FR3015653A1 - Systeme de pompe a chaleur regulable en puissance - Google Patents

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FR3015653A1
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France
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compressor
heat pump
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Withdrawn
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FR1363225A
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Anne-Sophie Coince
Francois Courtot
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Electricite de France SA
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Abstract

L'invention concerne un système (1) comprenant une pompe à chaleur (10) comprenant : - au moins un compresseur (11a, 11b) de fluide caloporteur alimenté par un réseau électrique (2), et - un module de contrôle (12) dudit au moins un compresseur (11a, 11b) ; le système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion (30) configuré pour contrôler le module de contrôle (12) en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2), le module de contrôle (12) régulant en puissance ledit compresseur (11a, 11b) de la pompe à chaleur (10) en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion (30).

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un système de type pompe à chaleur 5 à régulation de puissance. ETAT DE L'ART Le « mix énergétique » désigne la répartition des différentes 10 sources consommées pour la production d'énergie électrique. Ce mix énergétique, en constante évolution, voit la progression constante des Energies Renouvelables, ce qui entraîne un besoin accru en flexibilités du système. Ces dernières, représentées essentiellement par l'éolien et le 15 photovoltaïque, ne permettent en effet pas une production constante et régulée au contraire d'une centrale nucléaire, d'où des problèmes de variabilité et de prévisibilité de la production associée. Cela fait que les aléas de très court terme vont fortement augmenter. D'autre part, des problèmes locaux de qualité de fourniture 20 électrique vont être amplifiés du fait d'une répartition géographique inhomogène des installations, avec par exemple plutôt du photovoltaïque dans le Sud et de l'éolien dans le Nord. Il apparait essentiel de trouver des solutions de pilotage de la charge associée en vue de maitriser l'aléa lié aux Energies Renouvelables. 25 Il a par exemple été proposé la charge de batteries stationnaires pour faciliter l'insertion massive de panneaux photovoltaïques (démonstrateur « NiceGrid »). Toutefois, les coûts d'investissement élevés ne permettent pas d'envisager un déploiement à grande échelle de cette solution alternative à court terme. Il est également prévu d'agir sur la 30 puissance réactive fournie par les panneaux photovoltaïque pour ajuster la tension. Cependant, cette dernière piste ne répond pas aux enjeux de maîtrise de l'aléa éolien.
Alternativement au stockage via batteries, il est possible de stocker l'énergie thermiquement. Avec près de 12 millions d'unités installées en France dont plus de 80% sont asservies au signal tarifaire Heures Pleines/Heures creuses (HP/HC), le parc de Chauffe-Eau Joule (CEJ) à accumulation résidentiel - utilisé aujourd'hui pour le lissage journalier de la courbe de charge - est susceptible de répondre à ces nouveaux enjeux. La demande de brevet US 2009/0188486 propose à ce titre des chauffe-eau alimentés en courant continu par des modules photovoltaïques. Le système est configuré pour maximiser la fraction solaire, c'est-à-dire minimiser la consommation d'électricité soutirée du réseau tout en maintenant le confort pour l'utilisateur. Ce système apporte satisfaction, mais ne résout que partiellement le problème : il peut tout à fait y avoir un jour avec un excédent d'énergie électrique issu du panneau photovoltaïque, et le jour suivant avec un temps couvert rendant nécessaire la consommation d'une autre source d'électricité. De plus le système est complexe et n'est utilisable que dans des habitations équipées d'un panneau solaire. Aujourd'hui, aucune solution satisfaisante n'est disponible pour piloter à grande échelle et efficacement la charge liée aux énergies 20 électriques d'origine renouvelable. Il serait souhaitable de disposer d'une solution alternative facilement déployable, efficace et peu couteuse. PRESENTATION DE L'INVENTION 25 L'invention propose de pallier ces inconvénients en proposant selon un premier aspect un système comprenant une pompe à chaleur comprenant : - au moins un compresseur de fluide caloporteur alimenté par un réseau électrique, et 30 - un module de contrôle dudit au moins un compresseur ; le système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion configuré pour contrôler le module de contrôle en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique, le module de contrôle régulant en puissance ledit compresseur de la pompe à chaleur en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion.
