-
36 langues :
2.8 Validation du modèle par une firme indépendante
2.8.1 Méthodologie
La société FVB Energy a eu le mandat de valider le modèle RETScreen pour Cogénération selon la méthode décrite ci-dessous.
Des calculs ont été effectués par FVB selon leur méthode habituelle puis comparés aux résultats du nombre équivalent d’heures de fonctionnement à plein régime donné par le modèle RETScreen pour Cogénération, selon les équations données dans ce manuel. Les charges de procédé et les charges de base ont été fixées à 0 pour pouvoir comparer les évaluations des charges saisonnières, ensuite les charges constantes ont été ajoutées pour comparer les nombres équivalents calculés d’heures de fonctionnement à plein régime.
Les pouvoirs calorifiques de différents combustibles, disponibles dans le manuel de l’utilisateur, ont été vérifiés par rapport à ceux de publications reconnues. Les écarts ont été identifiés et corrigés si nécessaire.
La méthode habituellement utilisée par FVB Energy pour dimensionner les canalisations a été utilisée en parallèle à la méthode de calcul du modèle RETScreen pour Cogénération, pour des charges thermiques identiques.
Les propriétés de la vapeur, calculées dans le modèle RETScreen pour Cogénération ont été comparées aux valeurs des tables de vapeur publiées par la ASME 1999.
Les rendements des turbines à vapeur, calculés par le modèle RETScreen pour Cogénération, ont été comparés aux rendements calculés par le modèle GE Enter Gatecycle de simulation de turbines à vapeur de GE Energy process. Ce logiciel disponible sur le marché établit le rendement de tout type de turbine à vapeur selon ses conditions de fonctionnement, en se servant des corrélations de Spencer Cotton Cannon.
Le rendement d’une turbine est présenté sous la forme de sa consommation spécifique d’énergie thermique, une donnée généralement disponible dans les spécifications d’une turbine. Les consommations spécifiques proposées dans le manuel de l’utilisateur pour permettre à l’utilisateur de fournir cette valeur au modèle, ont été comparées aux données publiées dans la version 2003 du Gas Turbine World Handbook.
Les consommations spécifiques proposées dans le manuel de l’utilisateur pour les moteurs à pistons ont également été comparées aux valeurs que FVB Energy a spécifiées et observées dans des projets de cogénération au Canada.
Les résultats des calculs habituellement réalisés par FVB au moyen de leurs propres modèles pour évaluer les quantités d’énergie récupérable dans un projet de cogénération ont été comparés à ceux du modèle RETScreen pour Cogénération.
Les rendements saisonniers des chaudières et des refroidisseurs proposés dans le manuel de l’utilisateur ont également été confrontés aux valeurs enregistrées dans les bases de données de projets de FVB Energy.
FVB Energy n’a pas validé les estimations de RETScreen des performances des systèmes suivants :
La société FVB Energy a eu le mandat de valider le modèle RETScreen pour Cogénération selon la méthode décrite ci-dessous.
Des calculs ont été effectués par FVB selon leur méthode habituelle puis comparés aux résultats du nombre équivalent d’heures de fonctionnement à plein régime donné par le modèle RETScreen pour Cogénération, selon les équations données dans ce manuel. Les charges de procédé et les charges de base ont été fixées à 0 pour pouvoir comparer les évaluations des charges saisonnières, ensuite les charges constantes ont été ajoutées pour comparer les nombres équivalents calculés d’heures de fonctionnement à plein régime.
Les pouvoirs calorifiques de différents combustibles, disponibles dans le manuel de l’utilisateur, ont été vérifiés par rapport à ceux de publications reconnues. Les écarts ont été identifiés et corrigés si nécessaire.
La méthode habituellement utilisée par FVB Energy pour dimensionner les canalisations a été utilisée en parallèle à la méthode de calcul du modèle RETScreen pour Cogénération, pour des charges thermiques identiques.
Les propriétés de la vapeur, calculées dans le modèle RETScreen pour Cogénération ont été comparées aux valeurs des tables de vapeur publiées par la ASME 1999.
Les rendements des turbines à vapeur, calculés par le modèle RETScreen pour Cogénération, ont été comparés aux rendements calculés par le modèle GE Enter Gatecycle de simulation de turbines à vapeur de GE Energy process. Ce logiciel disponible sur le marché établit le rendement de tout type de turbine à vapeur selon ses conditions de fonctionnement, en se servant des corrélations de Spencer Cotton Cannon.
