FR3019882A1 - Systeme de chauffe-eau a consommation energetique modulable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de modification de la consommation énergétique d'un réservoir d'eau (10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : (a) réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique (2), comprenant des données instantanées et des données prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau (2) ; (b) calcul par un élément de gestion (30) d'un seuil de puissance injectable sur le réseau (2) en fonction d'une capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau (10) et desdites données prévisionnelles ; (c) génération par l'élément de gestion (30) d'une consigne dynamique de puissance en fonction dudit seuil de puissance injectable et desdites données instantanées ; (d) émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle (12) d'un dispositif de chauffage (11) de l'eau du réservoir (10), le dispositif de chauffage (11) comprenant un moyen de chauffage alimenté par le réseau électrique (2) (e) régulation en puissance dudit moyen de chauffage par le module de contrôle (12) en fonction de la consigne de puissance.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un procédé de modulation de la 5 consommation énergétique d'un chauffe-eau. 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. Il est également prévu d'agir sur la puissance réactive 30 fournie par les panneaux photovoltaïques 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 Demanderesse a ainsi proposé des mécanismes permettant d'utiliser facilement et efficacement la capacité de stockage des chauffe-eau joule ou thermodynamiques pour réguler l'énergie électrique d'origine renouvelable (voir par exemple les demandes FR1363229, FR1452015 ou FR1452022). On constate que ces mécanismes apportent satisfaction et permettent de réduire sensiblement la puissance « renouvelable » injectée sur le réseau, tout en limitant la consommation d'énergie non renouvelable.

L'idée est de soutirer au maximum l'énergie d'origine renouvelable au réseau, et ce, afin de prendre de l'avance et de ne pas avoir ultérieurement à consommer de l'énergie d'origine non-renouvelable ou de perdre de l'énergie d'origine renouvelable par écrêtement. Toutefois, on constate que la quantité d'énergie d'origine renouvelable disponible est parfois supérieure aux besoins, en particulier les journées à forte production (journées ensoleillées d'été), ce qui rend le réseau électrique sujet à des phénomènes de « pics » d'énergie d'origine renouvelable, d'où la nécessité de renforcer les infrastructures du réseau pour éviter des surcharges et des incidents.

A titre d'exemple, la figure 2a représente les puissances électriques instantanées que l'on pourrait rencontrer le long d'une telle journée ensoleillée au niveau du compteur d'une habitation de taille standard possédant ses propres panneaux photovoltaïques. On remarque les fortes puissances d'énergie renouvelable atteintes vers midi, et la « courbe des écarts » (CDE) associée. La courbe des écarts représente la différence entre l'énergie produite par l'habitation et l'énergie consommée. On voit que sur une grande partie de la journée le bilan est excédentaire (CDE positive) et de l'énergie est injectée sur le réseau électrique. Au contraire, la nuit, le bilan est déficitaire (CDE négative) et l'habitation consomme de l'énergie électrique, en particulier dans la soirée et tôt le matin (heures creuses) pour remonter en température l'eau du CEJ.

Il a été proposé une « relance méridienne » du CEJ régulé en tout ou rien, c'est-à-dire une remontée en température de l'eau du chauffe-eau vers midi. Cela permet de consommer une partie du surplus d'énergie d'origine renouvelable et de limiter la consommation énergétique nocturne (énergie d'origine non-renouvelable). Mais comme l'on voit sur la figure 2b, cela ne permet pas d'éviter le pic maximum d'injection d'énergie d'origine renouvelable dans le réseau électrique, et en plus rajoute des variations importantes de puissance qui sont mauvaises pour les infrastructures du réseau d'autant plus qu'il n'y a pas de foisonnement de la production locale. La mise en oeuvre de techniques de maximisation d'autoconsommation de l'énergie d'origine renouvelable (telles que décrites dans les demandes susmentionnées et évoquées précédemment), i.e. la modulation de la consommation du chauffe-eau de sorte à prévenir l'injection sur le réseau d'énergie d'origine renouvelable, est efficace (quasiment plus de consommation nocturne d'énergie d'origine non- renouvelable), mais comme l'on voit sur la figure 2c cela peut être insuffisant et ne pas permettre d'absorber le pic d'injection qui a lieu en fin d'après-midi si la journée est ensoleillée. Ainsi, bien que l'on diminue la quantité globale d'énergie d'origine renouvelable injectée sur la journée, le réseau électrique est toujours autant 25 sollicité. Une solution simple à laquelle l'homme du métier peut penser est de retarder la mise en route du CEJ dans la situation précédente (par exemple en interdisant la relance avant 11h), mais comme l'on voit sur la figure 2d, cela ne permet que de limiter de façon marginale les pics 30 d'injection. Pire encore, les variations de puissance injectée sont encore plus brutales qu'avant, et le confort de l'utilisateur peut être dégradé en cas de demande inopinée d'eau chaude dans la matinée.