Le dispositif selon l'invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le système comprend en outre un boitier recevant lesdites données 10 descriptives d'un état du réseau électrique depuis un réseau de communication, le boitier étant connecté audit élément de gestion ou au module de contrôle ; - au moins un compresseur de la pompe à chaleur est un compresseur présentant une vitesse de rotation variable, le module de contrôle contrôlant 15 la vitesse de rotation d'au moins un compresseur de la pompe à chaleur ; - la pompe à chaleur est en échange thermique via un premier échangeur avec un milieu dont la température est à réguler ; - ledit milieu dont la température est à réguler est l'eau d'un réservoir d'eau chaude ou la température d'air intérieur d'une pièce; 20 - l'élément de gestion est configuré pour émettre une consigne de baisse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique sont caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique, de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur ; 25 - ladite consigne de baisse de puissance est calculée de sorte à minimiser une consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas passer en dessous d'une puissance minimale de référence de la pompe à chaleur ; - le module de contrôle est configuré pour ignorer la consigne de baisse 30 de puissance lorsque la température du premier échangeur est inférieure à un premier seuil prédéfini ; - l'élément de gestion est configuré pour émettre une consigne de hausse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique, de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur ; - ladite consigne de hausse de puissance est calculée de sorte à maximiser la consommation d'énergie d'origine renouvelable, à prévenir la consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas dépasser une puissance maximale de référence ; - le module de contrôle est configuré pour ignorer la consigne de hausse de puissance lorsque la température du premier échangeur est supérieure à un deuxième seuil prédéfini ; - l'élément de gestion est configuré pour émettre une consigne de hausse ou baisse de puissance d'une valeur prédéterminée ; - l'élément de gestion est configuré pour précéder et/ou suivre d'une rampe l'émission d'une consigne de hausse ou baisse de puissance ; - l'élément de gestion est un module logiciel mis en oeuvre par le module de contrôle.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un élément de gestion adapté pour une pompe à chaleur comprenant : - au moins un compresseur de fluide caloporteur alimenté par un réseau électrique, et - un module de contrôle dudit au moins un compresseur ; l'élément de gestion étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour contrôler le module de contrôle en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique, le module de contrôle régulant en puissance ledit compresseur de la pompe à chaleur en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion.30 Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de modification de la consommation d'une pompe à chaleur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique ; - génération par un élément de gestion d'une consigne de puissance en fonction d'au moins lesdites données descriptives d'un état dudit réseau électrique ; - émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle d'au moins un compresseur de fluide caloporteur de la pompe à chaleur, ledit compresseur étant alimenté par le réseau électrique ; - régulation en puissance dudit compresseur par le module de contrôle en fonction de la consigne de puissance.
Selon des caractéristiques avantageuses : - les données descriptives d'un état dudit réseau électrique sont caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique, ladite consigne générée par l'élément de gestion étant une consigne de baisse de puissance, de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur ; - les données descriptives d'un état dudit réseau électrique sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique, ladite consigne générée par l'élément de gestion étant une consigne de hausse de puissance, de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard de la figure 1 annexée qui est un schéma d'un mode de réalisation préféré du système selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE Architecture générale La figure 1 représente l'architecture générale d'un mode de réalisation préféré du système 1 selon l'invention. Ce système est essentiellement constitué d'une pompe à chaleur 10 (PAC), qui peut être par exemple une PAC domestique. Le système 1 peut comprendre plus d'une pompe à chaleur 10, par exemple dans le cas d'un système de régulation thermique d'un immeuble. Comme l'on voit sur la figure 1, une pompe à chaleur 10 comprend un circuit 100 de fluide caloporteur (par exemple des hydrofluorocarbures, HFC) en particulier à changement de phase, sur lequel sont disposés successivement : - un ou plusieurs compresseurs 11a, 11b (on comprendra qu'il peut également s'agir de plusieurs étages d'un même compresseur), en particulier un ou plusieurs compresseurs rotatifs (on verra pourquoi plus loin), même si d'autres technologies sont possibles ; - un premier échangeur thermique 20, en échange thermique avec un milieu local dont la température est à réguler (en particulier l'eau d'un chauffe-eau, l'air d'une pièce, etc.) ; - un détendeur 13 ; - un deuxième échangeur thermique 21, en échange thermique avec un milieu externe (en particulier l'eau d'une rivière, l'air ambiant/extérieur, le sous-sol, etc.).
