Me déconnecter du réseau électrique pour devenir autarcique grâce à la PAH

Voici la problématique qui m’a amené à participer à ce forum et que je soumets à vos sagacité & créativité (détails de ma réalisation dans le dossier déjà mis en lien dans ma présentation)


SITUATION EXISTANTE

J’utilise le réseau d’électricité comme "batterie" pour y stocker l’électricité produite par un suiveur photovoltaïque d’une puissance d’une puissance de crête de 9.810 W/an (30 panneaux de 327W chacun). C’est ainsi que depuis la mi-juillet (cette année), je commence à « stocker » de l’électricité (près de 1800 kWh à ce jour), de sorte qu’au 30 novembre prochain, l’index de mon compteur réseau ne dépasse pas celui de l’année passée à la même période (le relevé annuel de l’index se fait à cette période).
Voir les relevés journaliers de consommation/production sous tableau Excel
Depuis plus de 5 ans, cela m’a permis de ne plus payer d’électricité ni de combustible (fuel) chauffage. Chaque année, je produis/consomme environ 12.000 kWh, laissant parfois quelques centaines de kWh sur le réseau (en ce y compris pour alimenter une pompe à chaleur géothermique qui s’est complètement substituée à la chaudière fuel : chauffage & ECS).


MON PROJET

Je voudrais à terme me déconnecter du réseau officiel de distribution d’électricité (cf. les raisons données dans ma présentation) : ne pas dépasser l’actuel volume de production/consommation, mais en produisant de l’hydrogène (électrolyseur) avec l’électricité produite (photovoltaïque) en période de surproduction, pour ensuite, reconvertir l’hydrogène en électricité (pile à combustible) durant les périodes de production déficitaire d’électricité ; j’espère ainsi ne plus continuer à utiliser le réseau officiel de distribution comme batterie (système typique à la Belgique via le compteur qui tourne à l’envers). Ce n’est pas un rêve absurde de recourir à l’hydrogène pour y arriver ; cf. cet article, « Certains producteurs photovoltaïques pourraient quitter le réseau dès 2017/ » (voir ci-après)



SYSTÈME DISPONIBLE (sur le marché)

L’article précédent informe de la présence sur le marché du système (Solenco Powerbox) de conversion de l’électricité produite excédentaire sous forme de gaz d’hydrogène dans un réservoir ; ce système reconvertit alors le gaz en électricité lors d’un épisode de sous-production.
Cela se fait donc via le couple électrolyseur/pile à combustible (CEP). « Cette combinaison d’énergie solaire et d’hydrogène suffit pour répondre à l’ensemble des besoins en énergie d’une habitation résidentielle pendant toute l’année », avance le fabricant Solenco ; de plus, en arrivant à produire un peu plus (économies, refroidissement des panneaux…, cf. le dossier dans ma présentation), l’hydrogène pourra aussi être utilisé par la voiture électrique projetée.


CONTRAINTE (défi)

Certes le système SOLENCO utilise directement la chaleur produite par le système pour le chauffage et l’ECS alors que je voudrais valoriser autrement cette chaleur résiduelle pour abaisser fortement la consommation de ma PAC, pour ne pas produire plus d’électricité qu’actuellement (environ 12.000 kWh/an).

En effet, il faut savoir qu’on est confronté au fait que le cycle électricité>hydrogène>électricité (via le CEP) accuse une perte d’environ 40%, c'est-à-dire que pour 1kWh absorbé au départ, 0,6 kWh est produit à la sortie. Les pertes principales se traduisent en émission de chaleur.

En théorie donc, je serais obligé de produire 40% d’électricité en plus pour devenir autonome, mais je suis à la recherche d’une solution qui me permettrait de ne pas devoir produire plus qu’avant voire produire plus encore (pour ce qui serait nécessaire pour faire fonctionner une voiture à hydrogène : ca 3.500 kWh/an).


