L’alimentation sans interruption et la petite cogénération (Projet de simplification des installations) René Revol Ingénieur Conseil pour l’Environnement Technique et l’Energie 11, rue des Cerisiers - 91160 Longjumeau - Tel/Fax : 01 69 09 68 00 rene.revol@wanadoo.fr

Plan Préambule L’analyse du marché L’évolution des besoins lundi 24 avril 2017 Plan Préambule L’analyse du marché L’évolution des besoins L’impact sur les chaînes d’énergie L’arrivée des nouvelles technologies La simplification des installations La solution prête à l’emploi L’option de la cogénération Conclusion

Préambule L’économie « digitale », liée au développement des NTIC (messagerie et commerce électroniques, centres d’appels, télétravail, téléconférences …) devrait accélérer les changements de comportement susceptibles d’infléchir les besoins énergétiques. En contrepartie, on assistera à une croissance de la consommation en électricité à Haute Disponibilité et Haute Qualité (HDHQ). « La demande électrique fondée sur l’ultra qualité exigera des modes de production complémentaires à caractère essentiellement local ». Source Henri LEPAGE

L’analyse du marché Croissance des besoins HDHQ Limites du réseau électrique centralisé Aléas difficilement maîtrisables (coupures, creux de tension, harmoniques …) Exigences du client final (qualité à faible coût, flexibilité, concurrence …) Croissance des besoins HDHQ Développement des télécommunications Réseaux fixes et Internet : croissance exponentielle de la bande passante (en Terra bps) Réseaux pour mobiles : hausse importante des flux de trafic (voix + données + images) Hébergement de serveurs : multiplication des « Internet Data Centers » Convergence télécom/informatique (stockage des données, réseaux de sauvegarde …) Développement des applications industrielles (robotisation, process sensibles …) Protection renforcée des personnes et des biens (établissements hospitaliers, centres de logistique, grande distribution, péages autoroutiers …)

L’évolution des besoins Exemple des télécoms lundi 24 avril 2017 L’évolution des besoins Exemple des télécoms Alimentation des équipements existants Interfaces 48V : 80 % de la consommation Interfaces 230V 50Hz : 20 % de la consommation Sources de secours à mettre en œuvre (30 kVA à 800 kVA) Facteurs d’évolution Transfert des besoins de puissance (déploiements, déclassements …) Elargissement de la plage de température : 5 à 40 °C (sans personnel) Banalisation progressive des interfaces 230V 50Hz Intégration des redresseurs dans les systèmes (équipementiers) Introduction massive des serveurs, routeurs, modems (Internet rapide)

L’impact sur les chaînes d’énergie (1/2) Non secouru Secouru HT/BT GE Divers Salle d’énergie Salle d’équipements Sans interruption 230V 50Hz Interfaces d’alimentation Climatisation RED BIE = ~ OND 48V Equipements sensibles TBT N/S M Chaîne d’alimentation hybride : mise en œuvre depuis la fin des années 70

L’impact sur les chaînes d’énergie (2/2) lundi 24 avril 2017 L’impact sur les chaînes d’énergie (2/2) Non secouru Secouru HT/BT GE Divers Salle d’énergie Salle d’équipements Interfaces d’alimentation Climatisation RED BIE = ~ 48V Equipements sensibles M Sans interruption 230V 50Hz ASI TBT N/S Double chaîne d’alimentation : mise en œuvre pour des besoins évolutifs sous 230V 50Hz

lundi 24 avril 2017 L’arrivée des nouvelles technologies (1/3) Les turbogénérateurs à haute vitesse Conception Alternateur à rotor massif (sans bobinage) Réducteur de vitesse supprimé (légèreté, compacité) Alternateur réversible (lancement de la turbine) Qualités intrinsèques Simplicité mécanique (fiabilité) Energie cinétique importante (stabilité) Environnement sauvegardé (bruit et rejets diminués) Maintenance très réduite (faible coût d’exploitation) Contraintes : générateur de courant continu et rendement inférieur

lundi 24 avril 2017 L’arrivée des nouvelles technologies (2/3) Les turbogénérateurs à haute vitesse En France : démonstrateur CIAC (accouplement turbine/alternateur) Turbine de 160 kVA (long : 520 mm ; diamètre : 420 mm ; masse : 32 kg) Alternateur de 160 kVA (long : 345 mm ; diamètre : 248 mm ; masse : 68 kg)

