Conférence de l’écoconstruction du 15 janvier 2015 L’énergie dans les bâtiments du XXIeme siècle La pile à combustible pour les bâtiments La pile à combustible.

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1 Conférence de l’écoconstruction du 15 janvier 2015 L’énergie dans les bâtiments du XXIeme siècle La pile à combustible pour les bâtiments La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

2 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
La pile à combustible constitue une réponse performante et durable aux enjeux des bâtiments responsables Installée dans les bâtiments résidentiels et tertiaire, la pile à combustibles est la technologie de cogénération la plus performante Bien placée pour la future réglementation thermique, la pile à combustible permet aux clients finaux de : Réduire ses consommations et son impact environnemental (GES et polluants) tout en garantissant un niveau élevé de confort Améliorer l’indépendance énergétique des bâtiments et des territoires Soutenir le réseau électrique et équilibrer la production d’énergie renouvelable Plusieurs milliers de systèmes sont installés dans le monde (Japon, US) et en Europe (Allemagne) Après de nombreux tests en laboratoire, les premiers tests terrain français ont été lancés en 2014 : EPILOG (France) : 3 piles à combustibles installées à Forbach ENEFIELD (Europe) : 1000 piles à combustibles en Europe 60% Rendement maximal d’une pile à combustible SOFC, meilleur qu’une centrale électrique, la récupération des pertes en plus ! La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

3 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
La pile à combustible dans les bâtiments : une application stationnaire Conférence de l’écoconstruction du 15 janvier L’énergie dans les bâtiments du XXIeme siècle La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

4 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Des différentes applications de la pile à combustible, la cogénération dans les bâtiments semble la plus prometteuse La production de chauffage (voire de froid) et d’électricité décentralisée dans les bâtiments La production d’électricité seule (connectée au réseau ou en secours) Le stockage d’énergie (en quantité variable) Les transports via les véhicules à pile à combustible La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

5 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
La cogénération est la production simultanée d’une énergie thermique et une énergie électrique à partir d’une énergie primaire Dans notre cas : L’énergie thermique est utilisée pour produire de la chaleur L’énergie électrique est obtenue au travers d’un onduleur L’énergie primaire est le gaz naturel La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

6 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Le principal intérêt de la cogénération est sa haute efficacité énergétique Entre 20% et 45% plus efficace que des productions séparées, jusqu’à 60 % de rendement électrique Une production locale, au plus proche du lieu de consommation, qui réduit les pertes en ligne Une production complémentaire aux productions d’électricité EnR pour réduire la pointe saisonnière et gérer les intermittences de disponibilité La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

7 Les différentes technologies : un compromis performance/durée de vie
Etapes du reformage Type de pile PEFC PAFC MCFC SOFC Composants principaux Polymer, carbon and platinum Phosphoric Acid and Platinum Nickel, Lithium Zirconia, Nickel Température (°C) 650 Fuel processor (FP) Le gaz naturel doit être converti en hydrogène Alimentation directe en méthane Qualité du gaz L’odorant du gaz doit être retiré Capacité de cyclage Haute (>4000) Bonne Basse Nulle ou basse (<300) Durée de vie (h) Jusqu’à Jusqu’à Jusqu’à Rendement électrique avec alimentation au gaz naturel 30-40 % 40-45 % 45-50 % 45-55 % Présentation Crigen La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

8 La pile à combustible, chaudière de demain ?
La pile à combustible fonctionne au gaz naturel 2 grandes technologies de pile à combustible pour l’habitat : Basse température (PEMFC) : rendement électrique jusqu’à 40 % Haute température (SOFC) : rendement électrique jusqu’à 60 % Traitement et transformation du gaz naturel en H2 (reformer device) Réaction avec de l’O2 dans le cœur de pile (stack), pour produire de l’électricité via un onduleur (environ 1 kWe pour une maison individuelle) Récupération et valorisation de la chaleur produite Complément des besoins de chaleur (chauffage et ECS) assuré par un brûleur d’appoint Chauffage La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

9 Une installation simple dans les bâtiments
La pile à combustible est un système de production décentralisée d’électricité et de chaleur : La chaleur est utilisée pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire dans un logement (couplage avec une chaudière performante) Le rendement électrique s’étale de 35 à 60% : l’électricité est auto-consommée ou revendue La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