Il serait ainsi souhaitable de disposer d'une stratégie améliorée de gestion de la consommation énergétique des chauffe-eau permettant de limiter au maximum les pics et les variations de puissance énergétique d'origine renouvelable injectée sur le réseau, et ce, quelles que soient les conditions climatiques (en d'autres termes quel que soit le profil de production d'énergie renouvelable sur la journée), tout en limitant les coûts et sans détériorer le confort de l'utilisateur.

PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier ces inconvénients en proposant selon un premier aspect un procédé de modification de la consommation énergétique d'un réservoir d'eau, le procédé étant caractérisé en ce qu'il 15 comprend des étapes de : (a) réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique, comprenant des données instantanées et des données prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau ; 20 (b) calcul par un élément de gestion d'un seuil de puissance injectable sur le réseau en fonction d'une capacité énergétique potentielle d'un réservoir d'eau et desdites données prévisionnelles ; (c) génération par l'élément de gestion d'une consigne dynamique 25 de puissance en fonction dudit seuil de puissance injectable et desdites données instantanées ; (d) émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle d'un dispositif de chauffage de l'eau du réservoir, le dispositif de chauffage comprenant un moyen de chauffage 30 alimenté par le réseau électrique ; (e) régulation en puissance dudit moyen de chauffage par le module de contrôle en fonction de la consigne de puissance.

Le dispositif selon l'invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - lequel l'étape (b) comprend l'estimation par l'élément de gestion de ladite capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau en fonction d'un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir généré par une sonde de température ; - ledit signal représentatif de la température de l'eau du réservoir est intercepté et modifié par un élément de leurre disposé entre la sonde et le module de contrôle en fonction desdites données descriptives d'un état du réseau électrique pour être représentatif d'une température plus basse que la température réelle de l'eau du réservoir, de sorte à augmenter la capacité énergétique potentielle du réservoir ; - les données prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau sont des données journalières, les étapes (a) et (b) étant mises en oeuvre au moins une fois par jour ; - le seuil de puissance injectable sur le réseau est tel que l'intégrale du 20 surplus d'énergie à une puissance supérieure audit seuil est inférieure ou égale à ladite capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau ; - l'étape (b) comprend la comparaison dudit seuil de puissance injectable sur le réseau avec un seuil maximal fourni avec les données descriptives d'un état d'un réseau électrique ; 25 - l'étape (b) comprend la mise en route d'un dispositif auxiliaire de stockage d'énergie si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau est supérieur audit seuil maximal ; - l'étape (b) comprend, si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau est inférieur audit seuil maximal, le remplacement du seuil de puissance 30 injectable sur le réseau par une valeur supérieure comprise entre le seuil de puissance injectable sur le réseau tel que calculé et le seuil maximal ; - ledit remplacement du seuil de puissance injectable sur le réseau n'est mis en oeuvre que si un prix d'achat d'électricité d'origine renouvelable est supérieur à un prix de vente minimal d'électricité ; - l'étape (b) comprend, si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau 5 est supérieur audit seuil maximal, l'augmentation par un élément de leurre de la capacité énergétique potentielle du réservoir jusqu'à ce que le seuil de puissance injectable sur le réseau obtenu soit égal au seuil maximal ; - l'étape (a) comprenant la réception desdites données descriptives d'un état du réseau électrique par un boitier depuis un réseau de communication 10 le boitier étant connecté audit élément de gestion ou au module de contrôle ; - le réseau comprend un réseau local comprenant des moyens locaux de production d'énergie renouvelable connecté en aval d'un compteur, les données instantanées prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit 15 d'énergie d'origine renouvelable au sein réseau étant des données de consommation fournies par le compteur ; - le module de contrôle est configuré pour ignorer la consigne de puissance lorsqu'une température de l'eau du réservoir est supérieure à un seuil prédéfini. 20 Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système comprenant : - un réservoir d'eau ; - un dispositif de chauffage de l'eau du réservoir, le dispositif 25 comprenant un moyen de chauffage alimenté par un réseau électrique ; - une sonde de température configurée pour émettre un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir ; - un module de contrôle régulant en puissance le moyen de 30 chauffage dudit dispositif de chauffage ; le système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion configuré pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non 10 limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1a est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 1 b est un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; 15 - les figures 2a-2d précédemment décrites représentent des exemples de courbes de charge, de production et des écarts d'une journée d'été obtenues lors de la mise en oeuvre de procédés connus ; - les figures 3a-3c représentent des exemples de courbes de charge, de production et des écarts d'une journée d'été obtenues lors de la mise en en 20 oeuvre du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Architecture générale 25 La figure la représente l'architecture générale d'un mode de réalisation préféré du système 1 pour la mise en oeuvre du procédé de modification de la consommation énergétique d'un réservoir d'eau, selon l'invention. Ce système est typiquement un Chauffe-Eau Joule (CEJ) 30 domestique, bien que l'invention ne soit pas limitée à ces derniers (44% des habitats en sont équipés). Le système 1 comprend ainsi : - le réservoir d'eau 10 sur la capacité énergétique duquel on va jouer (communément appelé « ballon » d'eau chaude) ; - un dispositif de chauffage 11 de l'eau du réservoir 10, le dispositif 11 comprenant un moyen de chauffage alimenté par un réseau électrique 2 ; - une sonde de température 20 configurée pour émettre un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir 10 ; - un module de contrôle 12 dudit dispositif de chauffage 11 en fonction dudit signal émis par la sonde 20.