EBAUCHE D’UNE SOLUTION

La solution serait de récupérer la chaleur totale produite par le CEP pour améliorer le COP de la pompe à chaleur géothermique (PAC) et faire baisser d’autant sa consommation ; le COP est le coefficient de performance ou rapport entre la quantité d'énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment) et l'énergie consommée pour réaliser ce transfert (énergie utilisée pour faire fonctionner le compresseur et certains auxiliaires). Par exemple, une PAC qui produit 3 kWh de chaleur pour une consommation de 1 kWh électrique, a un COP égal à 3. Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante (moins elle consomme). Les PAC géothermiques atteignent presque les mêmes performances que les PAC à sondes géothermiques (mais d’un coût triple et donc impraticable vu un amortissement financier raisonnable hors délai).
Et donc :
           Énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment)
le COP = ---------------------------------------------------------------------------------------
          Énergie consommée pour réaliser le transfert (compresseur et auxiliaires)

En effet, je pense pouvoir valoriser cette chaleur, de sorte à booster le COP de la PAC en faisant chuter alors sa consommation (fonctionnement ralenti) :

1° en faisant profiter directement la PAC (eau du circuit venant le sol réchauffée à l’arrivée) ;

2° en réchauffant parallèlement (si le volume de l’apport calorifique le permet) le circuit d’eau glycolée (de la PAC géothermique - ca 600 litres), ce qui amènera une eau à une température supérieure à la température actuelle ;

3° en réchauffant le réservoir tampon relié aux radiateurs (si le volume restant disponible de l’apport calorifique le permet).
N.B. Le but est d’économiser autant que possible (voir le dépasser) les 40% de perte du cycle électrolyseur/pile à combustible (voire plus, comme décrit).


ATOUT

La bonne nouvelle c’est que c’est durant le travail de la pile à combustible que la chaleur dégagée est la plus importante et précisément durant les périodes froides où la PAC consomme le plus. Actuellement, le COP de la PAC grimpe encore à 2,5 durant la période de gel intense (ca - 12° : record de février 2012) pour voguer ensuite entre 3 et à plus de 4,5 proportionnellement au réchauffement du sol vu des conditions climatiques de plus en plus favorables. Cela veut dire que lorsqu’elle atteint un COP de 4,5, elle consomme alors presque la moitié de moins qu’en période la plus froide, parce qu’elle doit alors fonctionner la moitié du temps en moins. Sa consommation est d’environ 2,2 kWh, ce qui donne les chiffres périodiques suivants, sur base de relevés réellement observés pour un nombre de jours (240) de chauffe (PAC qui assure le chauffage & l’ECS) par an :
• température ext. de -10° à -5° = 70 kW/J x 15j = 1.050kW/an
• température ext. de -5° à 0° = 60 kW/J x 30j = 1.800kW/an
• température ext. de 0° à 5° = 40 kW/J x 60j = 2.400kW/an
• température ext. de 5° à 10° = 17 kW/J x 75j = 1.275 kW/an
• température ext. de 10° à 15° = 5 kW/J x 60 = 300 kW/an
Reste de l’année (uniquement pour la production d’eau chaude sanitaire) : 125j/an, moyennant une consommation de 2 kW/j = 250kW/an.
Total de la consommation par la PAC : < 7.000 kW/an.


VOTRE AIDE

J’ai besoin de votre aide pour les calculs suivants, sachant que :
- l’eau glycolée à l’entrée de la PAC sera donc réchauffée par la récupération de la chaleur produite par le CEP (Att ! la température autorisée de l’eau captée par la PAC ne peut pas dépasser les 20°),
- parallèlement et en le modulant, l’eau glycolée stockée dans le sol (ca 600 litres) sera donc réchauffée, le sol (rappel à 1,5m de profondeur) fait alors office de thermos ,
- s’il y avait un excédent de chaleur (non valorisée par les biais précédents), il pourrait alors servir à réchauffer le ballon-tampon qui assure l’échange de chaleur entre ce que produit la PAC et l’ensemble des radiateurs (entrée & sortie de réserve déjà prévues sur le ballon-tampon),
- la puissance maximale de la PAC est de 10,4 kV pour une consommation horaire de 2,2 kWh ,
- l’eau glycolée réchauffée permet au sol (d’où elle tire sa chaleur) qu’il se comporte comme un thermos, tout en augmentant sa température (en été, on passerait alors de 15° à bien plus) ; cela permettrait à la PAC de moins consommer pour l’ECS en été, mais aussi de démarrer fin septembre en consommant moins et durant les périodes froides suivantes, de consommer encore nettement moins,
- que la température de l’eau glycolée captée varie actuellement de >15° (été) à -1° (période de gel intense et après fonctionnement prolongé de la PAC), sachant que l’eau glycolée refoulée par la PAC est inférieure de < 5° à la température de l’eau captée. N.B. Entre les séquences de fonctionnement de la PAC (surtout la nuit), l’eau à <5° se réchauffe alors à >1°.