10 Exemple d’une installation allemande
Pile à combustible Chaudière d’appoint Régulation La cible est une installation avec un besoin de chauffage compris entre 20 et 30 kW / an (par rapport au dimensionnement du système prototype) Débit ECS de 25 L/min ou 35 L/min L’utilisation d’un ballon de 500L est soumise à validation par la R&D Vaillant et réservée à des installations ayant un besoin de chauffage faible. Il ne peut en aucun cas s’agir d’une condition d’acceptation ou non de participation au projet et/ou d’achat du système. Parmi tous les composants du système, seule la pile est un prototype. Les autres sont des composants série déjà testés sur le marché : ecoTEC Ballon et station ECS Régulation et module hydraulique de l’ecoPOWER (micro-cogénération à moteur non introduite en France mais vendue en Allemagne) Note : il n’est pas possible d’ajouter un autre générateur de chaleur au système à ce stade (solaire thermique notamment) car les conditions de l’essai terrain sont encadrées pour garantir le bon fonctionnement du système Module hydraulique Ballon tampon Seule la pile à combustible est un composant prototype. La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

11 Exemple dans un immeuble d’habitation
La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

12 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Les piles à combustibles : un produit innovant en phase de test terrain. Quel potentiel de développement ? Conférence de l’écoconstruction du 15 janvier L’énergie dans les bâtiments du XXIeme siècle La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

13 Contexte et enjeux : pointe électrique et efficacité énergétique
Réseau électrique français de plus en plus sollicité Volonté politique et contexte réglementaire toujours plus contraignant en terme de performance énergétique : Réussir la Transition Energétique en respectant les objectifs Européens : Paquet Energie Climat (3x20) Français : Grenelle de l’Environnement (BEPOS et -38 % d’énergie dans l’existant) et Loi de transition énergétique Intérêt grandissant des utilisateurs pour l’autoconsommation et l’autoproduction d’électricité (consom’acteur) Présentation GrDF Smartphone, tablette, Nouvelles technologie (maison connectée) et les voitures électriques adaptées aux déplacements hyperurbain vont contribuer à augmenter les besoins électriques + 20 % d’efficacité énergétique 20 % de CO2 20 % d’EnR La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

14 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
La cogénération peut répondre à plusieurs besoins sur différents types de bâtiments La production électrique (BT) est autoconsommée et/ou revendue sur le réseau La cogénération concerne la construction neuve ou les projets de rénovation sur les secteurs d’activité suivants (les plus favorables) : Habitat collectif Piscines Bureaux Hôtels Etablissements d’enseignement Etablissements de santé Le secteur résidentiel devrait être le premier adressé par les piles à combustible, avant le tertiaire La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

15 Les meilleures performances pour un produit gaz
Un produit inscrit dans la stratégie de développement de produits efficaces Un contexte international favorable à la baisse des prix : micro-cogénération installées dans le monde dont piles à combustible Ventes mondiales : micro-cogénération / an (< 5 kWe) dont en Europe La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

16 En synthèse, un produit performant bientôt prêt pour le marché
Production décentralisée d’électricité « haute performance » pour soulager le réseau électrique en période de pointe Technologie « très haute efficacité énergétique » au service de la transition énergétique Production « globale » électricité / chaleur pour couvrir les besoins de la maison Installation équivalente à celle d’une chaudière à condensation Très faible niveau de bruit (< 30 dB) et des émissions de polluants (NOx) quasi-nulles Maintenance limitée La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

17 De nombreux tests en laboratoire, la phase de test en conditions réelles a commencé en France en 2014 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Test terrain Test laboratoire Commercialisation Nouveaux usages EPILOG En collaboration avec la Direction Recherche et Technologies Couplage avec véhicule électrique, batterie, photovoltaïque via une solution de HEMS La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

18 Focus sur deux projets de démonstration
Conférence de l’écoconstruction du 15 janvier L’énergie dans les bâtiments du XXIeme siècle La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

19 GrDF accompagne le déploiement de la technologie sur le marché à travers 2 projets majeurs
Projet ENE.FIELD Projet EPILOG Piloté par GrDF et soutenu par l’ADEME 3 installations à Forbach Projet européen impliquant de nombreux fabricants 500 installations en Europe d’ici fin 2015 dont 30 en France La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

20 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Projet Ene.field : Déployer la pile à combustible au gaz naturel en Europe Un projet européen : 9 fabricants, 4 énergéticiens, 26 partenaires, 12 Pays, d’un budget total de 61 M€, le projet a démarré fin 2012, pour une durée de 5ans. Ene.Field donne une impulsion à la technologie Pile à combustible en déployant plus de 1000 unités en Europe chez des particuliers, à travers 12 états membres. La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

21 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Ene.field : Les 2 premières installations en maison individuelle en France Une trentaine de piles à combustible vont être installées en France, la plupart en maisons individuelles, voire en petit tertiaire Les 2 premières piles gaz naturel dédiées aux maisons individuelles ont été installées début avril 2014 en Alsace (Hagenau et Munschhausen), dans des maisons récentes Ces piles sont des piles à combustible Baxi Innotech, du groupe BDR thermea Elles ont été installées par De Dietrich (du groupe BDR Thermea également) et sa filiale d’installation maintenance Servelit La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

