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1Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Stockage de froid :une solution pour la flexibilité
et l’efficacité énergétique
Unité de recherche des procédés frigorifiquesIrstea - Antony
Laurence Fournaison
2Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
EPST, Établissement Public à caractère Scientifique et Technologique
Tutelles de 2 ministères : Recherche et Agriculture
Forte collaboration avec celui de l’Ecologie
1600 collaborateurs :1220 chercheurs, ingénieurs, doctorants et post-doc, 380 techniciens et administratifs
9 centres + 1 implantation (Strasbourg) 17 Unités de Recherche (UR) 5 Unités Mixtes de Recherche (UMR) avec Inra, AgroParisTech…
Budget 2015 : 109,5 M€, dont 26 % de ressources propres
Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture
3 départementsEau : Ressources, milieux, usages, aléas et risquesEcotechnologies : Réseaux, épuration, déchets, froid, agroéquipementsTerritoires : Développement territorial, écologie, biodiversité, risques et vulnérabilité
3Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
2 équipes :
Maîtrise des écoulements et des transferts dans les équipements et procédés frigorifiques (animateur : O. Laguerre)
Energétique des installations frigorifiques (animateur : A. Delahaye)
Des systèmes et équipements frigorifiques efficaces pour l’industrie et au service de la sécurité des
aliments
4Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Contexte de la réfrigération en France
15 % de la consommation d’électricité7 % d’emissions de gaz à effet de serre
Domaines d’utilisation
AgroalimentairePlasturgiePharmacieChimie organiqueElectricité
Dans l’industrie agroalimentaire
24 MT d’aliments4 000 usines (>200 kW)1 600 entrepôts (>2000 m3)8 800 supermarchés60 000 boutiques75 000 camions frigorifiques3 600 0000 réfrigérateurs
5Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Intérêt du stockage
Avantages Inconvénients↑ Flexibilité dans la gestion de production du froid Système de gestion/contrôle plus
complexe
↓ Budget d’électricité ↑ Investissement (dispositif de stockage)
↓ Puissances installées de la machine frigorifique (régime nominal)↓ Dimensions de la machine & ↓ quantité de fluide frigorigène
Volume supplémentaire pour le stockage
Faire fonctionner le système pendant la nuit -Tamb plus faible : ↑ COP
Cinétique de chargement / déchargement (restitution ) de l’énergie
Pour le stockage des denrées : diminution de fluctuation de température, meilleure stabilité & qualité des produitsMeilleure efficacité : diminution émission GES
et consommation
6Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Moyens
Phase Eau (6 à 12 °C) Glace (-8 à -2 °C) Changement d’état
eau/glace
Energiedisponible
7 kWh.m-3 3,2 kWh.m-3 94,8 kWh.m-3
7Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Critères de sélection du stockage
Critères de propriétés physiquesEnergie disponible, par unité de volumeTempératures de stockage maximum et minimumCapacité de restitution
Critères cinétiquesDurée de charge et décharge, temps de réponse
Critères de performancePertes, efficacité, durée de vie, vieillissementCritères économiquesSurcout, investissement, entretien….
8Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Technologies de stockage de froid
9Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Réservoir d’eau stratifiée
Principe:• Eau refroidie au fond• Eau de retour est déversée depuis le haut du réservoir.
machine frigorifique consomme moins d’énergie
Ne convient pas pour les procédés industriels à température d’eau <0°C
10Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Système de type Cascade Banquise ou Ice HarvesterPrincipe:• Formation de glace sur l’évaporateur• Glace récoltée lors du cycle de dégivrage et tombe au fond du réservoir
Puissance instantanée importante réactivité plus importante
L’unité de production de glace est relativement chère.
11Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Bacs à glace de type fonte extérieure
Principe : Lors du stockage, formation de glace à l’extérieur des tubes Lors du déstockage Circulation du fluide frigoporteur à l’extérieur des tubes
puissance instantanée fournie importante lors de la demande de froid par rapport à la fonte interne
Risque de pontage de la glace diminution puissance lors du déstockage
12Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Bacs à glace de type fonte intérieure
Principe : Lors du stockage, formation de glace à l’extérieur des tubes Lors du déstockage, circulation du fluide frigoporteur à l’intérieur des tubes
Système constitué de plusieurs réservoirs de stockage en général
Puissance décroît en fin de cycle. Plus faible que pour les bacs externes
13Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Système encapsulé
Principe : Le Matériau à Changement de Phase est à l’intérieur de capsules ou nodules eux-mêmes stockés dans un réservoir
Gamme large de température
Vieillissement des capsules et pollution de l’eau en cas de rupture
14Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Coulis de glace
Fluide diphasique(liquisols) Particules de glace dispersées dans de l’eau ou un mélange eau-alcool/sel/…
Principe
Transporte 5 x plus d’énergie qu’unFrigoporteur monophasique
Augmente les pertes de charges(pour des vitesses >1 m/s compensée par la diminution de débit)
15Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Fluides frigoporteurs diphasiques
Cemagref
Les coulis de glace
Les hydrates de gaz
Les émulsions
Les Fluides Frigoporteurs Diphasiques - FFD
M.C.P.
M.C.P.
Fluide porteur
Fluide porteur
M.C.P.
Fluide porteurFluide
porteur
Élément àchangementde phase
Matrice(réseau de Polymères)
Fluide porteur
M.C.P.
Transition de phase entre 5°C et 10°C
Stabilité au cyclagethermique
Résistance mécanique
16Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Conclusions
• Répond aux contraintes européennes sur l’utilisation des fluides frigorigènes• Le stockage de froid peut être efficace• Des temps de retours acceptables (<2ans) cuisine centrale d’hôpital• Nécessite des outils de contrôle
17Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France
Merci de votre attention