Une pompe à chaleur est un dispositif permettant de fournir de la chaleur ou du froid au milieu local dont la température est à réguler (via le premier échangeur 20). Dans un mode « chauffage », le premier échangeur 20 est un 5 condenseur (le milieu local est une source froide) et le deuxième échangeur 21 un évaporateur (le milieu externe est une source chaude). Dans un mode « production de froid » (en particulier climatisation), le premier échangeur 20 est un évaporateur (le milieu local est une source chaude) et le deuxième échangeur 21 un condenseur (le milieu externe est 10 une source froide). L'intérêt d'une pompe à chaleur par rapport à un radiateur ou un climatiseur standard est son rendement (ou COP, COefficient de Performance) supérieur à 1 : une partie de l'énergie fournie par la pompe est « gratuite » car prélevée dans l'environnement. Certaines pompes à 15 chaleur sont capables d'alterner les deux modes de fonctionnement, simplement en changeant le sens de circulation du fluide dans le circuit 100. La pompe à chaleur 10 du présent système 1 peut aussi bien être chauffante que refroidissante. Dans tous les cas, chaque pompe à chaleur 10 du système 1 20 comprend un module de contrôle 12 dudit au moins un compresseur 11 a, 11 b. En cas d'une pluralité de compresseurs 11 a, 11b, il peut y avoir un module de contrôle 12 commun, ou un par compresseur/étage de compresseur 11 a, 11 b. Chaque compresseur 11a, 11 b est électrique, et alimenté par un 25 réseau électrique 2. Le système 1 peut, le cas échéant, comprendre des sources « d'appoint » telles que des résistances chauffantes ou des bruleurs à gaz, un échangeur avec un collecteur solaire, etc. Le réseau 2 est un réseau à grande échelle qui relie une pluralité de sources électriques. Comme expliqué précédemment, il s'agit à la fois 30 d'énergie d'origine non-renouvelable (nucléaire et/ou fossile) et d'origine renouvelable (solaire, éolien, etc.). L'énergie d'origine renouvelable présente des problèmes de variabilité et de prévisibilité, alors que l'énergie d'origine non-renouvelable est d'une meilleure disponibilité. Dans l'hypothèse où l'utilisateur du système 1 comprend une source personnelle d'énergie renouvelable (par exemple des panneaux photovoltaïques de toit) on comprend que le réseau 2 englobe à la fois le réseau électrique global et le réseau électrique local de l'utilisateur (en d'autres termes que les centrales distantes et les panneaux solaires locaux peuvent aussi bien l'un que l'autre alimenter les compresseurs 11a, 11b). Une pompe à chaleur, qu'elle fonctionne en chauffage ou en production de froid, est régulée en température. Pour cela, elle comprend une ou plusieurs sondes de température disposées directement dans le milieu à réguler en température et/ou dans un milieu en échange avec celui-ci (par exemple le circuit de distribution de froid ou de chaleur) qui envoient en permanence ou par intermittence un signal représentatif de la température au module de contrôle 12. Ce dernier est typiquement une carte électronique qui pilote les compresseurs 11 a, 11 b en fonction de la température, de la température de consigne et de nombreux autres paramètres éventuels (température extérieure, programmation, saison, plages horaires, heures creuses/heures pleines, usages habituels de l'utilisateur, absence, etc.). De façon générale une pompe à chaleur 10 comprend le plus souvent deux températures de seuil (dont la valeur peut varier selon le moment et des réglages personnels) : une première température de seuil qui est la température « minimale » et une deuxième température de seuil qui est la température « maximale » (le premier seuil est inférieur au deuxième seuil). Ces deux seuils sont quelques degrés autour (par exemple +/- 1°C) d'une température de « confort » qui est la température moyenne souhaitée, réglée par l'utilisateur (l'intervalle 19-21°C est courant dans un logement) ou d'une température cible au niveau du circuit de distribution qui permet d'assurer le confort. Cette valeur cible peut dépendre de la température extérieure comme c'est le cas des pompes à chaleur régulées selon une loi d'eau.