22 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
EPILOG : des tests terrain à Forbach pour préparer l’introduction sur le marché Test en conditions réelles, sur 3 sites, du produit Viessmann (bon compromis performance/durée de vie et compacité) Consortium d’acteurs reconnus couvrant tous les maillons de la chaine Evaluation de la performance sur 2 années complètes REX Clients et Installateur Préparation des outils pour la montée en compétence de la filière : installation et maintenance Contribution à l’intégration de la technologie dans la réglementation thermique Communication permettant de promouvoir la technologie auprès des pouvoirs publics, de la filière et des maitres d’ouvrage Présentation GrDF La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

23 EPILOG : une nécessaire adaptation au marché français
Qualité du gaz naturel et pression de distribution Conditions d’installation et évacuation des produits de combustion Réseau électrique (tension – fréquence) Intégration réglementaire (sécurité et RT) Présentation GrDF MI et Petit Tertiaire neuf et existant rénové La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

24 EPILOG : Organisation du projet pour atteindre les objectifs
Projet soutenu par l’ADEME dans le cadre de l’Appel à Projet TITEC 2013 Coût total :  400 k€ Durée : 30 mois (démarrage début février 2014) Lot 1 : Coordination du Projet (GrDF) Lot 2 : Choix des sites (GrDF, Viessmann, Crigen, Costic) Lot 3 : Instrumentation (Viessmann, Crigen, Costic) Lot 4 : Installation (Viessmann, Costic) Présentation GrDF Lot 5 : Suivi des sites (GrDF, Viessmann, Crigen, Costic) Lot 6 : Valorisation des résultats (GrDF, Viessmann, Crigen, Costic) La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

25 Caractéristiques du système Viessmann Vitovalor 300-P
2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 kW 1, kW thermique électrique Intégration d’un module pile PANASONIC Émissions acoustiques : 49 dB(A) Installation et mise en service aisée 0.75 kW Traitement du gaz naturel Module pile Onduleur Stockage de chaleur Brûleur additionnel Ballon ECS Présentation Viessmann (l) mm (p) mm (l) mm (h) 1932 mm (p) mm (h) 1667 mm Pays de livraison : Allemagne (2014, Marché pilote) Type C3TA La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

26 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Caractéristiques du système Viessmann Vitovalor 300-P – Détails module pile Puissance électrique : 750 W Puissance thermique : 1 kW Rendement électrique = 37 % Rendement global = 90 % Mode de fonctionnement : piloté par chaleur / optimisé par courant 1 marche/arrêt par jour : 20 h de fonctionnement puis régénération pendant 3 h Durée de vie en fonctionnement : 60 000 h Nombre de démarrages : 4 000 Séparation circuits intégrée par échangeur à plaques Présentation Viessmann La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

27 La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)
Caractéristiques du système Viessmann Vitovalor 300-P – Détails module chaudière et stockage Appoint : Chaudière Vitodens W Puissances : Chauffage : kW ECS : 10 – 30 kW Rendement : 109 % (PCI) 170 litres stockage eau chauffage 46 litres stockage ECS Ensemble du système (hydraulique et électrique) entièrement connecté dans le caisson Présentation Viessmann La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

28 Caractéristiques des bâtiments retenus
Maison du gardien du gymnase spécialisé et de l’école de musique Localisation : rue de Remsing Constitution du foyer : 3 personnes Surface : 84 m2 Année de construction : 1978 Année de rénovation : 2013 Emetteurs : radiateurs avec tête thermostatique Régime de température chauffage : 50/30 °C Présentation Mairie + Viessmann La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

29 Caractéristiques des bâtiments retenus (3/5)
Crèche Arc en Ciel (1/2) Localisation : avenue de l’Europe Capacité d’accueil : 30 Surface : 170 m2 Année de construction : 1980 Année de rénovation : 2008 Emetteurs : radiateurs avec tête thermostatique Régime de température chauffage : 50/30 °C Avis d’un bureau de contrôle (Socotec) et de la commission de sécurité Présentation Mairie + Viessmann La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

30 Caractéristiques des bâtiments retenus (4/5)
Maison de la SCI CATLAURE II Localisation : rue des Alouettes Constitution des foyers : 2 x 3 personnes Surface : 2 x 75 m2 Année de construction : 1970 Année de rénovation : 2014 Emetteurs : plancher chauffant Régime de température chauffage : 50/30 °C Présentation Mairie + Viessmann La pile à combustible pour les bâtiments (15/01/2015)

31 Merci de votre attention !
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