2014-09_ajustements_logisticiens_froid - GP05

Olivier Hersent
Président
Jacques Guilpart
Directeur
Making Things Smart
Smartgrid, Ajustement et Internet des Objets
Quel avenir pour quelles applications industrielles ?
1
Une transformation des mix énergétiques européens

En 2012, 16% de la production d’électricité
française était d’origine renouvelable, dont
12% d’hydraulique.
Croissance des énergies renouvelables
dans le mix énergétique français
2010

La capacité installée de photovoltaïque est de
3,8 GW en 2012, soit une multiplication par près
de 4 par rapport à 2010 et une production
d’électricité doublée par rapport à 2011.
2020
19 GW
5 GW
3 GW
6 GW


2
1 GW
Selon le plan rendu à la Commission
Européenne, la France devrait posséder plus
de
62
GW
de
capacités
d’origines
renouvelables, produisant 155 TWh, contre 89
TWh en 2012.
La capacité des panneaux solaires serait
multipliée par 10 pour atteindre 5,4 GW et 25
GW d’éoliennes (dont 6 GW d’éoliennes en
mer) seraient installés.
Eolien
Solaire
1 GW
Biomasse
L’ouverture « complète » des marchés
Evolution moyenne des tarifs
d’électricité (en %)
o La disparition des tarifs réglementés de vente
(TRV) d’électricité fin 2015 va entraîner une
demande massive d’offres innovantes de la part
de consommateurs précédemment aux TRV.
o La majorité de ces sites n’est aujourd’hui pas en
mesure de suivre finement sa consommation
énergétique.
5%
2%
1,7%
2,7%
3,2%
2%
0%
2011 2012 2013
Tarif bleu
résidentiel
o Ceci représente:
 Une barrière à l’efficacité énergétique /
aux effacements
 Une source d’incertitude sur le montant
des factures
3,2%
2%
2011 2012 2013
2011 2012 2013
Tarif jaune
professionnel
Tarif vert (sites
industriels)
Volume de consommation
par type d’offre
Répartition au 30 Juin 2013
Tarifs
réglementés
Offres de
marché
84%
95%
16%
5%
Grands sites nonindustriels
(181 TWh)
Sites moyens nonindustriels
(66 TWh)
Les prix de l’électricité devraient augmenter d’environ 30% entre 2012 et 2017
3
Qu’est-ce qu’un site flexible ?
Cas des entrepôts frigorifiques
o L’entreposage réfrigéré représente une part
importante de la consommation énergétique
mondiale (environ 15%)
o La majorité de la puissance électrique
consommée par une station de distribution
d’eau potable est utilisée pour le pompage
o Les compresseurs sont les éléments les plus
consommateurs sur site. Ils sont configurés pour
maintenir la température de l’air entre -24° et -18°
o Ce processus jouit d’une grande flexibilité
les pompes pouvant être contrôlées pour ne
fonctionner que sur les heures où les prix de
l’électricité sont les moins élevés
o Ces entrepôts sont flexibles grâce à leur
grande inertie thermique : ils sont extrêmement
bien isolés et conservent la qualité de leur stock
pendant de nombreuses heures sans électricité
4
Cas des stations de pompage
L’enjeu des courbes de charge en temps réel
1
2
3
4
5
Pour bénéficier d’offres de fourniture
innovantes et/ou mieux adaptées à
vos besoins
Pour lancer vos plans d’optimisation
énergétique affiné par site ou au plus
près de vos processus
Pour améliorer votre performance
métier et gagner en rentabilité
Pour anticiper vos factures et éviter
les erreurs de facturation de la part
de votre fournisseur
Outil de suivi graphique et temps réel
Relève multi-fluides (eau, gaz,
électricité, variables
d’environnement…)
Possibilité de développer des
applications sur des capteurs existants
Installation rapide sur compteur existant
Etude de cas télérelève multi-fluides
Instrumentaton de capteurs
multi-fluides
ThingPark Cloud
Capteur de niveau de CO2
API REST de développement
d’applications
Capteur de température
Capteur pour compteur électrique
Infrastructure de stockage Big Data
Capteur pour compteur de gaz
Capteur d’humidité (hygrométrie)
Réseau ThingPark
Wireless
Activation et Gestion des objets
connectés
Outils d’analyse graphique
Une solution unique pour tous les fluides
Utilisable sur les compteurs existants
Utilisation possible en mode autonomie
d’énergie (harvesting)
6
Connectivité très longue portée
Inclut l’outil de Datalogging et l’historisation des
données
L’Architecture ThingPark Wireless
Vertical Apps
o Le réseau ThingPark Wireless assure la
connectivité entre les capteurs et les applications
ThingPark Cloud
Infrastructure de
stockage Big Data
o 2 options de collecte sont disponibles:
o Livraison vers le ThingPark Cloud avec
stockage et mise à disposition des données
via une API.
