Chauffage hybride : contrôle actif de la puissance
Que ce soit au sein de nouveaux bâtiments ou dans le cadre de projets de rénovation, de plus en plus de systèmes de chauffage hybrides sont installés. Ils combinent ainsi des chaudières à condensation ou à basse température avec des installations d’énergie solaire, des pompes à chaleur ou des stations de chauffage par bloc. Par conséquent, les systèmes deviennent plus complexes. La plus grande difficulté réside dans le fait de devoir contrôler la génération de chaleur à partir de différentes sources. Pour relever ce défi, Georg Siepmann et Thomas Sierpinski de la succursale de Münster ont développé le « contrôle actif de la puissance » et l’utilisent d’ailleurs avec succès.
Transformer l'extraordinaire en réalité
Les systèmes de chauffage ont longtemps fonctionné exclusivement à base de fioul et de gaz. Sachant que seule une réduction progressive des émissions de CO2 est en mesure de ralentir le réchauffement climatique, le législateur a réagi en adoptant des réglementations appropriées visant à promouvoir l’efficacité énergétique et l’utilisation des énergies renouvelables.
Georg Siepmann suit avec attention les évolutions dans le secteur du chauffage depuis plus de 15 ans. Le directeur des ventes de la région Westphalie du Sud auprès de Kieback&Peter a fait ses premières armes dans le domaine en 2004 en procédant à l’intégration d’énergies alternatives dans le processus de génération de chaleur : la municipalité de Finnentrop dans la région du Sauerland a développé un réseau de chauffage local en utilisant une chaudière à copeaux de bois et deux chaudières gaz à condensation en guise de générateurs de chaleur primaire et secondaire, respectivement.
« Considérés autrefois comme exotiques, les systèmes hybrides sont maintenant bien acceptés », conclut-il. « La mise en place de générateurs de chaleur combinés se développe un peu partout : gaz, solaire, cogénération, pompe à chaleur, copeaux de bois, pellets, chaudière à condensation et à basse température... Les possibilités sont quasiment illimitées. »
Un potentiel intéressant en matière d’économies d’énergie
L’ingénieur s’est rapidement rendu compte que la plupart des systèmes ne permettent pas de réaliser des économies d’énergie de façon optimale. « Il manque à la plupart des systèmes un dispositif de contrôle de plus haut niveau qui coordonne les différents composants individuels. Les solutions disponibles sur le marché sont en réalité assez pauvres. »
Prenons l’exemple type d’un système hybride dont la source d’énergie primaire est une unité de cogénération. En période de pointe, une chaudière à condensation produit une quantité de chaleur supplémentaire. « Sans régulation appropriée, une chaudière peut se mettre en route pas moins de 5 000 fois par mois. Non seulement cela endommage gravement le matériel, mais une partie de la chaleur s’échappe également inutilement par la cheminée. Un grand fabricant propose d’ailleurs de limiter la garantie de ses chaudières dans leur ensemble à 35 000 démarrages. Dans ce cas, la garantie ne couvrirait que sept mois d’utilisation. »
Cela a suffi pour que Georg Siepmann et Thomas Sierpinski, un ingénieur projet au sein de son équipe, se penchent sur cette problématique et trouvent une solution qui permette de réguler les différents systèmes de production de chaleur afin de bénéficier de performances optimales.
Contrôle actif de la puissance
Tout a commencé par une publication de Siegfried Baumgarth, un professeur au sein du Département d’ingénierie de l’approvisionnement de l’Université des sciences appliquées de Braunschweig/Wolfenbüttel. Il y expliquait comment maintenir une température de retour vers la chaudière à un niveau relativement bas dans un système équipé d’un séparateur hydraulique en contrôlant le débit volumétrique dans le circuit de la chaudière, une condition sine qua non à l’exploitation économique d’une chaudière à condensation.
Thomas Sierpinski a été le premier à mettre en œuvre l’approche de Siegfried Baumgarth dans un système composé de plusieurs chaudières et équipé d’un système hydraulique. Ces réflexions ont ensuite mené à la création du contrôle actif de la puissance en tant que module de programme pour les automates de régulation.
La plupart des régulateurs de chaudière se contentent de contrôler la température. Il n’est donc pas possible d’installer en parallèle plusieurs générateurs. C’est pourquoi les fabricants préconisent souvent un montage en série des générateurs. Au contraire, le contrôle actif de la puissance régule la sortie et la température de façon indépendante pour chaque générateur. Cela permet ainsi de combiner et de connecter en parallèle autant de générateurs de chaleur dans un même système.
Parfaitement adapté aux systèmes hybrides
« Nous avons rapidement réalisé que le principe de fonctionnement pouvait également s’appliquer aux systèmes équipés d’un réservoir tampon. Ce dernier joue un rôle important, surtout dans les systèmes hybrides : il compense l’écart qui se présente généralement entre l’offre et la demande lors de l’utilisation d’énergies alternatives. Avec le contrôle actif de la puissance, nous utilisons désormais également le réservoir de stockage pour les chaudières », explique Georg Siepmann. Cela permet aux chaudières de bénéficier de temps de fonctionnement bien meilleurs à un niveau d’exploitation qu’il est possible de sélectionner librement. En réduisant le nombre de cycles, l’usure et les pertes d’énergie peuvent ainsi être limitées.
Avec le contrôle actif de la puissance, le système pourrait même réagir aux fluctuations propres à l’approvisionnement des différentes sources d’énergie en changeant automatiquement de système de production de chaleur. Le surplus d’électricité généré par des installations éoliennes et photovoltaïques peut alors être intégré dans le système d’électrothermie.
« Le contrôle actif de la puissance, combiné à la connexion en parallèle de l’ensemble des générateurs et des dispositifs de stockage tampon, est l’outil idéal pour l’exploitation optimale des systèmes hybrides. Au cours des dix dernières années, nous avons mis en œuvre de nombreux projets et reçu des retours positifs de tous les sites. Les générateurs de chaleur primaires affichent généralement de meilleurs temps de fonctionnement que prévu, les temps de cycle des générateurs de chaleur secondaires sont bons également, ce qui permet de satisfaire pleinement nos clients.
