Dans la forum Nucléaire, je réagissais positivement à ce post
pour confirmer que l'association d'une pile à combustible réversible à hydrogène est une solution économique et même porteuse.Envoyé par RealWheel
J’ouvre ici une rubrique détaillée pour vous exposer la problématique que je soumets à vos sagacité & créativité (détails de ma réalisation à ce jour et qui est d’avoir rendu mon habitat ancien à énergie positive : eau, électricité et chauffage, cf. cedossier)
SITUATION EXISTANTE
J’utilise le réseau d’électricité comme "batterie" pour y stocker l’électricité produite par un suiveur photovoltaïque d’une puissance d’une puissance de crête de 9.810 W/an (30 panneaux de 327W chacun). C’est ainsi que depuis la mi-juillet (cette année et à peu près à la même période chaque année), je commence à « stocker » de l’électricité (près de 1800 kWh à ce jour), de sorte qu’au 30 novembre prochain, l’index de mon compteur réseau ne dépasse pas celui de l’année passée à la même période (le relevé annuel de l’index se fait à cette période).
Voir les relevés journaliers de consommation/production sous tableau Excel
Depuis plus de 5 ans, cela m’a permis de ne plus payer d’électricité ni de combustible (fuel) chauffage. Chaque année, je produis/consomme environ 12.000 kWh, laissant parfois quelques centaines de kWh sur le réseau (en ce y compris pour alimenter une pompe à chaleur géothermique qui s’est complètement substituée à la chaudière fuel : chauffage & ECS).
MON PROJET
Je voudrais à terme me déconnecter du réseau officiel de distribution d’électricité (cf. les raisons données dans ma présentation) : ne pas dépasser l’actuel volume de production/consommation, mais en produisant de l’hydrogène (électrolyseur) avec l’électricité produite (photovoltaïque) en période de surproduction, pour ensuite, reconvertir l’hydrogène en électricité (pile à combustible) durant les périodes de production déficitaire d’électricité ; j’espère ainsi ne plus continuer à utiliser le réseau officiel de distribution comme batterie (système typique à la Belgique via le compteur qui tourne à l’envers). Ce n’est pas un rêve absurde de recourir à l’hydrogène pour y arriver ; cf. cet article, « Certains producteurs photovoltaïques pourraient quitter le réseau dès 2017/ » (voir ci-après)
SYSTÈME DISPONIBLE (sur le marché)
L’article précédent informe de la présence sur le marché du système (Solenco Powerbox) de conversion de l’électricité produite excédentaire sous forme de gaz d’hydrogène dans un réservoir ; ce système reconvertit alors le gaz en électricité lors d’un épisode de sous-production.
Cela se fait donc via le couple électrolyseur/pile à combustible (CEP). « Cette combinaison d’énergie solaire et d’hydrogène suffit pour répondre à l’ensemble des besoins en énergie d’une habitation résidentielle pendant toute l’année », avance le fabricant Solenco ; de plus, en arrivant à produire un peu plus (économies, refroidissement des panneaux…, cf. le dossier dans ma présentation), l’hydrogène pourra aussi être utilisé par la voiture électrique projetée.
CONTRAINTE (défi)
Certes le système SOLENCO utilise directement la chaleur produite par le système pour le chauffage et l’ECS alors que je voudrais valoriser autrement cette chaleur résiduelle pour abaisser fortement la consommation de ma PAC, pour ne pas produire plus d’électricité qu’actuellement (environ 12.000 kWh/an).
En effet, il faut savoir qu’on est confronté au fait que le cycle électricité>hydrogène>électric ité (via le CEP) accuse une perte d’environ 20%, c'est-à-dire que pour 1kWh absorbé au départ, 0,8 kWh est produit à la sortie. Les pertes principales se traduisent en émission de chaleur.
En théorie donc, je serais obligé de produire 20% d’électricité en plus pour devenir autonome, mais je suis à la recherche d’une solution qui me permettrait de ne pas devoir produire plus qu’avant voire produire plus encore (pour ce qui serait nécessaire pour faire fonctionner une voiture à hydrogène (11.000 km/an) : ca 3.500 kWh/an).
