Faciliter la mise en œuvre de l’accumulateur thermique électrique centralisé pour la gestion de la demande et la décarbonation du chauffage des bâtiments institutionnels

La transition énergétique des bâtiments est nécessaire pour lutter contre les changements climatiques. L’exemplarité de l’État, un engagement du gouvernement du Québec, au Canada, vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) du chauffage des bâtiments institutionnels. Au Québec, l’intensité des émissions de GES liées à la consommation d’électricité est relativement faible. L’électrification peut donc contribuer, dans une certaine mesure, à la décarbonation du chauffage. Cette transition présente plusieurs enjeux, dont celui de la gestion de la demande d’électricité, puisque le réseau de la province connaît déjà des périodes de demande élevée en hiver associée au chauffage. La transition énergétique du chauffage des bâtiments doit ainsi reposer sur différentes stratégies, dont des mesures de gestion de la demande telles que le stockage thermique. Un système de stockage thermique sensible, l’accumulateur thermique électrique centralisé (ATC), est offert sur le marché et adapté au chauffage hydronique de bâtiments institutionnels. Lorsque la demande le permet, l’ATC convertit de l’électricité en chaleur et la stocke dans des briques. Cette chaleur est ensuite extraite pour combler les besoins thermiques du bâtiment sans impacter significativement la demande d’électricité.
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\nL’objectif principal de ce projet de recherche est de faciliter la mise en œuvre de l’ATC hydronique dans les bâtiments institutionnels, plus spécifiquement les Centres de services scolaires (CSS). La « mise en œuvre » englobe la conception, la mise en service, l’opération et la maintenance. Tant dans la littérature que dans l’industrie, des barrières à l’adoption du stockage thermique subsistent, d’où l’objectif d’en faciliter la mise en œuvre en proposant des moyens concrets de les surmonter.
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\nPour ce faire, la méthodologie employée est mixte : en partie qualitative et quantitative. La première partie, qualitative, consiste à identifier les défis relevés et les leçons apprises lors de la mise en œuvre passée d’ATC hydroniques à partir d’entrevues semi-dirigées avec des acteurs de l’industrie. La seconde partie, quantitative, consiste à quantifier la performance in situ d’ATC hydroniques à partir de données d’opération. Cette méthode mixte permet de porter un regard sur l’effet des pratiques actuelles de mise en œuvre sur la performance in situ, afin d’en dégager des bonnes pratiques à adopter. Parmi celles-ci, l’élaboration de séquences de contrôle détaillées lors de la conception joue un rôle crucial sur le déroulement de la mise en service et l’atteinte des bénéfices énergétiques, économiques et de réduction des émissions de GES. En effet, l’analyse de données d’opération a montré le fort lien entre la performance in situ, la robustesse des séquences de contrôle en place et le suivi de l’opération. L’analyse des entrevues a quant à elle exposé le défi de disposer de données suffisantes lors de la conception pour élaborer des séquences de contrôle détaillées, et ce, tant sur les besoins thermiques et la demande d’électricité d’un bâtiment existant, que sur l’ATC hydronique lui-même.
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\nÀ partir des analyses des entrevues et des données d’opération, la troisième partie de ce projet de recherche consiste à proposer des solutions pour améliorer les pratiques et la performance actuelles. À ce titre, les données extraites des entrevues sur les composants remplacés de l’ATC hydronique ont été exploitées pour synthétiser les tâches de maintenance préventive à effectuer sous forme d’une fiche. Cette fiche vise à mieux planifier la maintenance et à éviter des modes d’opération dommageables pour ces composants, tout en tenant compte des ressources limitées à allouer à la maintenance. À partir de données d’opération d’ATC hydroniques (modèle de 80 kWe), l’autodécharge a été caractérisée par le coefficient de déperditions thermiques effectif et la puissance thermique maximale pouvant être fournie a été quantifiée afin d’outiller l’élaboration de séquences de contrôle détaillées lors de la conception et le suivi de l’opération.
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\nPour poursuivre dans la même lignée que ce projet de recherche, il est recommandé de développer des outils plus automatisés facilitant la mise en œuvre de l’ATC hydronique, notamment : un outil simplifié d’estimation des impacts énergétiques, économiques et de réduction des émissions de GES pour appuyer l’analyse préliminaire de faisabilité technicoéconomique; un outil de modélisation énergétique pour faciliter l’élaboration de séquences de contrôle détaillées; ainsi qu’un outil permettant l’intégration à un système de détection et diagnostic de fautes et un système de gestion de l’énergie pour respectivement faciliter le suivi en continu de l’opération et de la performance. Finalement, l’analyse du partage des bénéfices entre consommateurs et services publics d’électricité, avec par exemple une offre tarifaire modifiée ou un programme de gestion de la demande incluant une stratégie de contrôle commune, serait à considérer afin de faciliter la mise en œuvre du stockage thermique électrique et d’accélérer la transition énergétique des bâtiments.

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