o Livraison du trafic directement sur le site du
système d’information du client.
o ThingPark Wireless respecte le standard ETSI
M2M qui garantit l’interopérabilité entre les
applications et les capteurs utilisés.
Customer Apps or
Information System
API REST de
Développement
ThingPark M2M
Système de
Supervision (OSS)
Réseau ThingPark
Wireless
Objets connectés
7
PARTIE 2
Instrumenter pour valoriser sa flexibilité
8
Comment valoriser votre flexibilité de consommation
Chiffres clés du marché français
Les sites industriels flexibles
peuvent être valorisés sur
différents sous-jacents
1.
2.
3.
4.
5.
9
En tant que marge de réserve de
secours pour RTE
En tant que capacité d’ajustement
rapide
Comme capacité certifiée (2016)
Comme énergie d’ajustement au fil de
l’eau
Sur les marchés SPOT en cas de pointe
de prix
15 GW
De potentiel
d’effacement
18000
€/MW
Valorisation annuelle
par RTE de
l’effacement
3 à 20%
De gains sur la facture
d’électricité pour un
industriel qui s’ajuste
Qu’est-ce qu’un site flexible ?
Cas des entrepôts frigorifiques
o L’entreposage réfrigéré représente une part
importante de la consommation énergétique
mondiale (environ 15%)
o La majorité de la puissance électrique
consommée par une station de distribution
d’eau potable est utilisée pour le pompage
o Les compresseurs sont les éléments les plus
consommateurs sur site. Ils sont configurés pour
maintenir la température de l’air entre -24° et -18°
o Ce processus jouit d’une grande flexibilité
les pompes pouvant être contrôlées pour ne
fonctionner que sur les heures où les prix de
l’électricité sont les moins élevés
o Ces entrepôts sont flexibles grâce à leur
grande inertie thermique : ils sont extrêmement
bien isolés et conservent la qualité de leur stock
pendant de nombreuses heures sans électricité
10
Cas des stations de pompage
Comment utiliser l’effacement pour valoriser votre
flexibilité
L’ensemble de l’infrastructure mise en place par
Actility permet la valorisation et le suivi de tout
type de flexibilité sur l’ensemble des marchés
disponibles
11
Processus d’intégration simple avec les systèmes de gestion des
entrepôts
o
Actility réalise un audit de vos salles des
machines pour mieux comprendre les
opportunités de gains :
o
Cycle mono-étagé
o
Cycle bi-étagé avec CO2 en frigoporteur
o
Cycle cascade
o
Le potentiel d’effacement est
dépendant de la configuration de la
technologie employée
o
La technologie d’interfaçage
d’Actility prend en compte les
contraintes technologiques
12
Condenseur
Bouteille BP
CP1
CP2
Intégration avec les automatismes du site
o
Actility intègre l’organisation de vos
automatismes de façon à déterminer la
meilleure façon de s’intégrer avec votre
système
o
L’intégration peut se faire avec:
o
o
La GTC si le site en dispose
o
L’armoire de commande de la salle des
machines
o
Les automates gérant les chambres froides et
les tours de refroidissement
Actility fournit en option un système de
supervision en ligne si vous souhaitez
disposer d’une IHM pour supervision les