Le moyen de chauffage électrique du dispositif de chauffage 11 est généralement une résistance, d'où le chauffage de l'eau par effet joule. Alternativement, il peut s'agir par exemple d'une pompe à chaleur complète dont la source chaude est en échange thermique avec l'eau du réservoir 10 (et la source froide en échange thermique par exemple avec l'air extérieur), de sorte à permettre un chauffage de l'eau avec une efficacité supérieure à 100%, avec éventuellement une résistance d'appoint. De façon préférée, le dispositif 11 est intégralement électrique (il ne comprend ainsi que des moyens de chauffage alimentés par le réseau 2, et pas de bruleurs à gaz par exemple). L'énergie de chauffage fournie à l'eau est alors entièrement d'origine électrique. Le système n'est toutefois pas limité à cette configuration et le dispositif 11 peut alternativement comprendre en outre un moyen de chauffage alternatif (non-électrique) tel qu'un bruleur, 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 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), comme dans le cas particulier représenté sur la figure lb, on comprend que le réseau 2 englobe à la fois le réseau électrique global 2a et le réseau électrique local de l'utilisateur 2b (en d'autres termes que les centrales distantes et les panneaux solaires locaux 5 peuvent aussi bien l'un que l'autre alimenter le dispositif de chauffage 11). Une source d'énergie est définie dans le réseau local 2b si elle est connectée en aval du compteur électrique 31. Inversement une source d'énergie est définie dans le réseau global 2a si elle est connectée en amont du compteur électrique 31. On va pour le moment considérer le 10 réseau électrique 2 comme un tout, mais pour certains modes de réalisation décrits plus loin on tiendra compte du réseau local 2b. Le système 1 est régulé en température. Pour cela il comprend une ou plusieurs sondes de température 20 (qui seront décrites plus en détail plus loin) et un module de contrôle 12 du dispositif de chauffage 11. La ou 15 les sondes 20 envoient en permanence ou par intermittence un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir 10. Ce signal peut être un envoi de données représentant numériquement la température, ou comme on verra plus loin un signal électrique dont un paramètre est fonction de la température. 20 Le module de contrôle 12 est typiquement une carte électronique qui déclenche ou non le chauffage en fonction de la température de l'eau et de nombreux autres paramètres éventuels (programmation, saison, plages horaires, heures creuses/heures pleines, usages habituels de l'utilisateur, etc.). 25 De façon générale, un chauffe-eau Joule 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). 30 Ces deux seuils sont quelques degrés autour (par exemple +/- 4°C) d'une température de « confort » qui est la température moyenne souhaitée, réglée par l'utilisateur (l'intervalle 50-65°C est courant).

Le module de contrôle 12 est ainsi configuré pour activer le dispositif de chauffage 11 lorsque le signal reçu est représentatif d'une température inférieure au premier seuil prédéfini, et/ou configuré pour désactiver le dispositif de chauffage 11 lorsque le signal reçu est représentatif d'une température supérieure au deuxième seuil prédéfini. Ainsi, tant que le dispositif de chauffage 11 est arrêté et que l'on est entre les deux seuils rien ne se passe. Si la température baisse (avec le temps ou parce que l'utilisateur tire de l'eau chaude) et passe en-dessous du premier seuil, le dispositif de chauffage 11 est activé, et ce jusqu'à atteindre le deuxième seuil (température maximale, supérieure au premier seuil). La température se remet ensuite à baisser, etc. En d'autres termes, il y a une alternance de phases de « refroidissement » pendant lesquelles la température descend du deuxième seuil au premier seuil (voir au-delà si l'utilisateur continue d'utiliser de l'eau chaude), et de phases de « chauffe » pendant lesquelles la température monte sous l'effet du dispositif 11 allumé d'une température inférieure ou égale au premier seuil jusqu'au deuxième seuil. Comme expliqué avant, cette configuration peut dépendre d'autres paramètres, et il peut y avoir plus de deux seuils, éventuellement mobiles, par exemple de façon à optimiser la consommation d'énergie pendant les heures creuses (les chauffe-eau sont souvent prévus pour remonter l'eau en température préférentiellement au petit matin, de sorte à maximiser l'utilisation des heures creuses et avoir de l'eau chaude en quantité au moment de se doucher).