EBAUCHE D’UNE SOLUTION
La solution serait de récupérer la chaleur totale produite par le CEP pour améliorer le COP de la pompe à chaleur géothermique (PAC) et faire baisser d’autant sa consommation ; le COP est le coefficient de performance ou rapport entre la quantité d'énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment) et l'énergie consommée pour réaliser ce transfert (énergie utilisée pour faire fonctionner le compresseur et certains auxiliaires). Par exemple, une PAC qui produit 3 kWh de chaleur pour une consommation de 1 kWh électrique, a un COP égal à 3. Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante (moins elle consomme). Les PAC géothermiques atteignent presque les mêmes performances que les PAC à sondes géothermiques (mais d’un coût triple et donc impraticable vu un amortissement financier raisonnable hors délai).
Et donc :
Énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment)
le COP = ---------------------------------------------------------------------------------------
Énergie consommée pour réaliser le transfert (compresseur et auxiliaires)
En effet, je pense pouvoir valoriser cette chaleur, de sorte à booster le COP de la PAC en faisant chuter alors sa consommation (fonctionnement ralenti) :
1° en faisant profiter directement la PAC (eau du circuit venant le sol réchauffée à l’arrivée) ;
2° en réchauffant parallèlement (si le volume de l’apport calorifique le permet) le circuit d’eau glycolée (de la PAC géothermique - ca 600 litres), ce qui amènera une eau à une température supérieure à la température actuelle ;
3° en réchauffant le réservoir tampon relié aux radiateurs (si le volume restant disponible de l’apport calorifique le permet).
N.B. Le but est d’économiser autant que possible (voir le dépasser) les 40% de perte du cycle électrolyseur/pile à combustible (voire plus, comme décrit).
Choix du système CEP (Couple Électrolyseur-Pile à combustible) :
faute de mieux (disponibilité en Belgique), je me dirige vers la Powerbox (pile à combustible réversible) de la marque SOLENCO (déjà citée) : et qui est représentée en Belgique par la firme GIACOMINI de Bierges (région de Wavre). C'est au départ le Dr en Physique et en Philosophie, Hugo Vandenborre qui a créé la marque et le concept Solenco. Lire son article : Le chaînon manquant pour l’utilisation massive du photovoltaïque solaire résidentiell qui explique le tenants et aboutissants de la Powerbox Solenco (texte en français à partir de la page 39).
ils prévoient des unités qui vont de IKW à 50 kW(capables de produire de 1 kWh à 50 kWh) ; une unité de 1KW coûtera(it) 5000€ ; dans mon cas, une unité de 4KW sera nécessaire, étant donné le fonctionnement de la pompe à chaleur (PAC) géothermique d'une puissance (modérée) de 10,4 kW (2,4 kWh environ de consommation) + l'utilisation d'une cuisinière électrique + la consommation domestique restante.
ATOUT
La bonne nouvelle c’est que c’est durant le travail de la pile à combustible que la chaleur dégagée est la plus importante et précisément durant les périodes froides où la PAC consomme le plus. Actuellement, le COP de la PAC grimpe encore à 2,5 durant la période de gel intense (ca - 12° : record de février 2012) pour voguer ensuite entre 3 et à plus de 4,5 proportionnellement au réchauffement du sol vu des conditions climatiques de plus en plus favorables.
Cela veut dire que lorsqu’elle atteint un COP de 4,5, elle consomme alors presque la moitié de moins qu’en période la plus froide, parce qu’elle doit alors fonctionner la moitié du temps en moins. Sa consommation est d’environ 2,44.6 kWh, ce qui donne les chiffres périodiques suivants, sur base de relevés réellement observés pour un nombre de jours (240) de chauffe (PAC qui assure le chauffage & l’ECS) par an :
• température ext. de -10° à -5° = 70 kW/J x 15j = 1.050kW/an
• température ext. de -5° à 0° = 60 kW/J x 30j = 1.800kW/an
• température ext. de 0° à 5° = 40 kW/J x 60j = 2.400kW/an
• température ext. de 5° à 10° = 17 kW/J x 75j = 1.275 kW/an
• température ext. de 10° à 15° = 5 kW/J x 60 = 300 kW/an
Reste de l’année (uniquement pour la production d’eau chaude sanitaire) : 125j/an, moyennant une consommation de 2 kW/j = 250kW/an.