procédés
GTC
Salle des Machines
Automate
propriétaire maître
Armoire de
commande
Chambre Froide 1
Automate
régulateur local
Ventilation
& Dégivrage
Température
13
Automate
propriétaire esclave
Automate
propriétaire esclave
Chambre Froide 2
Automate
régulateur local
Ventilation
& Dégivrage
Température
Valorisation de la flexibilité et accès au marché
1
14
Déploiement de la
solution technique
2
Mise en place du
Processus de pilotage
3
Accès & valorisation sur les
marchés
o Actility instrumente et déploie
une solution télécom d’accès à
votre système de contrôle
o Actility nomme un responsable
opérationnel et définit les
échanges avec votre équipe
o Actility vous fournit un
récapitulatif des gains et des
exigences des différents marchés
o La solution a pour entrée des
séquences de consignes émises en
temps-réel par Actility et pour
sortie les différentes consignes
possibles de délestage
o Les procédures d’arrêt d’un
pilotage par Actility sont définis
avec préavis
o Actility génère les transactions
sur les différents marchés
Principe de raccordement
15
Comment valoriser vos flexibilités
o Actility vous propose plusieurs mécanismes de valorisation sur différents
marchés.
o Il vous est possible de cumuler les revenus de plusieurs marchés entre eux.
16
Espace de valorisation
Maturité (échéance)
Détails
Marchés SPOT
J-1  H-2
Load shifting
Mécanisme
d’Ajustement
H-1  H-13 min
Demand Response
Appel d’offre capacité
A-1
Problématique de
pointe
Appel d’offre RR/RC
A-1
Réserves
rapides/complémentair
es
Appel d’offre régional
M-5
Congestions locales
Comment valoriser votre flexibilité de consommation
Chiffres clés du marché français
Les sites industriels flexibles
peuvent être valorisés sur
différents sous-jacents
1.
2.
3.
4.
5.
17
En tant que marge de réserve de
secours pour RTE
En tant que capacité d’ajustement
rapide
Comme capacité certifiée (2016)
Comme énergie d’ajustement au fil de
l’eau
Sur les marchés SPOT en cas de pointe
de prix
15 GW
De potentiel
d’effacement
18000
€/MW
Valorisation annuelle
par RTE de
l’effacement
3 à 20%
De gains sur la facture
d’électricité pour un
industriel qui s’ajuste
Quelles applications en froid
domestique, industriel et commercial ?
Jacques Guilpart - MF Conseil
18
Le froid
Un besoin de longue date
Récolte de glace sur la Seine (vers 1780)
La glacière du château de Versailles (vers 1750)
19
Un métier oublié :
Les tailleurs de glaciers
Une glacière telle qu’on en trouvait beaucoup
Le froid
Un développement de longue date
Le frigorifique de Charles Tellier
(1876)
Production de glace hydrique …
au diéthyl éther (vers 1860)
Ice-man (vers 1910)
Un autre métier oublié …
La première climatisation du
capitole :
par de la glace hydrique
ventilée …
20
Le froid : de luxe et de confort
Le boom des années 30
(apparition des CFC)
21
Le froid est devenu une utilité indispensable
Aujourd’hui
22
Le froid : une utilité devenue indispensable
Pour faire du
froid ? Facile ...
J’appuie sur le
bouton !
Et ça marche
(heureusement !)