En pratique, les premier et deuxième seuils sont souvent la conséquence d'un phénomène d'hystérésis autour d'une valeur médiane, qui définit ces deux seuils. L'écart induit est alors d'environ 3°C. La présente invention n'est limitée à aucune configuration en particulier, on comprendra que, de façon générale, le module de contrôle 12 30 régule la température du réservoir 10 via l'activation/désactivation du dispositif de chauffage 11 en fonction de signaux qui lui sont émis, signaux pouvant représenter des températures et/ou des consignes de fonctionnement. Régulation en puissance Le présent dispositif de chauffage 11 est un dispositif à régulation de puissance, c'est-à-dire qu'il adapte la puissance des moyens de chauffage par effet Joule en fonction de différents besoins. Le module de contrôle 12 régule ainsi en puissance le moyen de 10 chauffage par effet Joule du dispositif de chauffage 11. Pour cela, l'homme du métier peut par exemple utiliser des actionneurs de puissance tels que décrits dans l'une ou l'autre des demandes FR1452015 et FR1452022. Ces actionneurs de puissance sont des composants permettant de modifier la puissance du moyen de 15 chauffage auquel ils sont associés. En particulier, un actionneur de puissance modifie l'intensité et/ou la tension (en particulier seulement la tension) du courant sur une branche de sorte à doser la puissance effective consommée par le moyen de chauffage associé entre 0 et 100% de sa valeur nominale (i.e. sa puissance maximale). En d'autres termes, à chaque 20 moyen de chauffage de puissance nominale P, est associée une puissance effective Pef fi = A,* Pi, où A, est un ratio de puissance de l'actionneur, compris entre 0 et 1. Dans le présent système, les actionneurs de puissance permettent de réguler en puissance le dispositif de chauffage 11 en fonction de 25 données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2 (voir plus loin). Pour cela, chaque actionneur de puissance est contrôlé par le module de contrôle 12 de sorte à réguler en puissance le moyen de chauffage. Par contrôle, on entend que le module de contrôle 12 est adapté pour déterminer et imposer les ratios de puissance A, des actionneurs de 30 puissance en fonction des consignes qu'il reçoit. L'intérêt des actionneurs de puissance est de rendre régulable en puissance un dispositif tout-ou-rien classique.

Alternativement, le dispositif de chauffage 11 peut être un équipement électronique à puissance variable recevant un signal de la part du module de contrôle 12. On comprendra toutefois que la présente invention n'est limitée à aucune façon particulière de réguler en puissance les moyens de chauffage, et on comprendra qu'il suffit que le système soit configuré de sorte que le module de contrôle 12 régule en puissance le moyen de chauffage du dispositif de chauffage 11.

Mécanisme de gestion Les données descriptives de l'état du réseau électrique 2 sont transmises à un élément de gestion 30 connecté au module de contrôle 12. Cet élément de gestion 30 est configuré pour contrôler le module de contrôle 12 en fonction d'au moins des données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2. En d'autres termes, l'élément de gestion 30 agit comme un module de pré-traitement des données descriptives de l'état du réseau 2. L'élément de gestion 30 peut s'intégrer à un module de contrôle 12 d'un chauffe-eau existant, et ne nécessite pas de modification structurelle. En particulier, il n'y a que peu de modifications du module de contrôle 12 qui ne réalise qu'un « post-traitement » (on verra plus loin en quoi il consiste). Il est ainsi facile et peu coûteux de modifier les équipements existants. Dans le cas de chauffe-eau neufs, l'élément de gestion 30 peut être directement intégré au module de contrôle 12 comme une fonction supplémentaire, ou à un gestionnaire d'énergie du foyer, afin d'éliminer la nécessité de boitier supplémentaire (en d'autres termes le module de contrôle 12 traite directement les données descriptives de l'état du réseau électrique 2).

Ces données 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, la production/consommation en général, 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, mais également le réseau électrique 2) via un boitier 31, 32, en particulier en temps réel.

Dans le cadre du présent procédé, ces données comprennent des données relatives à la courbe des écarts (CDE) évoquée précédemment qui peut être obtenue à partir des informations du ou des compteurs électriques 31 (selon le schéma de raccordement des panneaux photovoltaïques (PV)). Plus généralement, les données reçues par l'élément de gestion 30 comprennent des données quantifiant le surplus ou le déficit d'origine non renouvelable au sein du réseau 2. Ces données sont d'une part des données instantanées (production moins consommation en temps réel), et d'autre part des données prévisionnelles, en particulier des données prévisionnelles journalières (courbe des écarts estimée sur la journée du lendemain). Ces données de prévision peuvent être des données estimées par des modèles, ou tout simplement les données de la veille. Dans un premier mode de réalisation, le boitier 31 est un compteur électrique intelligent (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) 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), etc. Dans ce cas, et si le réseau local 2b comprend une source d'énergie d'origine renouvelable, les données instantanées quantifiant le surplus ou le déficit d'origine renouvelable sont le sens de l'intensité instantanée, les variations des index EAIT (énergie injectée) et EAST (énergie soutirée sur le réseau) au niveau du compteur bidirectionnel 31 lorsque le PV est raccordé en aval du compteur 31 (cas de la figure 1 b). Alternativement, les données instantanées quantifiant le surplus ou le déficit d'origine renouvelable sont les variations des index EAIT au niveau d'un compteur de production et EAST au niveau d'un compteur de consommation (cf. troisième mode de réalisation). Dans un deuxième mode de réalisation, le boitier 32 est un équipement d'accès à internet de type « box » d'un fournisseur d'accès à Internet. Le boitier 32 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 construites pour l'utilisateur du système 1 : par exemple, il peut lui être affecté une certaine quantité d'énergie d'origine renouvelable du réseau 2 à consommer (par exemple simulant la présence de panneaux photovoltaïques), et le boitier 32 reçoit en temps réel les données de production de cette source d'énergie d'origine renouvelable. Peuvent être également reçues 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.