Le module de contrôle 12 est ainsi configuré pour maintenir la température du milieu entre les deux seuils, en d'autres termes activer le ou les compresseurs 11a, llb lorsque la température mesurée est inférieure au premier seuil prédéfini, et/ou configuré pour désactiver le ou les 5 compresseurs 11 a, 11 b lorsque la température mesurée est supérieure au deuxième seuil prédéfini. Il est à noter que si la pompe à chaleur 10 fonctionne en mode production de froid, les deux seuils sont inversés (en d'autres termes, le premier seuil correspond à une température plus élevée que le deuxième seuil). En effet, la mise en route du compresseur 11 a, llb 10 dans ce mode entraîne une climatisation, et donc une baisse de la température. Il peut y avoir plus de deux seuils, éventuellement mobiles, par exemple de façon à optimiser la consommation d'énergie pendant les heures creuses/pleines. 15 Dans le cas des pompes à chaleur à vitesse variable, la puissance est modulée pour satisfaire les besoins thermiques. La présente invention n'est limitée à aucune configuration en particulier, et on comprendra que de façon générale la régulation en 20 température est souhaitable pour le confort des usagers, mais n'est pas impérative dans le présent système 1. Régulation de la puissance 25 Alors qu'une pompe à chaleur ordinaire fonctionne uniquement en mode tout ou rien, la présente pompe à chaleur 10 est une pompe à chaleur à variateur électronique (connue sous le nom de inventer), c'est-à-dire qu'elle adapte sa puissance en fonction de différents besoins. Ainsi le module de contrôle 12 régule en puissance ledit compresseur 30 11a, 11b. Pour cela, la pompe à chaleur 10 fait par exemple varier la vitesse du moteur du ou des compresseurs 11 a, 11 b. Dans ce cas, au moins un compresseur 11 a, 11b de la pompe à chaleur 1 est un compresseur (rotatif) présentant une vitesse de rotation variable, le module de contrôle 12 jouant ce rôle de variateur électronique contrôlant la vitesse de rotation d'au moins un compresseur 11a, 11 b. En d'autres termes, en fonction d'une consigne fournie, le module de contrôle 12 calcule et impose une vitesse de rotation spécifique à un compresseur 11. On comprendra que la régulation de puissance n'implique pas nécessairement une régulation de vitesse de rotation, et que d'autres techniques sont possibles : par exemple, il peut y avoir une pluralité de compresseurs 11a, 11 b de puissances nominales différentes, et le module de contrôle en active (en tout ou rien) un sous- groupe choisi pour approcher au mieux la puissance requise. Le calcul d'une vitesse de rotation à partir d'une commande de puissance est connu de l'homme du métier, et les constructeurs disposent le plus souvent de leurs propres algorithmes. Le système VRV de Daikin® est un exemple de pompe à chaleur à puissance variable. Ce système permet le fonctionnement de la pompe à chaleur à un niveau de puissance choisi parmi une pluralité de niveaux entre 0 et 100% d'une puissance nominale. La régulation de puissance est dans ce système mise en oeuvre de sorte à réduire les émissions sonores.
Le système 1 se distingue en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion 30 configuré pour contrôler le module de contrôle 12 en fonction de données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2, le module de contrôle 12 régulant en puissance ledit compresseur 11a, 11 b de la pompe à chaleur 10 en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion 30. En d'autres termes, l'élément de gestion 30 calcule une consigne de puissance (par consigne de puissance, on entend soit une consigne absolue, soit une consigne relative, c'est-à-dire une consigne de variation de puissance) et l'envoie au module de contrôle 12, qui contrôle le ou les compresseurs 11a, llb en conséquence. Contrairement à l'art antérieur, où la consigne de puissance ne faisait que limiter l'appel de puissance sans toutefois garantir un effacement (fonctionnement en « limiteur » de puissance, i.e. une pompe à chaleur bridée), le présent système offre une consigne dynamique qui permet de moduler en temps réel la consommation d'une pompe à chaleur 10. Comme déjà expliqué, la consigne peut être absolue, en d'autres termes une valeur de puissance à atteindre, mais alternativement il s'agit d'une consigne relative, en d'autres termes une consigne de hausse ou de baisse de la puissance. Cette deuxième possibilité sera plus particulièrement discutée dans la suite de la présente description. Le but visé est la modulation de la puissance consommée, sans changement notable du confort des usagers. Par exemple, une pompe à chaleur 10 configurée en « chauffage » peut voir sa puissance augmentée pour consommer davantage d'électricité, cette électricité étant au final stockée sous forme de capacité calorifique du milieu chauffé par la pompe à chaleur (quelques degrés de plus). Inversement, une pompe à chaleur 10 configurée en « climatisation » peut voir sa puissance augmentée pour consommer davantage d'électricité, cette électricité étant au final stockée sous forme de capacité calorifique « manquante » du milieu chauffé par la pompe à chaleur, en d'autres termes du froid d'avance. Le mécanisme de gestion permet ainsi d'utiliser les pompes à chaleur installées pour gérer la production électrique d'origine renouvelable, et ce facilement et efficacement : l'émission de consignes de puissance permet en effet d'augmenter ou de diminuer sur commande la consommation de ces pompes à chaleur et de jouer sur l'énergie stockée via le milieu en échange thermique. La capacité énergétique devient modulable. Plusieurs GWh sont ainsi disponibles à l'échelle du territoire français par exemple. Ceci permet par exemple de privilégier la consommation électrique tant que le photovoltaïque est largement disponible, et de limiter la consommation électrique ou se rabattre sur d'autres énergie (par exemple via des moyens de chauffage alternatifs tels des bruleurs si le système 1 en comprend) sinon.