L’arrivée des nouvelles technologies (3/3) Les piles à combustible lundi 24 avril 2017 L’arrivée des nouvelles technologies (3/3) Les piles à combustible Piles à usage stationnaire : accélération du développement Modèles à basse température : PEMFC, PAFC (80 à 200 °C) Modèles à haute température : MCFC, SOFC (600 à 1000 °C) Gaz naturel Eau chaude Echappement Hydrogène Air Eau et chaleur Reformeur Cellules Courant continu Qualités intrinsèques Rendement électrique élevé Pas de pièce mobile Bruits et rejets négligeables Contraintes Générateur de courant continu Coût actuel prohibitif

La simplification des installations (1/2) lundi 24 avril 2017 La simplification des installations (1/2) Salle d’énergie Salle d’équipements Non secouru Divers HT/BT Charge Sans interruption Interfaces d’alimentation Climatisation 230V 50Hz Equipements sensibles ~ SR ASI Lancement Tertiaire Chaîne d’alimentation simplifiée ASCETE (Brevet France Télécom/CNET n° 98/01845 du 16/02/98)

La simplification des installations (2/2) lundi 24 avril 2017 La simplification des installations (2/2) Concept ASI interactive du commerce : fonctionnement en mode économique Lancement de SR : énergie stockée dans l’ASI Charge des batteries : courant continu de SR Avantages économiques Suppression de plusieurs sous-ensembles : Système de démarrage dédié (batteries et chargeur éliminés) Tableau Général Basse Tension (inverseur N/S sans objet) Onduleur intégré (gain en rendement de 15 %) Armoire de couplage en cogénération (dispositifs inclus dans l’ASI) Avantages techniques Modularité et fiabilité : Simplification de la mise en parallèle (couplage en courant continu) Insensibilité aux variations de vitesse (fréquence imposée par l’ASI) Sources d’indisponibilité supprimées (inverseur N/S et batteries de démarrage)

La solution prête à l’emploi Intégration dans un shelter léger (P  1MWe) (Source MGE + CIAC + Materlignes) Enceinte métallique compacte et insonorisée (standard ISO) Equipement facilement transportable (terre, air, mer)

L’option de la cogénération (1/2) Cas général : choix du gaz naturel (solution rationnelle et performante) Principes de base en HDHQ : Energie autoconsommée (exigence de qualité) Pilotage par la demande électrique (exigence de disponibilité) Combustible 100 (Source CEGIBAT) Rendement Rendement Rendement électrique thermique global Turbine à gaz : 0,30 0,55 0,85 Moteur à gaz : 0,35 0,50 0,85 Pile à combustible : 0,45 0,40 0,85

L’option de la cogénération (2/2) Les critères de choix lundi 24 avril 2017 L’option de la cogénération (2/2) Les critères de choix Conditions d’exploitation Equipements sensibles : optimisation de la source de remplacement Activité tertiaire : alimentation non secourue + récupération thermique Maîtrise de la facture énergétique Bâtiment de production : pas de cogénération si le chauffage est marginal Bâtiment mixte : cogénération conditionnelle Exigence de rentabilité Prix comparés du gaz et de l’électricité (choix de la structure tarifaire) Rendement global élevé (ratio Wt/We maximal) Temps de retour garanti (surcoûts de l’échangeur et du récupérateur) Perspectives de délestage « réseau » en temps réel (Contrat EJP ou effacement des pointes tarifaires)

Conclusion L’apport des nouvelles technologies lundi 24 avril 2017 Conclusion L’apport des nouvelles technologies Mutations importantes en énergie HDHQ Architecture simplifiée : qualité et disponibilité au moindre coût Recours au gaz naturel : facilité d’installation et respect de l’environnement Réduction des charges Facture énergétique : intérêt de la cogénération optionnelle Coûts d’entretien : bénéfice d’une maintenance réduite