Dans un troisième mode de réalisation, le boitier 32 est un gestionnaire d'énergie connecté via une liaison filaire/radio à un ou plusieurs compteurs électriques 31 associés à des points de production d'énergie d'origine renouvelable (en particulier si l'énergie d'origine renouvelable a un ou plusieurs points de livraison locaux dédiés). La liaison peut être mono ou bidirectionnelle. L'accès à des compteurs permet un suivi en temps réel complet de la production d'énergie d'origine renouvelable et de la consommation du ou des logements, d'où la disponibilité des données instantanées et prévisionnelles mentionnées. La présente invention n'est ni limitée à un type particulier de données 30 descriptives d'un état dudit réseau électrique 2, ni à une manière de fournir ces données.

Procédé La présente invention concerne un procédé de modification de la consommation énergétique d'un réservoir d'eau 10 (d'un système 1 tel que 5 décrit précédemment). Par modification de la consommation énergétique, on entend variation de la quantité d'énergie stockée en tant que chaleur dans ce réservoir 10. On verra plus loin que l'on peut éventuellement également modifier la capacité énergétique d'un réservoir d'eau 10. Par capacité énergétique du réservoir 10, on entend la quantité maximale 10 d'énergie stockable sous forme thermique via l'eau chaude. Comme expliqué, le procédé commence par une étape (a) de réception des données descriptives d'un état d'un réseau électrique 2, comprenant des données instantanées et des données prévisionnelles 15 quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau 2. Grâce à ces données, l'élément de gestion 30 calcule un seuil de puissance injectable sur le réseau 2 en fonction d'une capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau 10 et desdites données prévisionnelles. 20 Par seuil de puissance injectable sur le réseau, on entend un niveau de surplus d'énergie d'origine renouvelable acceptable à l'échelle de l'habitation (mais excédentaire par rapport aux possibilités de stockage). En d'autres termes, là où les systèmes mentionnés précédemment proposaient de maximiser l'autoconsommation au maximum, le présent procédé 25 propose au contraire de laisser volontairement une certaine puissance être injectée sur le réseau, mais à un niveau qui sera soit minimum et compatible avec les contraintes des infrastructures électriques. Il est à noter que ce seuil peut tout à fait être nul (c'est-à-dire qu'on revient à l'autoconsommation maximale) si le niveau de production d'énergie 30 d'origine renouvelable est suffisamment faible (par exemple journées d'hiver en cas d'énergie renouvelable d'origine photovoltaïque) pour qu'une consommation intégrale de cette énergie soit possible. Le résultat est visible sur la figure 3a. Dans l'exemple représenté, le seuil est calculé à 491W. Comme on peut le voir, de l'énergie est en permanence injectée dans le réseau 2, mais à un niveau faible et de façon constante. Ainsi, on consomme la même quantité d'énergie qu'avant, mais de façon mieux répartie le long de la journée et on évite le pic de fin d'après-midi. Cette étape (b) peut être faite une fois par jour (le matin, par exemple 6h), mais il est à noter qu'elle peut être répétée pour affiner la valeur du seuil. Dans cette étape (b), l'élément de gestion 30 commence par estimer la capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau 10. Par capacité énergétique potentielle, on entend la quantité d'énergie encore stockable par le réservoir 10. En supposant que le volume d'eau dans le réservoir 10 est constant (l'eau chaude soutirée est remplacée par de l'eau à température ambiante), cette capacité potentielle est par exemple fonction d'un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir 10 généré par une sonde de température 20. En particulier elle peut être donnée par la formule Estockage = m * Cp * (Tconsigne Tmoyenne), où m est la masse d'eau stockée (par exemple 200 kg), Cp la capacité thermique massique de l'eau (1,163 Wh.kg-1K-1), Tconsigne consigne et Tmoyenne la température moyenne mesurée par la sonde 20 (par exemple 55°C à un moment donné). La prise de température peut être instantanée, mais il est préférable d'avoir une température moyenne sur quelques minutes par exemple pour éviter des erreurs. Il est possible de retirer à cette capacité potentielle une estimation de l'énergie qui va être soutirée sur la journée, ou tout simplement réitérer le calcul de cette capacité potentielle plusieurs fois dans la journée. Cette capacité potentielle ainsi que les données prévisionnelles permettent de calculer ce seuil. Le seuil doit être tel que l'intégrale du surplus d'énergie au-delà du seuil doit approximer la capacité potentielle estimée (en restant inférieure). En termes plus mathématiques, si CDEp (f) désigne le surplus/déficit d'énergie d'origine renouvelable prévu àinst ant t la température de consigne (par exemple 65°C) de la journée à venir, alors Estockage = fCDEprev(0>seuil(CDEprev(t) - seuil)dt. En pratique, l'aire entre la courbe des écarts de référence (pointillés) et la courbe des écarts obtenue grâce au procédé doit être le plus proche 5 possible de la capacité énergétique potentielle. La valeur de seuil peut être obtenue par dichotomie entre 0 et la puissance crête installée. Partant par exemple d'une valeur médiane (ou du seuil déterminé pour la journée précédente), l'énergie à stocker est calculée pour cette valeur de seuil et comparée avec la capacité potentielle estimée du réservoir 10 : si la valeur 10 calculée est supérieure à la capacité potentielle, alors le seuil doit être rehaussé, et inversement. Quelques itérations suffisent à obtenir une valeur acceptable de seuil. Il est à noter que, comme la capacité potentielle, il peut être actualisé plusieurs fois dans la journée. Dans une étape (c), l'élément de gestion 30 génère de façon 15 dynamique une consigne de puissance en fonction dudit seuil de puissance injectable et desdites données instantanées. Plus précisément, une consigne P(t) est calculée à tout instant de sorte à consommer l'écart entre le surplus actuel d'énergie d'origine renouvelable et le seuil. Par exemple, pour un seuil à 491W, si le surplus à un instant t est de 1500W, alors la 20 consigne sera fixée à 1009W. De façon connue, ladite consigne est émise dans une étape (d) à destination du module de contrôle 12 du dispositif de chauffage 11 de l'eau du réservoir 10, de sorte à réguler en puissance le moyen de chauffage en fonction de la consigne de puissance (en d'autres termes imposer la 25 consigne de puissance). Il est à noter que la consigne de puissance peut être ignorée si elle est de nature à perturber le confort de l'utilisateur. Des tests ont montré que dans l'exemple de référence évoqué, le 30 gain sur le pic d'injection annuel est de 12%. Par ailleurs, le surplus injecté sur le réseau à une puissance supérieure à 1000W représente 188 kWh/an au lieu de 1480 kWh/an.