De plus, l'élément de gestion 30 peut se brancher sur le module de contrôle 12 d'une pompe à chaleur 10 à variateur existante, et ne nécessite qu'une modification sans logicielle sans modification structurelle. Dans le cas de pompes à chaleur neuves, l'élément de gestion 30 peut être directement intégré au module de contrôle 12 comme une fonction supplémentaire afin d'éliminer la nécessité de boitier supplémentaire. Son effet est alors vu comme une supervision de la régulation de température. Le pilotage de l'élément de gestion 30 est réalisé en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 (et éventuellement d'autres données telles que des températures, des prix de l'électricité, etc.). Ces données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 désignent de façon générale toutes les informations sur la charge du réseau 2, le taux d'énergie d'origine renouvelable, les prévisions de variation de ce taux, de la production/consommation en général, les signaux tarifaires, etc. Ces données peuvent être des données génériques obtenues localement, par exemple d'origine météorologique, qui peuvent indiquer dans quelle mesure les moyens de production d'énergie renouvelable vont être productifs, mais de façon préférée il s'agit de données plus complexes fournies depuis un réseau de communication 3 (typiquement le réseau internet) via un boitier 31, en particulier en temps réel. Dans un premier mode de réalisation, le boitier 31 est un compteur électrique communicant (par exemple LINKY) disposant d'un émetteur Télé-Information Client (TIC) intégré ou non. Les données utilisées peuvent notamment être les champs de la TIC tels que par exemple : l'état binaire d'un ou plusieurs contact(s) sec ou virtuel(s), l'index tarifaire de la grille fournisseur et/ou distributeur en cours, le prix de l'électricité, le préavis de pointe mobile et/ou une ou plusieurs pointe(s) mobile(s), la tension, etc. Dans un deuxième mode de réalisation, le boitier 31 est un 30 équipement d'accès à internet de type « box » d'un fournisseur d'accès à Internet. Le boitier 31 est connecté à l'élément de gestion 30 par des moyens de connexion réseau tels que le Wi-Fi, une liaison Ethernet, le CPL, etc., les données peuvent être alors des données météorologiques complètes (vitesse du vent, ensoleillement, etc.), des données pré-traitées sur des serveurs d'un fournisseur d'électricité pour optimiser la charge globale, etc.
La présente invention n'est ni limitée à un type de données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2, ni à une manière de fournir ces données. Modes suralimentation et sous-alimentation Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de gestion 30 met en oeuvre un premier et/ou un deuxième type de fonctionnement. Le premier est le mode « sous-alimentation » (en d'autres termes « marche réduite ») utilisé pour diminuer la consommation des compresseurs 11a, 11b et donc la quantité d'énergie « stockée » sous forme thermique. C'est ce que l'on appelle un effacement. Dans ce mode, l'élément de gestion 30 est configuré pour émettre une consigne de baisse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 sont caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique 2 (en d'autres termes si la production d'origine renouvelable est à la hausse à court terme), de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur 11a, 11 b. Cela peut être très utile en prévision d'un pic de production d'origine 25 renouvelable. On évite ainsi de consommer de l'énergie fossile alors que l'on sait que l'énergie renouvelable sera bientôt trop abondante. La consigne de baisse de puissance peut être calculée de sorte à minimiser une consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas passer en dessous d'une puissance minimale de référence de la pompe 30 à chaleur 10 (qui correspond à une puissance nécessaire pour que la pompe à chaleur 10 puisse fonctionner). L'idée est de ne pas (ou le moins possible) soutirer d'énergie d'origine non-renouvelable au réseau 2.
Dans un premier mode de réalisation, la consigne de baisse de puissance peut être une valeur fixe prédéterminée (« X »-Watts, par exemple 500W, cette valeur étant choisie en fonction de la puissance nominale de la pompe à chaleur 10), appliquée si la consommation d'énergie est non nulle, et la puissance après réduction reste au-dessus de la puissance minimale de référence. En particulier, Pconsigne = max(Pinin; P(t) - X), où P(t) est la puissance actuelle (avant réduction) et X la valeur prédéterminée. Ce premier mode est particulièrement adapté à la réalisation d'effacements diffus.
Dans un second mode de réalisation, la consigne de baisse de puissance peut être une valeur dynamique. En particulier, Pconsigne = max(Pmin; P(t) (Psoutirée - Pinj)), où P(t) est la puissance actuelle, Psoutirée la puissance électrique soutirée du réseau, et Pin; l'éventuelle puissance électrique d'origine renouvelable produite en local et injectée (sauf si par convention le réseau 2 est compris comme englobant à la fois le réseau électrique global et le réseau électrique local de l'utilisateur, et dans ce cas là, la valeur de Psoutirée comprend déjà la puissance injectée). Ce second mode est plutôt approprié pour absorber un surplus de production locale.