Le rendement d’une turbine est présenté sous la forme de sa consommation spécifique d’énergie thermique, une donnée généralement disponible dans les spécifications d’une turbine. Les consommations spécifiques proposées dans le manuel de l’utilisateur pour permettre à l’utilisateur de fournir cette valeur au modèle, ont été comparées aux données publiées dans la version 2003 du Gas Turbine World Handbook.
Les consommations spécifiques proposées dans le manuel de l’utilisateur pour les moteurs à pistons ont également été comparées aux valeurs que FVB Energy a spécifiées et observées dans des projets de cogénération au Canada.
Les résultats des calculs habituellement réalisés par FVB au moyen de leurs propres modèles pour évaluer les quantités d’énergie récupérable dans un projet de cogénération ont été comparés à ceux du modèle RETScreen pour Cogénération.
Les rendements saisonniers des chaudières et des refroidisseurs proposés dans le manuel de l’utilisateur ont également été confrontés aux valeurs enregistrées dans les bases de données de projets de FVB Energy.
FVB Energy n’a pas validé les estimations de RETScreen des performances des systèmes suivants :
- Électricité géothermique
- Photovoltaïque
- Éoliennes
- Machines frigorifiques à dessiccant
- Turbine hydroélectrique
2.8.2 Calcul des charges et de l’utilisation d’énergie
Les plages des charges de chauffage et de climatisation par unité de surface de planchers, proposées dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait en accord avec la plupart des nombreux projets de chauffage et de climatisation réalisés par FVB Energy. Ces plages semblent donc valables dans le cas des bâtiments nord-américains.
L’utilisation de données climatiques pour estimer les quantités d’énergie nécessaires pour chauffer et climatiser un bâtiment sur une année complète est une méthode acceptée dans l’industrie. Il faut ajouter à ces consommations les consommations de base de certains procédés utilisés dans le bâtiment ou pour la production d’eau chaude sanitaire ou d’eau glacée de refroidissements de salles informatiques par exemple. Ces consommations de base sont propres à chaque bâtiment et doivent être estimées correctement par l’utilisateur du modèle RETScreen pour Cogénération. Les deux tableaux suivants comparent les nombres équivalents d’heures à plein régime calculés pour deux villes canadiennes avec un logiciel courant de FVB Energy et avec le modèle RETScreen pour Cogénération.
Les plages des charges de chauffage et de climatisation par unité de surface de planchers, proposées dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait en accord avec la plupart des nombreux projets de chauffage et de climatisation réalisés par FVB Energy. Ces plages semblent donc valables dans le cas des bâtiments nord-américains.
L’utilisation de données climatiques pour estimer les quantités d’énergie nécessaires pour chauffer et climatiser un bâtiment sur une année complète est une méthode acceptée dans l’industrie. Il faut ajouter à ces consommations les consommations de base de certains procédés utilisés dans le bâtiment ou pour la production d’eau chaude sanitaire ou d’eau glacée de refroidissements de salles informatiques par exemple. Ces consommations de base sont propres à chaque bâtiment et doivent être estimées correctement par l’utilisateur du modèle RETScreen pour Cogénération. Les deux tableaux suivants comparent les nombres équivalents d’heures à plein régime calculés pour deux villes canadiennes avec un logiciel courant de FVB Energy et avec le modèle RETScreen pour Cogénération.
Tableau 14 : Comparaison des calculs du nombre équivalent d'heures de chauffage à pleine capacité
Tableau 15 : Comparaison des calculs du nombre équivalent d'heures de climatisation à pleine capacité
La comparaison des calculs du nombre équivalent d’heures de chauffage à pleine capacité montre qu’il y a un bon accord entre le modèle de FVB et RETScreen. La comparaison des calculs du nombre équivalent d’heures de climatisation à pleine capacité également. Selon FVB, les faibles écarts observés sont tout à fait acceptables dans le contexte où le modèle RETScreen pour Cogénération est utilisé pour des études de faisabilité.
2.8.3 Dimensionnement des canalisations de distribution
On a soumis plusieurs dimensions de canalisations, proposées par le modèle RETScreen pour Cogénération à un calcul des charges thermique ou frigorifique maximales que ces canalisations peuvent transporter en supposant un différentiel de température de 40 °C en chauffage et de 8 °C en climatisation, et une perte de charge de 200 Pa/m. Les résultats sont présentés dans le Tableau 16 et dans le Tableau 17.