23
Froid & alimentation
La fameuse « chaîne du froid »
 Réfrigération domestique (1)
extrapolé de IIF 2014
DGCCRF 2012
(3) INSEE 2011
(4) ADEME 2014
(1)
(2)
40 – 42 106 réfrigérateurs / congélateurs
 Distribution (2)
Plus de 800 km de linéaires
1 180 hypermarchés
à température dirigée
5 591 supermarchés
110 000 commerces de bouche(3)
310 000 établissements de restauration (3)
 Entreposage
(1)
Plus de 12 106 m3 d’entrepôts frigorifiques
 Transport (4)
120 900 véhicules à température dirigée
une queue de plus de 1 300 km de véhicules
Plus de 5% du trafic routier
Un produit réfrigéré parcoure en moyenne 720 km entre son lieu
de production et son lieu de consommation
24
Froid & alimentation
Le froid alimentaire, c’est aussi le process
 Congélation / surgélation
 Texturation et formulation
Beurre et matières grasses, chocolat, fromages, desserts lactés, crèmes glacées, …
 Cryoconcentration – cryoséparation
Jus de fruits, mouts de raisin, acide tartrique (blancs, champagnes)
 Contrôle de fermentation
Vins, bière, champagne
 Lyophilisation
Alimentation infantile, plats préparés, poudres, …
25
Froid & alimentation
L’agro alimentaire en France, c’est :




13 500 entreprises dont 98% de PME
415 000 salariés
161 G€ de CA
62 millions de consommateurs
ANIA 2013
24 M tonnes (en France) de produits traités par le froid
60 % du bol alimentaire des pays développés nécessite l’application
du froid:
530 kg/hab. an d’aliments (solides), y compris
308 kg d’aliments réfrigérés
42 kg d’aliments congelés
26
Le froid, c’est aussi la climatisation
 961 000 logements (3,6% du parc) (1)
(1)
MEDD
 194 106 m² dans le tertiaire (22,6% de la surface) (1)
 Les salles blanches des industries pharmaceutiques et électroniques
 Les datas centers
…
Et de nombreuses autres applications
(loisirs, médecine, pharmacie, métallurgie, gaz énergétiques, génie civil, …)
27
Le froid : des enjeux difficiles à peser
Le froid en France, c’est :
7,5% de la consommation électrique nationale (478 TWh)
dont 3% (13,4 TWh) pour les applications alimentaires(1)
7 TWh en froid commercial
1,4 TWh en entreposage
5 TWh en industrie
Au niveau mondial :
15 à 17% de l’électricité produite sert à produire du froid(2) …
(1) CEREN
28
2013
(2)
IIF 2014
Le froid : des enjeux difficiles à peser
Une prospective pessimiste :
Démographie galopante, concentration urbaine …
Une règlementation sur l’utilisation des frigorigènes
Protocole Montréal => suppression des HCFC
Protocole de Kyoto => contingentement des HFC – HFO
=> Utilisation des cycles « alternatifs »
NH3 – Frigoporteurs (dont CO2)
Cascades NH3-CO2, CO2 transcritique
 Augmentation de la consommation énergétique du froid
de 10 à 20% dans les décennies à venir
(hors croissance liée à la démographie et à l’urbanisation)
+ une augmentation programmée des coûts de l’énergie …
29
Une prise ce conscience
 Au niveau des consommateurs de froid
Nécessité de réduire, si ce n’est la consommation, au
moins la facture.
 Au niveau des producteurs – distributeurs d’énergie :
Nécessité de mettre en adéquation demande,
production, et distribution.
=> Notion d’ajustement (voir présentation d’Actility).
… et le froid dans tout ça : quel potentiel pour quelles
applications ?
30
Les spécificités du froid, leurs potentialités d’ajustement
Climatisation
« confort » : tant que les occupants restent dans leur zone de de confort
Domestique : gestion ± facile (au même titre que le chauffage)
Clim (windows, split, VRD, …)
Potentiel : la dizaine de kW unitaire
Parc : plus de 106 uniités
PAC
Potentiel : la dizaine de kW unitaire
Parc : 460 000 unités
Tertiaire : tant que le client ne de plaint pas …
Potentiel : de 50 à 350 kW
Parc : 40 000 unités
« process » : tant que le process le permet … (cas des data centers)
Potentiel : de quelques centaines de kW à quelques MW
Gisement : difficile à estimer ( 1 000 ?)