Il est à noter que comme expliqué précédemment, la régulation en puissance ne peut pas se faire au détriment du confort de l'utilisateur, et il peut être prévu que le module de contrôle 12 est configuré pour ignorer la consigne de baisse de puissance lorsque la température du premier échangeur 20 est inférieure au premier seuil prédéfini. En d'autres termes, lorsque ce premier seuil est atteint (par exemple 19°C, pour un chauffage réglé autour de 20°C à +/-1°C), la pompe à chaleur 10 régule en température (et non plus en puissance) autour de cette valeur. Il est possible de prévoir plusieurs niveaux de dégradation de confort, fonction par exemple des zones de vie (par exemple +/-2°C de façon générale, +/- 1°C dans le séjour, +0/-2°C dans les chambres, etc.) en fonction de l'acceptabilité des utilisateurs qui peut elle-même dépendre du prix de l'énergie (tarif d'achat et/ou de vente), du type de jour, de la plage horaire... Le deuxième mode est le mode « suralimentation » (en d'autres termes « marche forcée ») utilisé pour augmenter la consommation des 5 compresseurs 11a, 11b et donc la quantité d'énergie stockée. Dans ce mode, l'élément de gestion 30 est configuré pour émettre une consigne de hausse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau 10 électrique 2 (en d'autres termes si la production d'origine renouvelable est à la baisse à court terme), de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur 11a, 11 b. Ce mode suralimentation est intéressant soit pour absorber une forte production d'énergie renouvelable, soit anticiper une prévision de faible 15 production. Grâce à la suralimentation, l'effet de la pompe à chaleur 10 (chauffage ou climatisation) est amplifié. Cela augmente donc la consommation immédiate, mais limite la consommation à venir (puisque plus d'énergie est stockée, le prochain franchissement du premier seuil de température est retardé). 20 La consigne de hausse de puissance peut être calculée de sorte à maximiser la consommation d'énergie d'origine renouvelable, à prévenir la consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas dépasser une puissance maximale de référence (qui correspond à une puissance maximale supportée sans risque par la pompe à chaleur 10). L'idée est de 25 soutirer au maximum l'énergie d'origine renouvelable au réseau 2, afin de prendre de l'avance et de ne pas avoir ultérieurement à consommer de l'énergie d'origine non-renouvelable. Dans un premier mode de réalisation, la consigne de hausse de puissance peut être, comme pour la baisse, une valeur fixe prédéterminée 30 (« X »-Watts) appliquée si la consommation d'énergie d'origine renouvelable peut être augmentée, si la puissance après réduction reste en-dessous de la puissance maximale de référence, et une puissance de coupure (puissance du compteur au-delà de laquelle ce dernier disjoncte) n'est pas atteinte. En particulier, P - consigne = min(Pinax; P(t) min(X; 0.8 * (Psouscrite Psoutirée))) OÙ P(t) est la puissance actuelle (avant réduction), , X la valeur prédéterminée, Psoutirée la puissance électrique soutirée du 5 réseau, et Psouscrite la puissance de coupure du compteur. En d'autres termes, l'élément de gestion 30 tente d'imposer une hausse de X Watts, à moins que l'on atteigne la puissance maximale de référence ou que la hausse consomme plus de 80% de la puissance disponible avant disjonction du compteur. On notera que le coefficient 0.8 est une valeur 10 indicative choisie pour éviter le risque de disjonction. On peut alternativement prendre une marge absolue (par exemple 2kW). Cette marge peut varier dans le temps. Dans un second mode de réalisation, la consigne de hausse de puissance peut à nouveau être une valeur dynamique. En particulier, 15 P - consigne = min(Pmax; P(t) + min(Pini; 0.8 * (P souscrite - Psoutirée)), OÙ P(t) est toujours la puissance actuelle, Psoutirée la puissance électrique soutirée du réseau, et Pin; l'éventuelle puissance électrique d'origine renouvelable produite en local et injectée (sauf si par convention le réseau 2 est compris comme englobant à la fois le réseau électrique global et le réseau électrique 20 local de l'utilisateur, et dans ce cas là, la valeur de Psoutirée comprend déjà la puissance injectée). La valeur de 80% peut comme expliqué avant être modifiée. Il est à noter que comme expliqué précédemment, la régulation en puissance ne peut pas se faire au détriment du confort de l'utilisateur, et il 25 peut être prévu que le module de contrôle 12 est configuré pour ignorer la consigne de hausse de puissance lorsque la température du premier échangeur 20 est supérieure au deuxième seuil prédéfini. En d'autres termes, lorsque ce deuxième seuil est atteint (par exemple 21°C, pour un chauffage réglé autour de 20°C à +/-1°C), la pompe à chaleur 10 régule en 30 température (et plus en puissance) autour de cette valeur. Il est à noter que ce mode suralimentation peut être complété de