On a soumis plusieurs dimensions de canalisations, proposées par le modèle RETScreen pour Cogénération à un calcul des charges thermique ou frigorifique maximales que ces canalisations peuvent transporter en supposant un différentiel de température de 40 °C en chauffage et de 8 °C en climatisation, et une perte de charge de 200 Pa/m. Les résultats sont présentés dans le Tableau 16 et dans le Tableau 17.
Tableau 16 : Capacité maximale de chauffage du réseau, en kW, avec une perte de charge de 200 Pa/m et un deltaT de 40 °C
Tableau 17 : Capacité maximale de climatisation du réseau, en kW, avec une perte de charge de 200 Pa/m et un deltaT de 8,3 °C
Le modèle RETScreen pour Cogénération semble un peu plus conservateur que celui de FVB en mode chauffage et très similaire en mode climatisation. Les diamètres de canalisation proposés par RETScreen sont donc tout à fait valables.
2.8.4 Pouvoir calorifique de combustibles
Les pouvoirs calorifiques de différents combustibles, disponibles dans le manuel de l’utilisateur, ont été vérifiés par rapport à ceux de publications reconnues.
Les outils de calcul des pouvoirs calorifiques de combustibles solides ou gazeux, disponibles dans la feuille de calculs Outils de RETScreen, ont été évalués par rapport aux valeurs disponibles dans la littérature. Le résultat de cette comparaison est résumé dans le tableau suivant qui montre la validité des calculs de RETScreen.
Les pouvoirs calorifiques de différents combustibles, disponibles dans le manuel de l’utilisateur, ont été vérifiés par rapport à ceux de publications reconnues.
Les outils de calcul des pouvoirs calorifiques de combustibles solides ou gazeux, disponibles dans la feuille de calculs Outils de RETScreen, ont été évalués par rapport aux valeurs disponibles dans la littérature. Le résultat de cette comparaison est résumé dans le tableau suivant qui montre la validité des calculs de RETScreen.
Tableau 18 : Comparaison des PCS de différents combustibles en MJ/tonne
Les données d’analyses élémentaires de combustibles à base de bois proviennent de la 40ième édition du Babcock and Wilcox Steam Textbook. Les valeurs pour la pulpe de café proviennent de valeurs récoltées par FVB dans des projets et d’analyses des laboratoires de CANMET. Les valeurs du pouvoir calorifique supérieur des hydrocarbures sont tirées de la 10iéme édition du Gas Processors Society of America (GPSA) Data Book.
2.8.5 Moteurs à pistons
La pratique dans l’industrie est de donner la consommation spécifique des moteurs à pistons par rapport au pouvoir calorifique inférieur (PCI) des carburants. Les valeurs données dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait représentatives des valeurs avec lesquelles FVB a travaillé dans ses projets de cogénération utilisant de tels moteurs. Dans le cas des moteurs au gaz naturel, les valeurs ont été converties par rapport au PCS aux fins de la comparaison.
La pratique dans l’industrie est de donner la consommation spécifique des moteurs à pistons par rapport au pouvoir calorifique inférieur (PCI) des carburants. Les valeurs données dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait représentatives des valeurs avec lesquelles FVB a travaillé dans ses projets de cogénération utilisant de tels moteurs. Dans le cas des moteurs au gaz naturel, les valeurs ont été converties par rapport au PCS aux fins de la comparaison.
2.8.6 Turbines à gaz
La pratique dans l’industrie est de donner la consommation spécifique des turbines à gaz par rapport au pouvoir calorifique inférieur (PCI) des carburants. Les valeurs données dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait représentatives des valeurs de la publiées dans le Gas Turbine World Handbook de 2003. Dans le cas des turbines au gaz naturel, les valeurs ont été converties par rapport au PCS aux fins de la comparaison.
La pratique dans l’industrie est de donner la consommation spécifique des turbines à gaz par rapport au pouvoir calorifique inférieur (PCI) des carburants. Les valeurs données dans le manuel de l’utilisateur sont tout à fait représentatives des valeurs de la publiées dans le Gas Turbine World Handbook de 2003. Dans le cas des turbines au gaz naturel, les valeurs ont été converties par rapport au PCS aux fins de la comparaison.
2.8.7 Turbines à vapeur
On a utilisé le logiciel de simulation GE Enter Gatecycle pour calculer la capacité électrique de turbines à vapeur et la comparer à celle obtenues avec RETScreen. Les résultats comparatifs sont dans le tableau suivant.