Seuil maximal De façon préférée, il peut être prévu un seuil maximal de puissance 5 injectable sur le réseau 2 (il peut être compris dans les données descriptives de l'état du réseau 2 reçues et être déterminé en fonction d'un état plus global du réseau). Ce seuil maximal est un seuil de référence de puissance injectée sur le réseau 2, correspondant à un niveau acceptable de contraintes sur les infrastructures électriques. En dessous de ce seuil, 10 les infrastructures sont considérées protégées. Si le seuil calculé à l'étape (b) n'atteint pas ce seuil maximal (c'est à dire que le CEJ est capable de respecter un niveau d'injection d'énergie d'origine renouvelable sur le réseau 2 plus bas que ce seuil, en d'autres termes que si le CEJ respecte ce seuil, il n'utilise pas la totalité de sa 15 capacité énergétique), il peut être prévu (si l'utilisateur ou l'opérateur du réseau 2 l'ordonne) de limiter la consigne de puissance générée à l'étape (c). Dans un cas extrême, il peut être prévu (comme l'on voit sur la figure 3b) de prendre le maximum entre le seuil calculé et le seuil maximal prédéfini (en d'autres termes, si le seuil calculé est inférieur au seuil 20 maximal il est remplacé par le seuil maximal). Alternativement, il peut tout à fait être par exemple prévu que le maximum entre le seuil calculé et une moyenne (ou une autre combinaison) des deux seuils est prise. Cela permet de réduire le déplacement de la consommation du chauffe-eau de la nuit vers le jour, en particulier pour bénéficier du tarif 25 heures creuses, tout en limitant au maximum le pic de production. Cette solution permet par exemple, quelques jours avant une journée extrêmement chaude anticipée, de garder une partie de la capacité de stockage disponible et de permettre de gérer cette dernière journée de façon optimale.