certaines options : si les données déclenchant la surchauffe sont fournies par un compteur équipé d'un module TIC, ce dernier peut augmenter temporairement et simultanément à l'enclenchement du chauffe-eau la valeur de la puissance de coupure (Psoutirée) pour éviter tout risque de disjonction en absence de délesteur ou de gestionnaire d'énergie, et pouvoir augmenter la hausse de puissance. De plus, si le compresseur 11a, 11 b est asservi au signal tarifaire via un contact sec ou virtuel, ce dernier devra être piloté de manière à permettre l'alimentation électrique de ce système en dehors des plages normales autorisées si nécessaire. Il est à noter que les deux modes (marche réduite et marche forcée) peuvent cohabiter et être mis en oeuvre à tour de rôle. Dans l'un comme dans l'autre, l'application de la consigne de puissance peut être précédée et/ou suivie d'une rampe pour éviter les sauts de puissance, en d'autres termes on augmente/diminue progressivement la consigne de puissance (par exemple linéairement sur un intervalle de 30 minutes), au lieu de basculer immédiatement. Par ailleurs, l'activation de l'un ou l'autre des modes, le choix d'une consigne de puissance fixe ou variable, les seuils de températures, etc., peuvent être contrôlés par l'utilisateur via une interface adaptée.
Fonctionnement de l'élément de gestion L'élément de gestion 30 peut comprendre un module de traitement de données (un processeur) configuré pour recevoir desdites données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 et générer à destination du 25 module de contrôle 12 la consigne de puissance. Si le module de contrôle 12 est une carte électronique évoluée comprenant déjà un processeur, l'élément de gestion 30 peut être un module logiciel directement mis en oeuvre par le module de contrôle 12. L'invention n'est en effet pas limitée à un élément de gestion 30 physique. 30 Modification d'une pompe à chaleur existante Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un élément de gestion 30 adapté pour une pompe à chaleur existante. Comme expliqué, l'élément de gestion 30 envoie au module de contrôle 12 une consigne de puissance, via laquelle il permet la régulation en puissance du compresseur 11a, 11b de la pompe à chaleur 10 en fonction des données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2, sans modification structurelle de la pompe à chaleur 10. Procédé Selon un troisième aspect, l'invention concerne également des procédés de modification de la consommation d'une pompe à chaleur 10 mis en oeuvre par le système 1 selon le premier aspect de l'invention. Ces procédés comprennent des étapes de : - réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique 2 (comme expliqué par exemple depuis un boitier 31) ; - génération par un élément de gestion 30 d'une consigne de puissance en fonction d'au moins lesdites données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 (consigne qui, comme expliqué, peut être à la hausse comme à la baisse) ; - émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle 12 d'au moins un compresseur 11a, 11b de fluide caloporteur de la pompe à chaleur 10, ledit compresseur 11a, 11 b étant alimenté par le réseau électrique 2 ; - régulation en puissance dudit compresseur 11a, 11b par le module de contrôle 12 en fonction de la consigne de puissance (en particulier via la régulation de la vitesse de rotation du compresseur).
Selon le premier mode de fonctionnement décrit précédemment, le système 1 est en mode « suralimentation ». Ce mode est déclenché lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie (d'origine renouvelable) au sein dudit réseau électrique 2. La consigne émise par l'élément de gestion 30 est alors une 5 consigne de hausse de puissance, de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur 11a, 11 b. Selon le deuxième mode de fonctionnement décrit précédemment, le système 1 est en mode « sous-alimentation ». Ce mode est déclenché lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 sont 10 caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie (d'origine renouvelable) au sein dudit réseau électrique 2. La consigne émise par l'élément de gestion 30 est alors une consigne de baisse de puissance, de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur 11a, 11 b. 15

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Système (1) comprenant une pompe à chaleur (10) comprenant : - au moins un compresseur (11a, 11b) de fluide caloporteur alimenté par un réseau électrique (2), et - un module de contrôle (12) dudit au moins un compresseur (11a, 11b) ; le système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion (30) configuré pour contrôler le module de contrôle (12) en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2), le module de contrôle (12) régulant en puissance ledit compresseur (11a, 11b) de la pompe à chaleur (10) en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion (30).