31
Les spécificités du froid, leurs potentialités d’ajustement
Alimentation
En plein respect de la sacro-sainte chaîne du froid .
Trois cas :
Domestique
Potentiel : quelques centaines de W
Parc : 40 106 unités
Petites industries
Potentiel : 20 – 200 kW par unité
Parc : 13 000 entreprises, 65 000 unités (problème)
Grosses industries
Potentiel : quelques centaines de kW (froid centralisé)
Parc : 1 200 – 1500 sites de production
32
Les développements récents dans la R&D relative au froid
Pack 1 (non abordé ici)
Fluides – mélanges HFC-HFO à bas GWP
« Redécouverte » des fluides naturels (NH3 – CO2 – HC - R729 - R718)
Travail sur les composants (adaptation)
« Nouvelles » technologies (sorption, froid magnétique)
Les cycles à compression de vapeur et changement de phase
ont encore un bel avenir
Pack 2
Le stockage de froid et le contrôle-commande prédictif
Réflexion du Comité d’Orientation de l’Association Française du Froid (nov. 2013).
33
Mise en concordance des besoins et des disponibilités
 Prévoir ce qui va se passer + stocker / déstocker du froid.
Construire des scénarios probables
Météo (température, vent, ensoleillement, nébulosité, …)
Production (lancement d’une ligne, ouverture de portes, arrivée d’un
lot, …)
Caractéristiques des équipements (inertie thermique, puissances, COP)
Prédire les besoins frigorifiques en conséquence
Échelles de temps adaptée ( quelques jours à quelques minutes)
=> Gérer le stock de froid en conséquence
34
Deux exemples intéressants
Jeu sur l’inertie thermique du stock, cas de l’entreposage négatif
(stockage / déstockage de froid)
Ajustement possible de puissances allant jusqu’à 500 kWf
Night Wind EU project 2007-2008 – TNO
(S. Van Der Sluis)
Frisbee EU project – 7eme PCRD – IRSTEA
(G. Alvarez, D. Leducq)
35
Deux exemples originaux
Frisbee EU project – 7eme PCRD – IRSTEA
(G. Alvarez, D. Leducq, M. Hoang)
Développement d’un réfrigérateur
domestique à haute inertie
thermique
(jusqu’à 9h d’autonomie)
Etude de l’impact de la disposition
d’un matériau à changement de
phase sur les fluctuations de
température dans une enceinte
(application : chambres froides
positives, meubles frigorifiques de
vente)
36
Un axe prioritaire de R&D : les MCP
Sur les matériaux et leurs caractéristiques thermophysiques
Coulis de glace
Eutectiques
Coulis d’hydrates
37
Un axe prioritaire de R&D : les MCP
Et sur leur mise en œuvre
Macro encapsulation
(nodules)
Silo de stockage de coulis
Cascade & banquise
Micro / nano encapsulation
(emballages, imprégnation de parois)
Bacs à glace
38
Smartgrid et ajustement : Quelles applications en froid
domestique, industriel et commercial ?
Le gisement est conséquent
• En termes de volume ( 14 TWh)
• Plus disparate en termes de puissance (de quelques centaine de
W à plusieurs centaines de kW)
Pourtant l’application du concept d’ajustement reste aujourd’hui
marginal dans le domaine du froid.
• Les quelques capacités de stockage de froid (herses + bacs à
glace) sont actuellement démantelées (cout énergétique,
maintenance, …)
• Les quelques groupes électrogènes de secours également
39
Smartgrid et ajustement : Quelles applications en froid
domestique, industriel et commercial ?
 Le besoin se fait sentir,
Surtout au niveau industriel.
 L’offre se développe dans le secteur.
 Les technologie permettant la mise en œuvre du concept se
développent.
 Quelques verrous (psychologiques ? ) restent à lever
•
•
40
La connexion des objets n’est pas forcément simple
(ni souhaitée).
Les enjeux économiques liés aux produits (alimentaires) ou à la
satisfaction des clients (clim) restent prépondérants.

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