30 Notons que l'arbitrage entre autoconsommation « forcée » et injection sur le réseau (i.e. modification du seuil calculé si ce dernier est inférieur au seuil maximal) pourrait ainsi dépendre d'un tarif d'obligation d'achat variable tantôt supérieur ou inférieur au prix de vente. La stratégie serait alors la minimisation de la facture énergétique du client (dépenses recettes). Soit Spv le surplus de puissance d'origine renouvelable, Tachat(t) et Pvente(t) le tarif d'achat et le prix de vente à l'instant t. Lorsque la source d'énergie d'origine renouvelable est raccordée en aval du compteur 31 (cas de la figure 1 b), déplacer le fonctionnement du CEJ des HC (Heures Creuses, i.e. le moment où le prix de vente d'électricité est minimal) vers t pour autoconsommer Spv(t) est intéressant si Tachat(t) < Pvente(HC). A supposer que le seuil calculé est inférieur au seuil maximal, il peut ainsi être prévu que le remplacement du seuil calculé par le seuil maximal (calcul du maximum des deux seuils) n'est mise en oeuvre que si la condition ci-dessus n'est pas respectée. En effet, si Tachat(t) < Pvente(HC) il est intéressant dans tous les cas d'autoconsommer au maximum (pas de comparaison nécessaire des seuils et donc pas de limitation de la consigne de puissance), alors que si Tachat(t) > Pvente(HC) il devient intéressant d'autoconsommer seulement jusqu'au seuil maximal (pour garantir un niveau d'injection acceptable sur le réseau 2), et de garder la « réserve » de capacité énergétique pour les heures creuses afin d'alléger la facture du client. L'enclenchement dépend aussi du taux de couverture du surplus renouvelable. Dans tous les cas, comme évoqué avant, la consigne de puissance peut être ignorée si elle est de nature à perturber le confort de l'utilisateur. Les tests réalisés par la demanderesse montrent ainsi que dans 25 l'exemple de référence le surplus injecté sur le réseau à une puissance supérieure à 1000W ne représente plus que 35 kWh/an. Dans le cas où le seuil calculé à l'étape (b) est au-delà du seuil maximal (en d'autres termes le CEJ est insuffisant seul pout atteindre la consommation souhaitée), il peut être prévu des mécanismes de délestage 30 additionnels : limitation de la production (écrêtement), recours à des moyens de stockage auxiliaires tels que des batteries (stationnaire ou embarquée dans un véhicule, et auxquelles les stratégies de charge peuvent également s'appliquer), etc. L'idée est ainsi d'absorber au fil de l'eau le surplus supérieur à la consigne de puissance grâce au pilotage, et à de mettre en oeuvre en deuxième ressort un mécanisme d'écrêtement/stockage complémentaire de la production si ce premier levier s'avère insuffisant afin de garantir un non dépassement. Mécanisme de leurre Dans un mode de réalisation particulièrement préféré (représenté par la figure 1 b) le système 1 comprend en outre un élément de leurre 21 (qui est typiquement confondu avec l'élément de contrôle 30) disposé entre la sonde 20 et le module de contrôle 12. L'élément de leurre 21 et l'élément de gestion 30 peuvent être distincts et reliés à un gestionnaire d'énergie commun 31 (comme dans le cas de la figure 1 b). Dans tous les cas, cet élément de leurre 21 est configuré pour intercepter et modifier le signal émis par la sonde 20 de sorte à modifier (en particulier augmenter) la capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau 20 10, en fonction des données descriptives d'un état dudit réseau électrique 2. En d'autres termes, l'élément de leurre 21 fausse volontairement les mesures de température de la sonde 20, de sorte à duper le module de contrôle 12 et altérer la régulation de la température du réservoir 10. Le signal est en fait intercepté par l'élément de leurre 21, modifié et renvoyé au 25 module de contrôle 12. Ce dernier le traite comme étant un signal authentique issu de la sonde 20. Par exemple, pendant une phase de chauffe de l'eau (et donc de remontée en température du réservoir 10), l'élément de leurre 21 peut modifier le signal envoyé par la sonde 20 de sorte à faire croire au module 30 de contrôle 12 que l'eau est moins chaude qu'elle ne l'est réellement. Cela permet ainsi de dépasser le deuxième seuil de température, et d'influer sur le calcul de la capacité énergétique potentielle (qui dépend de la mesure de température de la sonde 20). Ce mécanisme se combine très avantageusement avec le calcul du seuil de puissance injectée de l'étape (b) : si le seuil calculé dépasse le seuil maximal, il peut être prévu une augmentation « artificielle » de la capacité énergétique potentielle via leurre, de sorte à diminuer le seuil obtenu par calcul (jusqu'à passer sous le seuil maximal). La dichotomie peut être utilisée. Un tel mode « surchauffe » peut être utilisé pour augmenter la consommation du CEJ et donc la quantité d'énergie stockée. Dans ce mode, l'élément de leurre 21 est configuré pour que le signal reçu par le module de contrôle 12 soit représentatif d'une température plus basse que la température réelle de l'eau du réservoir 10, 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 (en d'autres termes si la production d'origine renouvelable est à la baisse à court terme), de sorte à augmenter la capacité énergétique du réservoir d'eau 10. En particulier, si le seuil de puissance injectable sur le réseau 2 est supérieur audit seuil maximal, l'élément de leurre 21 peut être utilisé pour augmenter la capacité énergétique potentielle du réservoir 10 jusqu'à ce que le seuil de puissance injectable sur le réseau 2 obtenu soit égal au seuil maximal. Grâce à la surchauffe, le deuxième seuil de température est franchi et de l'eau à 5, voire 15°C au-delà de la température de confort est stockée. Cela permet de gérer des journées de très forte production, du type de celle représentée sur la figure 3c. Les tests réalisés par la demanderesse montrent ainsi que dans l'exemple de référence, le surplus injecté sur le réseau à une puissance supérieure à 1000W ne représente cette fois plus que 15 kWh/an, soit seulement 11h en cumulé. On connait de nombreuse façon de mettre en oeuvre cet élément de leurre et on se rapportera par exemple à la demande FR1363229 susmentionnée. Si le module de contrôle 12 est une carte électronique évoluée permettant soit d'adapter la température de consigne en fonction des contraintes du système électrique ou de la recevoir sous forme de valeur ou d'allure (typiquement d'un gestionnaire d'énergie), l'élément de leurre 21 peut être directement inclus dans le module de contrôle 12 (en tant qu'élément logiciel).