Q1 : à quelle température sera portée l’eau glycolée (en sortie de sol) en bonne saison (lors du travail de l’électrolyseur) ?

Q2 : à quelle température sera portée l’eau glycolée (en sortie de sol) en mauvaise saison (lors du travail de la pile à combustible), sachant qu’alors elle bénéficie d’un apport calorifique du CEP bien plus important que lors de la fabrication d’hydrogène (cf. Q1) et que cela se passe durant la période où la PAC consomme le plus ?

Q3 : y a-t-il déjà des configurations domestiques de ce type existantes ?


BUT

Fort de ces chiffres estimatifs, je pourrai alors mieux évaluer le gain en COP et donc en électricité, en espérant ainsi éponger les 40% de perte du CEP, voire plus encore…
En effet, je me demande si le gain espéré ne devrait pas être supérieur, sachant que la consommation de la PAC ne pourra que chuter très fortement, vu sa faculté première qui est de multiplier les calories absorbées de deux à presque cinq… suivant la température de l’eau qu’elle traite et qui sera(it) donc nettement revue à la hausse grâce à l’apport de la chaleur du CEP…


Merci par avance pour votre collaboration et vos suggestions !

Bonjour Baudouin,

Hé bien... Chapeau bas mon Ami !

Je t'avoue que je suis admiratif.
Comme quoi des études en Philosophie & Lettres mènent à tout

Si tu pouvais poster quelques photos de ta réalisation actuelle ça serait super, pour pouvoir mieux se rendre compte de visu.
Car 30 panneaux de 327W doivent faire une sacrée surface quand même.
Et ça pourra donner peut-être des idées à quelques membres (et pourquoi pas moi).

Pour ce qui est de tes demandes, je ne pense  pas malheureusement être à la hauteur étant un peu, beaucoup, énormément ignorant dans ce domaine.
A une époque, J'ai travaillé sur les clims, donc sujet connexe, mais uniquement dans la connaissance du fonctionnement et non dans les calculs de conception.
Mais peut-être qu'un autre membre...

Néanmoins, ton projet est super et très intéressant.
Si tu acceptes de continuer à le développer ici, il est fort probable que sur au moins certains points, nous pourrions participer au moins un petit peu.

@++

Merci Alain pour ton feedback et très encourageant !

Photo du site (Google) :

Photo du chantier pompe à chaleur :

Photo du suiveur :

Système de valorisation des eaux usées de douche pour alimenter trois WC :

Détails & autres photos de tout cela sur cette page Web

Citation :

Néanmoins, ton projet est super et très intéressant.
Si tu acceptes de continuer à le développer ici, il est fort probable que sur au moins certains points, nous pourrions participer au moins un petit peu.

J'accepte bien-sûr de continuer, en espérant qu'avec la rentrée scolaire (au 1er septembre ici en Belgique), le forum se réveille...

Asl a écrit:

Comme quoi des études en Philosophie & Lettres mènent à tout

En fait, je voulais être ingénieur-technicien mais pour mes parents ce n'était pas assez élevé ! ! !

Quand je pense qu'en Allemagne, ce sont les diplômés "techniques" qui et bien justement, ont la (bonne) cote !

Bonjour,

Citation :

... pour mes parents ce n'était pas assez élevé ! ! !

Ah ! Les parents
Peut-être une autre époque...

