidisseur pendant cette période. Le fonctionnement du refroidisseur est décalé en période creuse, pendant laquelle le coût de l'électricité est plus faible et la charge de puissance est plus faible ou inexistante. Le refroidisseur est utilisé pendant cette période pour geler l'eau à l'intérieur des réservoirs de stockage, stockant l'énergie thermique jusqu'à la période de pointe.
Dans cet exemple, les charges de refroidissement du bâtiment qui se produisent pendant la période de pointe, qui se produit entre midi et 20 h, sont satisfaites en faisant fondre la glace stockée et le refroidisseur est éteint.
Ce type de système, souvent appelé « système de stockage complet », n'est possible que si la capacité de stockage des réservoirs est suffisamment grande pour satisfaire les charges de refroidissement de pointe pour la journée donnée.
Cependant, le coût d'installation d'un système de stockage complet peut ne pas être réalisable. De nombreux systèmes de stockage de glace ont une capacité suffisante pour satisfaire seulement une partie des charges de refroidissement de pointe. Ce type de système est souvent appelé « système de stockage partiel ».
Dans cet exemple de système de stockage partiel, les charges de refroidissement qui se produisent pendant la période de pointe sont satisfaites en faisant fondre la glace et en faisant fonctionner le refroidisseur. Le refroidisseur fonctionne à capacité réduite, consomme moins d'énergie et consomme moins d'énergie. Les charges de refroidissement supérieures à la capacité fournie par le refroidisseur sont satisfaites en faisant fondre la glace stockée.
L'arrêt du refroidisseur ou la réduction significative de sa capacité pendant la période de pointe réduit la consommation de cette électricité plus chère et réduit la demande d'électricité en période de pointe. Les deux peuvent entraîner une baisse des factures mensuelles de services publics.
À première vue, il peut sembler qu'un système de stockage de glace conçu pour réduire la demande électrique de pointe (kW) est le même qu'un système conçu pour réduire la consommation électrique de pointe (kWh). Lequel des deux est le plus important, cependant, peut changer considérablement la façon dont le système est conçu et/ou contrôlé.
Pour réduire la demande de pointe, le système ne doit faire fondre la glace que lorsque la demande électrique du bâtiment est la plus élevée. Il est parfaitement acceptable qu'il reste de la glace à l'intérieur du réservoir à la fin de la journée. Cette approche, appelée « écrêtement des pointes », est couramment utilisée lorsque le taux de demande électrique (kW) de pointe est élevé, mais que les taux de consommation électrique (kWh) sont presque égaux des périodes creuses aux périodes de pointe. L'écrêtement des pointes tente de trouver l'équilibre optimal entre la réduction de la demande électrique en période de pointe (en faisant fondre la glace et en faisant fonctionner le refroidisseur à capacité réduite) et en évitant d'augmenter considérablement la consommation électrique en période creuse (ce qui se produit lorsque le refroidisseur doit fonctionner dans la machine à glace). mode).
Alternativement, pour réduire la consommation électrique en période de pointe, le système doit faire fondre autant de glace que possible chaque jour. Cette approche, appelée "déplacement de charge", est couramment utilisée lorsque le taux de consommation électrique en période de pointe (kWh) est nettement supérieur au taux de consommation en période creuse. Le transfert de charge tente de réduire autant que possible la consommation électrique en période de pointe en faisant fondre toute la glace pendant la période de pointe et en déplaçant le fonctionnement du refroidisseur vers la période hors pointe.
Bien qu'il soit possible qu'un système conçu pour l'écrêtage des pointes ait la même capacité de stockage de glace qu'un système conçu pour le déplacement de charge, ces deux systèmes sont contrôlés différemment.
En plus de réduire les coûts mensuels des services publics, un autre avantage potentiel du stockage de glace est de réduire la taille et la capacité de l'équipement de refroidissement mécanique.
Lorsque le stockage de glace est utilisé pour satisfaire tout ou partie de la charge de refroidissement de conception (ou du pire cas), le refroidisseur peut être réduit tant que le refroidisseur réduit a suffisamment de temps pour recongeler l'eau à l'intérieur des réservoirs.
Des refroidisseurs plus petits à entraînement électrique peuvent également réduire le service électrique du bâtiment, ce qui peut également réduire les coûts d'installation.
Des bénéfices potentiels
- Réduction des coûts des services publics
- Réduction de la consommation électrique aux heures de pointe (kWh)
- Abaissement de la demande électrique de pointe (kW)
- Taille d'équipement plus petite
- Petit refroidisseur
- Petit service électrique (A)
- Coût d'installation réduit
- Peut être admissible à des remises sur les services publics ou à d'autres incitatifs
Alors que les réservoirs de stockage de glace augmentent le coût d'installation du système, l'impact de la réduction de l'équipement de refroidissement mécanique peut compenser une partie (ou la totalité) de ce coût supplémentaire. De plus, certaines entreprises de services publics d'électricité offrent des remises ou d'autres incitations lorsque le stockage de glace est utilisé pour réduire la demande d'électricité aux heures de pointe. Lorsque ces incitations sont disponibles, l'ajout d'un stockage de glace peut même réduire le coût d'installation global du système.
Dans certaines installations, chacun de ces avantages peut être réalisé. Dans d'autres installations, cependant, un ou plusieurs peuvent ne pas se produire. Par exemple, l'ajout de stockage de glace peut réduire les coûts des services publics, mais le temps disponible pour recongeler l'eau à l'intérieur des réservoirs peut être si court que le refroidisseur doit rester de la même taille afin de geler l'eau assez rapidement.
Référence
TRC019-EN Ice Storage Systems