On a utilisé le logiciel de simulation GE Enter Gatecycle pour calculer la capacité électrique de turbines à vapeur et la comparer à celle obtenues avec RETScreen. Les résultats comparatifs sont dans le tableau suivant.
Tableau 19 : Comparaison des puissances de turbines à vapeur estimées par RETScreen et GE Gatecycle
Le tableau montre que les deux modèles sont parfaitement d’accord sur les résultats.
2.8.8 Refroidisseurs
FVB approuve les données de rendements présentées dans le manuel de l’utilisateur. Ces données sont tout à fait représentatives de celles observées dans les projets réalisés par FVB Energy en Amérique du Nord.
FVB approuve les données de rendements présentées dans le manuel de l’utilisateur. Ces données sont tout à fait représentatives de celles observées dans les projets réalisés par FVB Energy en Amérique du Nord.
2.8.9 Caractéristiques thermodynamiques de la vapeur
La vapeur à une température et à une pression données a des caractéristiques thermodynamiques, comme l’entropie et l’enthalpie, qui servent à calculer le rendement des turbines à vapeur. La comparaison des caractéristiques
thermodynamiques de la vapeur calculées par RETScreen et par le logiciel GE Enter GateCycle, basé sur les tables de vapeur ASME de 1999, confirme que les deux logiciels donnent des résultats concordants, ce qui explique pourquoi les résultats étaient également concordants pour la puissance produite par une turbine à vapeur.
La vapeur à une température et à une pression données a des caractéristiques thermodynamiques, comme l’entropie et l’enthalpie, qui servent à calculer le rendement des turbines à vapeur. La comparaison des caractéristiques
thermodynamiques de la vapeur calculées par RETScreen et par le logiciel GE Enter GateCycle, basé sur les tables de vapeur ASME de 1999, confirme que les deux logiciels donnent des résultats concordants, ce qui explique pourquoi les résultats étaient également concordants pour la puissance produite par une turbine à vapeur.
2.8.10 Estimation de la chaleur récupérée dans une installation de cogénération
La chaleur récupérée dans une installation de cogénération dépend de la quantité de chaleur récupérable et des besoins de chaleur « utile » aux mêmes périodes. FVB Energy utilise un modèle qui lui est propre pour estimer la quantité de chaleur effectivement récupérée au cours d’une année à partir d’une centrale à cogénération. Les résultats de ces calculs ont été comparés à ceux de RETScreen dans le cas d’un projet typique réalisé par FVB Energy. Le tableau suivant donne les résultats des deux modèles pour ce projet.
La chaleur récupérée dans une installation de cogénération dépend de la quantité de chaleur récupérable et des besoins de chaleur « utile » aux mêmes périodes. FVB Energy utilise un modèle qui lui est propre pour estimer la quantité de chaleur effectivement récupérée au cours d’une année à partir d’une centrale à cogénération. Les résultats de ces calculs ont été comparés à ceux de RETScreen dans le cas d’un projet typique réalisé par FVB Energy. Le tableau suivant donne les résultats des deux modèles pour ce projet.
Tableau 20 : Comparaison de l'estimation de la quantité de chaleur récupérée d'un projet de cogénération
La quantité de chaleur récupérée et utilisées est donc estimée de façon très similaire par les deux modèles, le modèle de FVB estimant une valeur environ 8,5 % plus élevée que celle estimée par RETScreen.
2.8.11 Conclusions
Le modèle RETScreen pour Cogénération offre des feuilles de calcul, un manuel de l’utilisateur et un manuel de l’ingénieur, où sont présentés les algorithmes utilisés, qui en font un outil très utile pour évaluer la faisabilité technique et financière de projets potentiels de cogénération. Cet outil donne des résultats en très bon accord avec ceux que FVB a obtenu en utilisant ses propres méthodes de calcul. FVB Energy estime donc que cet outil peut être utilisé avec satisfaction dans le cadre d’études de faisabilité.
Le modèle RETScreen pour Cogénération offre des feuilles de calcul, un manuel de l’utilisateur et un manuel de l’ingénieur, où sont présentés les algorithmes utilisés, qui en font un outil très utile pour évaluer la faisabilité technique et financière de projets potentiels de cogénération. Cet outil donne des résultats en très bon accord avec ceux que FVB a obtenu en utilisant ses propres méthodes de calcul. FVB Energy estime donc que cet outil peut être utilisé avec satisfaction dans le cadre d’études de faisabilité.
