Liens de la barre de menu commune

2.5.1 Besoins comblés par les systèmes de base, intermédiaire et de pointe

Les charges mensuelles moyennes et les charges de pointe de chaleur, de froid et d’électricité ont été déterminées aux sections ‎2.1 à ‎2.3. Ces charges doivent être comblées par les systèmes de production de base, intermédiaire et de pointe. Typiquement, la production de base est assurée par le système qui bénéficie de la source d’énergie primaire au plus bas coût. Le système de production intermédiaire, s’il y en a un, est destiné à combler la plupart du reste des besoins. Enfin, le système de production de pointe ne sert qu’un faible nombre d’heures dans l’année, pour combler les besoins ponctuels additionnels de la période de pointe. La fraction des besoins totaux annuels d’énergie qui sont comblés par chacun des systèmes de base, intermédiaire et de pointe dépend de leurs capacités respectives. Ainsi, si on retourne à la Figure 5 qui illustre le cas d’une charge de chauffage de bâtiments, on peut envisager combler les besoins de base par un système de récupération de chaleur, puis les besoins intermédiaires par la combustion de biomasse, et ceux de pointe par une chaudière au gaz naturel. La Figure 14 illustre quels besoins peuvent être comblés respectivement par ces 3 installations de chauffage. Par exemple, on illustre que le système de base peut combler seulement 10 % de la charge de pointe, et le système intermédiaire un 30 % additionnel. Avec seulement 40 % de la charge de pointe, ces deux systèmes comblent ensemble la totalité des besoins d’énergie des différents mois de l’année, sauf les mois de décembre, janvier et février et pendant la période de pointe. C’est pendant ces mois que la chaudière au gaz naturel comble la charge additionnelle.

Le calcul de la charge qui est comblée par chacun des trois systèmes de base intermédiaire et de pointe sera d’abord illustré dans le cas de systèmes de production de chaleur. Le cas des systèmes de production de froid est très similaire. Le cas des systèmes de production d’électricité est un peu plus complexe à cause du fait que ces systèmes doivent souvent fonctionner au-dessus d’un seuil minimum, fraction de leur capacité nominale.

Système de production de chaleur

Soit _H,i la charge moyenne de chauffage pour la période i ( i allant de 1 à 12 pour chacun des mois de l’année et valant 13 pour la période de pointe), et P^Base_H , P^Inter_H et P^Peak_H les capacités respectives des systèmes de production de chaleur de base, intermédiaire et de pointe, les besoins d’énergie Q^Base_H,i qui sont comblés par le système de chauffage de base pendant la période i sont donnée par :

où Ň_i est le nombre corrigé d’heures de la période i (voir le Tableau 4). La charge moyenne qui ne peut pas être comblée par le système de production de chaleur de base pendant la période i est simplement donnée par :

Les besoins d’énergie Q^Inter_H,i qui sont comblés par le système de chauffage intermédiaire pendant la période i sont donnée par :

Et finalement, les besoins d’énergie Q^Peak_H,i comblés par le système de pointe pendant la période i sont donnés par :

(dans le dernier cas, cela signifie que la charge de pointe n’est pas comblée et un avertissement est affiché à l’utilisateur). Les besoins annuels d’énergie qui sont comblés par chacun des trois systèmes de base, intermédiaire et de pointe sont tout simplement obtenus par la sommation des contributions de chacun des trois systèmes pendant chacune des 13 périodes de l’année.

où P_p,i est la charge électrique pendant la période i (i =1,…,13), P^Base_p est la capacité du système de production d’électricité de base, et Ň_i est le nombre corrigé d’heures de la période i (voir le Tableau 4). Des calculs secondaires sont automatiquement effectués, comme ceux de l’équation (51) pour calculer les différentes valeurs de Q^Base_p,i .

2.5.2 Disponibilité des installations de production électrique

L’utilisateur doit estimer, en heures par année ou en pourcentage du temps dans une année, la disponibilité estimées des équipements de production électrique de base et intermédiaire. Le modèle utilise cette donnée pour calculer la quantité d’énergie électrique produite par ces équipements (et la quantité de chaleur cogénérée). La quantité d’énergie qui n’est pas produite par le système de base parce que sa disponibilité est inférieure à 100 % a besoin d’être comblée par un autre système, soit le système intermédiaire ou de pointe. Le modèle considère que les systèmes de production de froid et de chaleur ont une disponibilité de 100 %.

Les valeurs typiques de disponibilité annuelle d’équipements neufs de production électrique vont de 8 000 heures ou 91,3 % à 8 400 heures ou 95,9 %. Ces valeurs peuvent être inférieures pour des équipements ayant déjà plusieurs années d’exploitation. Si les périodes de réparation ou d’entretien peuvent être prévues durant les mois ayant les plus faibles charges, la disponibilité annuelle peut être augmentée car le modèle considère les charges moyennes mensuelles.

Le modèle considère que les périodes d’arrêt sont réparties de manière uniforme dans l’année, donc si a^Base_p représente la portion de temps que le système de production d’électricité de base est disponible, alors l’énergie fournie par le système de production d’électricité de base pour chacune des 13 périodes, telle que calculée par l’équation (55), sera tout simplement multipliée par a^Base_p . Les calculs secondaires, comme ceux de l’équation (51), se font également automatiquement pour modifier les valeurs de Q^Base_p,i . On notera que la quantité de chaleur cogénérée qui peut être récupérée, diminue également dans les mêmes proportions.

2.5.3 Stratégie d’exploitation

L’utilisateur doit choisir quelle sera la stratégie d’exploitation des systèmes de production d’électricité de base et intermédiaires parmi les options suivantes : Exploitation à pleine puissance électrique, Exploitation asservie à la charge électrique, ou Exploitation asservie à la charge de chaleur. Quand on choisit un mode d’exploitation asservi à une charge, et que cette charge est inférieure à celle qui est disponible lorsque les équipements fonctionnent à pleine capacité mais supérieure à la charge minimale à laquelle ces équipements peuvent fonctionner, alors la puissance fournie par les équipements de production d’électricité sera modulée selon l’équation suivante :

où m_i est le pourcentage de la capacité maximale nécessaire pour s’ajuster à la charge requise pendant la période i, P_P est la capacité de production des équipements et P_p,i,m est la puissance réduite produite par ces équipements pour s’adapter à la charge de la période i. Les puissances électriques et thermiques produites sont toutes deux réduites de manière proportionnelle. On ne tient donc pas du tout compte des variations éventuelles de rendement des équipements, à la hausse ou à la baisse, lorsqu’ils fonctionnent à charge partielle plutôt qu’à pleine capacité.

On rappelle finalement que lorsque le système de production électrique produit plus de chaleur que la charge thermique utile, le modèle considère que cette chaleur est rejetée dans l’environnement par un système de refroidissement.