Total de la consommation par la PAC : < 7.000 kW/an.
N.B. D’après mes mesures sur la PAC, voici le rapport entre la température de l’eau glycolée utilisée et la COP :
- 7,2 (eau glycolée à 21°)
- 6,8 (…17°)
- 6,3 (…15°)
- 5,4 (…14°)
- 5 (…13°)
- 4,6 (…12°)
- 4.5 (…11°)
- autres mesures en cours (il faut que l’eau glycolée chute plus bas ce qui se produira progressivement au fil de l’avancement vers la fin de l’année)
VOTRE AIDE
J’ai besoin de votre aide pour les calculs suivants, sachant que :
- l’eau glycolée à l’entrée de la PAC sera donc réchauffée par la récupération de la chaleur produite par le CEP (Att ! la température autorisée de l’eau captée par la PAC ne peut pas dépasser les 20°),
- parallèlement et en le modulant, l’eau glycolée stockée dans le sol (ca 600 litres) sera donc réchauffée, le sol (rappel à 1,5m de profondeur) fait alors office de thermos ,
- s’il y avait un excédent de chaleur (non valorisée par les biais précédents), il pourrait alors servir à réchauffer le ballon-tampon qui assure l’échange de chaleur entre ce que produit la PAC et l’ensemble des radiateurs (entrée & sortie de réserve déjà prévues sur le ballon-tampon),
- la puissance maximale de la PAC est de 10,4 kV pour une consommation horaire de 2,2 kWh ,
- l’eau glycolée réchauffée permet au sol (d’où elle tire sa chaleur) qu’il se comporte comme un thermos, tout en augmentant sa température (en été, on passerait alors de 15° à bien plus) ; cela permettrait à la PAC de moins consommer pour l’ECS en été, mais aussi de démarrer fin septembre en consommant moins et durant les périodes froides suivantes, de consommer encore nettement moins,
- que la température de l’eau glycolée captée varie actuellement de >15° (été) à -1° (période de gel intense et après fonctionnement prolongé de la PAC), sachant que l’eau glycolée refoulée par la PAC est inférieure de < 5° à la température de l’eau captée. N.B. Entre les séquences de fonctionnement de la PAC (surtout la nuit), l’eau à <5° se réchauffe alors à >1°.
Q1 : à quelle température sera portée l’eau glycolée (en sortie de sol) en bonne saison (lors du travail de l’électrolyseur) ?
Q2 : à quelle température sera portée l’eau glycolée (en sortie de sol) en mauvaise saison (lors du travail de la pile à combustible), sachant qu’alors elle bénéficie d’un apport calorifique du CEP bien plus important que lors de la fabrication d’hydrogène (cf. Q1) et que cela se passe durant la période où la PAC consomme le plus ?
Q3 : y a-t-il déjà des configurations domestiques de ce type existantes ?
BUT
Fort de ces chiffres estimatifs, je pourrai alors mieux évaluer le gain en COP et donc en électricité, en espérant ainsi éponger les 40% de perte du CEP, voire plus encore…
En effet, je me demande si le gain espéré ne devrait pas être supérieur, sachant que la consommation de la PAC ne pourra que chuter très fortement, vu sa faculté première qui est de multiplier les calories absorbées de deux à presque cinq… suivant la température de l’eau qu’elle traite et qui sera(it) donc nettement revue à la hausse grâce à l’apport de la chaleur du CEP…
Merci par avance pour votre collaboration et vos suggestions !
Résumé de ce projet
PS.
Vidéo : Présentation Powerbox Solenco à l'A.G. de TPCV dernièrement ; (Touche Pas à mes Certificats Verts, est une association belge dont je suis membre et qui este régulièrement en justice pour défendre les intérêts des prosumers face aux volte-face des pouvoirs publics parce qu'ils enfreignent allègrement et à plusieurs égards le principe de non-rétroactivité juridique.
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Re : Jumeler une pompe à chaleur géothermique avec une pile à combustible réversible à hydrogène