@++

Super projet!

Bonjour Arnaud,

Merci pour les encouragements !

Baudouin

Au fil de mes recherches à propos de la fabrication d'hydrogène, j'ai trouvé ce très intéressant article (suisse) datant de ce jour (2 septembre 2017) :


Avantage financier certain :

"Notre objectif était donc de développer un catalyseur qui soit à la fois efficace et bon marché en se passant de métaux nobles», [...]

Pour ce faire, les chercheurs ont recouru à un matériau déjà connu: un composé complexe de baryum, de strontium, de cobalt, de fer et d'oxygène, ce qu'on appelle une perovskite. Mais ils ont commencé par développer un procédé permettant de produire ce composé sous forme de nanoparticules.".[...]

"Ces travaux pourraient constituer une base importante pour le développement d'électrolyseurs d'eau de prochaine génération, conclut le PSI."

Source :Tribune de Genève mais qui relaye en fait ce qui se trouvait déjà depuis début juillet 2017 sur le site de
PSI (Institut Paul Scherrer)

Bonjour Baudoin,

De retour et en pleine forme !

Pour la fabrication d'hydrogène, tu te diriges vers quelle piste ?

@++

Bonjour Alain,

J'espère que ton congé a été ressourçant... vu que tu nous reviens en pleine forme !

Choix du système CEP (Couple Électrolyseur-Pile à combustible) :
faute de mieux (disponibilité en Belgique), je me dirige vers la Powerbox (pile à combustible réversible) de la marque SOLENCO (déjà citée) : et qui est représentée en Belgique par la firme GIACOMINI de Bierges (région de Wavre). C'est au départ le Dr en Physique et en Philosophie, Hugo Vandenborre qui a créé la marque et le concept Solenco. Lire son article : Le chaînon manquant pour l’utilisation massive du  photovoltaïque solaire résidentiell qui explique le tenants et aboutissants de la Powerbox Solenco (texte en français à partir de la page 39).


J'ai appris du directeur M. Julien Nyst de la firme Giacomini, mais sans plus de détails (des questions restent en suspend) que :

* leur Powerbox est une pile à combustible (à hydrogène) réversible et qui n'utilise que l'eau de pluie filtrée (et pas du gaz naturel comme cela existe avec d'autres systèmes, à cogénération) ;

* lis prévoient des unités qui vont de IKW à 50 kW(capables de produire de 1 kWh à 50 kWh) ; une unité de 1KW coûtera(it) 5000€ ; dans mon cas, une unité de 4KW sera nécessaire, étant donné le fonctionnement de la pompe à chaleur (PAC) géothermique d'une puissance (modérée) de 10,4 kW (2,4 kWh environ de consommation) + l'utilisation d'une cuisinière électrique + la consommation domestique restante.

* l’électrolyseur produisant peu de chaleur, elle n'est pas valorisée ; en revanche la pile à combustible produit une chaleur de 80° qui pourra donc être judicieusement utilisée par la PAC (comme expliqué dans ma présentation), mais je ne sais toujours pas quelle quantité d'eau elle peut ainsi traiter et donc les conséquences positives exactes sur la consommation de la PAC ;

* la perte totale est réduite à 20% ; il faudra donc que la récupération de la chaleur résiduelle puisse au moins permettre à la PAC de consommer 20% d'électricité en moins (pour compenser les pertes) et, comme déjà dit dans le dossier (plus haut), en espérant pouvoir produire suffisamment d'hydrogène, pour faire fonctionner une voiture ad hoc (genre Hyundai, dont le prix de vente devrait chuter à ca 20.000€ en 2020...), qui doit parcourir ca 11.000 km par an.  N.B Comme il faut une pression de 350 bar pour arriver à injecter l'hydrogène dans le réservoir de la voiture ; vu la place réduite disponible), il faudra alors mettre en jeu un compresseur pour y arriver ;

* Solenco & Giacomini n'ont pas encore eu de sollicitation autre que la mienne par rapport à la valorisation de la chaleur résiduelle par une PAC ;

* je me rendrai chez eux (à Bierges) en novembre, époque à laquelle une unité devrait être opérationnelle.