  2. 2. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un boitier (31) recevant lesdites données descriptives d'un état du réseau électrique (2) depuis un réseau de communication (3), le boitier (31) étant connecté audit élément de gestion (30) ou au module de contrôle (12).
  3. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un compresseur (11a, 11b) de la pompe à chaleur (10) est un compresseur présentant une vitesse de rotation variable, le module de contrôle (12) contrôlant la vitesse de rotation d'au moins un compresseur (11a, 11b) de la pompe à chaleur (10).
  4. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pompe à chaleur (10) est en échange thermique via un premier échangeur (20) avec un milieu dont la température est à réguler.30
  5. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel ledit milieu dont la température est à réguler est l'eau d'un réservoir d'eau chaude ou la température d'air intérieur d'une pièce.
  6. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de gestion (30) est configuré pour émettre une consigne de baisse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2) sont caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique (2), de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur (11a, 11b).
  7. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel ladite consigne de baisse de puissance est calculée de sorte à minimiser une consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas passer en dessous d'une puissance minimale de référence de la pompe à chaleur (10).
  8. 8. Système selon l'une des revendications 6 et 7 et l'une des revendications 4 et 5 en combinaison, dans lequel le module de contrôle (12) est configuré pour ignorer la consigne de baisse de puissance lorsque la température du premier échangeur (20) est inférieure à un premier seuil prédéfini.
  9. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de gestion (30) est configuré pour émettre une consigne de hausse de puissance lorsque les données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2) sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique (2), de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur (11a, 11b).
  10. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel ladite consigne de hausse de puissance est calculée de sorte à maximiser la consommation d'énergie d'origine renouvelable, à prévenir la consommation d'énergie d'origine non-renouvelable, et à ne pas dépasser une puissance maximale de référence.
  11. 11. Système selon l'une des revendications 9 et 10 et l'une des revendications 4 et 5 en combinaison, dans lequel le module de contrôle (12) est configuré pour ignorer la consigne de hausse de puissance lorsque la température du premier échangeur (20) est supérieure à un deuxième seuil prédéfini.
  12. 12. Système selon l'une des revendications 6 à 11, dans lequel l'élément de gestion (30) est configuré pour émettre une consigne de 15 hausse ou baisse de puissance d'une valeur prédéterminée.
  13. 13. Système selon l'une des revendications 6 à 12, dans lequel l'élément de gestion (30) est configuré pour précéder et/ou suivre d'une rampe l'émission d'une consigne de hausse ou baisse de puissance. 20
  14. 14. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de gestion (30) est un module logiciel mis en oeuvre par le module de contrôle (12). 25
  15. 15. Elément de gestion (30) adapté pour une pompe à chaleur (10) comprenant : - au moins un compresseur (11a, 11b) de fluide caloporteur alimenté par un réseau électrique (2), et - un module de contrôle (12) dudit au moins un compresseur 30 (11a, 11b) ; l'élément de gestion (30) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour contrôler le module de contrôle (12) en fonction d'au moins des donnéesdescriptives d'un état dudit réseau électrique (2), le module de contrôle (12) régulant en puissance ledit compresseur (11a, 11b) de la pompe à chaleur (10) en fonction d'au moins une consigne de puissance émise par l'élément de gestion (30).
  16. 16. Procédé de modification de la consommation d'une pompe à chaleur (10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique (2) ; - génération par un élément de gestion (30) d'une consigne de puissance en fonction d'au moins lesdites données descriptives d'un état dudit électrique (2) ; - émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle (12) d'au moins un compresseur (11a, 11b) de fluide caloporteur de la pompe à chaleur (10), ledit compresseur (11a, 11b) étant alimenté par le réseau électrique (2) ; - régulation en puissance dudit compresseur (11a, 11b) par le module de contrôle (12) en fonction de la consigne de puissance.
  17. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2) sont caractéristiques d'un déficit actuel et/ou d'une surabondance future d'énergie d'origine renouvelable au sein dudit réseau électrique (2), ladite consigne générée par l'élément de gestion (30) étant une consigne de baisse de puissance, de sorte à diminuer la consommation d'au moins un compresseur (11a, 11b).
  18. 18. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les données descriptives d'un état dudit réseau électrique (2) sont caractéristiques d'une surabondance actuelle et/ou d'un déficit futur d'énergie d'originerenouvelable au sein dudit réseau électrique (2), ladite consigne générée par l'élément de gestion (30) étant une consigne de hausse de puissance, de sorte à augmenter la consommation d'au moins un compresseur (11 a, 11 b).5
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