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de modification de la consommation énergétique d'un réservoir d'eau (10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend 5 des étapes de : (a) réception de données descriptives d'un état d'un réseau électrique (2), comprenant des données instantanées et des données prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau (2) ; 10 (b) calcul par un élément de gestion (30) d'un seuil de puissance injectable sur le réseau (2) en fonction d'une capacité énergétique potentielle d'un réservoir d'eau (10) et desdites données prévisionnelles ; (c) génération par l'élément de gestion (30) d'une consigne 15 dynamique de puissance en fonction dudit seuil de puissance injectable et desdites données instantanées ; (d) émission de ladite consigne à destination d'un module de contrôle (12) d'un dispositif de chauffage (11) de l'eau du réservoir (10), le dispositif de chauffage (11) comprenant un 20 moyen de chauffage alimenté par le réseau électrique (2) ; (e) régulation en puissance dudit moyen de chauffage par le module de contrôle (12) en fonction de la consigne de puissance.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (b) 25 comprend l'estimation par l'élément de gestion (30) de ladite capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau (10) en fonction d'un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir (10) généré par une sonde de température (20). 30
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit signal représentatif de la température de l'eau du réservoir (10) est intercepté et modifié par un élément de leurre (21) disposé entre la sonde (20) et lemodule de contrôle (12) en fonction desdites données descriptives d'un état du réseau électrique (2) pour être représentatif d'une température plus basse que la température réelle de l'eau du réservoir (10), de sorte à augmenter la capacité énergétique potentielle du réservoir (10).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les données prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein du réseau (2) sont des données journalières, les étapes (a) et (b) étant mises en oeuvre au moins une fois par jour.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le seuil de puissance injectable sur le réseau (2) est tel que l'intégrale du surplus d'énergie à une puissance supérieure audit seuil est inférieure 15 ou égale à ladite capacité énergétique potentielle du réservoir d'eau (10).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape (b) comprend la comparaison dudit seuil de puissance injectable sur le réseau (2) avec un seuil maximal fourni avec les données 20 descriptives d'un état d'un réseau électrique (2).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape (b) comprend la mise en route d'un dispositif auxiliaire de stockage d'énergie si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau (2) est supérieur audit seuil 25 maximal.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel l'étape (b) comprend, si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau (2) est inférieur audit seuil maximal, le remplacement du seuil de puissance 30 injectable sur le réseau (2) par une valeur supérieure comprise entre le seuil de puissance injectable sur le réseau (2) tel que calculé et le seuil maximal.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit remplacement du seuil de puissance injectable sur le réseau (2) n'est mis en oeuvre que si un prix d'achat d'électricité d'origine renouvelable est supérieur à un prix de vente minimal d'électricité.
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 en combinaison avec la revendication 3, dans lequel l'étape (b) comprend, si ledit seuil de puissance injectable sur le réseau (2) est supérieur audit seuil maximal, l'augmentation par un élément de leurre (21) de la capacité énergétique potentielle du réservoir (10) jusqu'à ce que le seuil de puissance injectable sur le réseau (2) obtenu soit égal au seuil maximal.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape (a) comprenant la réception desdites données descriptives d'un état du réseau électrique (2) par un boitier (31) depuis un réseau de communication (3), le boitier (31) étant connecté audit élément de gestion (30) ou au module de contrôle (12).
12. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le réseau (2) comprend un réseau local (2b) comprenant des moyens locaux de production d'énergie renouvelable connecté en aval d'un compteur (31), les données instantanées prévisionnelles quantifiant un surplus ou un déficit d'énergie d'origine renouvelable au sein réseau (2) étant des données de consommation fournies par le compteur (31).
13. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de contrôle (12) est configuré pour ignorer la consigne de puissance lorsqu'une température de l'eau du réservoir (10) est supérieure à un seuil prédéfini.
14. 14. Système (1) comprenant : - un réservoir d'eau (10) ;- un dispositif de chauffage (11) de l'eau du réservoir (10), le dispositif (11) comprenant un moyen de chauffage alimenté par un réseau électrique (2) ; - une sonde de température (20) configurée pour émettre un signal représentatif de la température de l'eau du réservoir (10) ; - un module de contrôle (12) régulant en puissance le moyen de chauffage dudit dispositif de chauffage (11) ; le système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de gestion (30) configuré pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des 10 revendications précédentes.