Stockage thermique pour la décarbonation

Ces projets font partie d’un programme de recherche nommé OpSTS dont l’objectif est d’accélérer le déploiement du stockage thermique dans les bâtiments institutionnels québécois pour faciliter la décarbonation de leur réseau de chauffage.

En effet, les bâtiments institutionnels doivent urgemment décarboniser leur système de chauffage. Mais simplement remplacer des chaudières fonctionnant aux combustibles par des appareils électriques entraîne une augmentation de l'appel de puissance du bâtiment durant les périodes de pointe du réseau électrique. Le stockage thermique est donc un outil essentiel à la transition énergétique des bâtiments québécois. 

Le stockage thermique est une technologie mature et qui est déjà en utilisation depuis plus de 15 ans. Elle demeure toutefois peu connue des concepteurs de systèmes CVCA, des opérateurs de bâtiment et des gestionnaires de parcs immobiliers. L’objectif de ce projet est d’accélérer le déploiement du stockage dans les sites où il sera le plus utile. Cette étude implique la collaboration de plusieurs organisations partenaires dont les bâtiments serviront de sites d’étude. 

Plusieurs projets de recherche sont proposés afin de supporter le programme de recherche OpSTS. Chaque projet est composé selon le programme visé (M. Sc., ou Ph. D.) d'un amalgame des sous-objectifs suivants :

• Cartographie du parc immobilier : Recenser les caractéristiques des bâtiments de nos partenaires et appliquer des méthodes d'analyse par regroupement (clustering) pour dresser un portrait global de l'ensemble du parc immobilier des secteurs de la santé et de l'éducation. Identifier les caractéristiques nécessaires à la création d'archétypes et définir ceux-ci.
• Campagne de mesure énergétique : Documenter le fonctionnement des boucles de chauffage des bâtiments de nos partenaires, avec une fréquence d'acquisition de données élevée. Cela implique de planifier les points de mesure requis, de coordonner leur mise en place avec les partenaires et d'analyser les données recueillies.
• Générateur de profils de besoins de chauffage : Utiliser les mesures énergétiques et les caractéristiques recensées précédemment pour développer un générateur de profils de chauffage. Ce générateur devra être capable d'estimer un profil de chauffage à pas de temps inférieur à l'heure (sous-horaire) à partir de données conventionnelles (factures d'énergie, caractéristiques du bâtiment, etc.) qui ne sont pas sous-horaires par nature (par exemple, des factures de gaz naturel indiquant la consommation sur deux mois), sans nécessiter d'investigations ou de simulations supplémentaires. Pour ce faire, il faudra utiliser les données mesurées afin d'identifier les facteurs auxquels le profil de charge de chauffage est le plus sensible et d'établir des règles prédictives.
• Optimisation du pilotage d'un dispositif de stockage : Réaliser diverses simulations énergétiques pour déterminer le mode de pilotage optimal d'un dispositif de stockage thermique afin de : a) réduire les émissions de gaz à effet de serre du système de chauffage du bâtiment, et/ou b) réduire la facture énergétique (en diminuant la demande de puissance électrique) par rapport à une solution traditionnelle (chaudière électrique ou au gaz naturel). Utiliser les données issues de la cartographie et des mesures pour identifier des bâtiments types à simuler. Simuler ces bâtiments en appliquant un large éventail de stratégies de pilotage du dispositif de stockage. Déterminer quels scénarios conduisent à des performances énergétiques et économiques significatives. Identifier les séquences optimales pour chaque situation.
• Élaborer des séquences de fonctionnement standardisées pour des cas d'usage prédéfinis (stockage total ou partiel, lissage de charge ou écrêtement des pointes), en se basant sur les conditions d'exploitation observées dans les bâtiments étudiés.
• Diagnostic de défaillances : Développer un algorithme de diagnostic de défaillances exploitant les données de sortie des dispositifs de stockage pour détecter les pannes les plus fréquentes (défaillances des éléments chauffants et des moteurs de ventilateurs).