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1 Congrès 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 frigorifiques Irstea - Antony Laurence Fournaison

Stockage de froid : une solution pour la flexibilité · Critères de sélection du stockage Critères de propriétés physiques Energie disponible, par unité de volume Températures

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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….

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8Congrès JNES / DERBI 2017_13-15 juin 2017_PERPIGNAN - France

Technologies de stockage de froid

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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

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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.

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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

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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

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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

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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)

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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

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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

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Merci de votre attention

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