Vidéo : Présentation Powerbox Solenco à l'A.G. de TPCV dernièrement ; (Touche Pas à mes Certificats Verts, est une association belge dont je suis membre et qui este régulièrement en justice pour défendre les intérêts des prosumers face aux volte-face des pouvoirs publics parce qu'ils enfreignent allègrement et à plusieurs égards le principe de non-rétroactivité juridique.

Bonjour Baudoin,

Impressionnant tout ça

Et tes prévisions du coût de ton système complet ?

@++

Merci, Alain, pour tes encouragements !

En fait, je ne pense faire l’acquisition du système que lorsque se pointeront la perspective proche de :

1° la redevance prosumer de 800€ par an ;

2° la fin du système du compteur qui tourne à l’envers et donc le troc des kWh produits qui ne seront plus en strict compensation à des kWh prélevés, mais la revente des kWh produit à 25% du prix de ceux prélevés. D’après mes calcul sachant que je prélève 70% de mes kWh (au prix de 0,25€/kWh), cela aura un coût de 0,187€ par kWh prélevé et donc un coût total de 1.636€ par an (70% de la production de 12.500 kWh/an) ;

N.B. IL faudra prendre en compte l’économie de carburant (voiture à hydrogène) d’environ 900 €/an (10.000km/an), sans compter les primes diverses (certes très minimes en Belgique en comparaison de ce qui est alloué en France).

Au total donc, un budget près de 2.500€ par an et qui constituerait donc un budget annuel permettant l’amortissement du système projeté. Si je ne n’investis rien, ce montant de 2.500€ sera donc perdu et en plus sujet à augmentation au-delà de l’inflation (on annonce une augmentation du coût de l’électricité augmentée de la TVA).

J’espère constituer un partenariat avec la firme qui installera le système, du fait de son originalité ; j’espère alors ne pas devoir dépasser un investissement de 20.000€° : ce serait en effet la première fois qu’un pile à combustible réversible sera couplée à une pompe à chaleur dans le but donc de diminuer drastiquement sa consommation.
(°) rappel, le seul coût d'une unité de 4KW serait de 20.000€ (plus placement, compresseur à 350bar pour pouvoir injecter de l'hydrogène dans la voiture ad hoc et divers coûts)

Ce surplus d’économie permettra :

- de compenser la perte de 20% du cycle électricité > hydrogène > électricité ;
- de pouvoir stocker suffisamment pour faire rouler une voiture à hydrogène (ca 1000km/an)
- de compenser la perte d’efficacité des panneaux, ce qui reculera d’autant plus l’échéance de leur remplacement : en théorie, la date butoir à partir de 25 ans (en 2037) et cette économie n’a pas été prise en compte dans le calcul suivant de l’amortissement de l’investissement à faire pour un tel système.

Balance : l’amortissement du système devrait idéalement ne pas dépasser 10 ans ; économisant donc environ 2.500€ par an, le budget disponible serait donc de 25.000€ (ce qui correspond au coût prévisible des 20.000€ annoncés + quelques frais). CQFD ?

Qu’en pensez-vous ?

P.S.

Pour ceux qui ne voudraient pas passer du temps à relire tout le topic, voici les détails du projet.

Rappel du lien vers le texte explicatif de mes réalisations (maison ancienne à énergie positive, eau, chauffage et électricité)

Dans le cadre de mes recherches (continues) sur le Net,
j'ai trouvé ce plus que très intéressent rapport (N°17562) du Sénat français (fin 2013)  :


RAPPORT au nom de

L’OFFICE PARLEMENTAIRE D'ÉVALUATION
DES CHOIX SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES

sur

L’HYDROGÈNE : VECTEUR DE LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE ?
par
MM. Laurent KALINOWSKI, député, et Jean-Marc PASTOR, sénateur

BILAN depuis 2017

1° Je ne suis pas encore passé à l'hydrogène mais j'ai réalisé un dossier étoffé :
http://www.retrouversonnord.be/Projet_hydrogene_Giacomini.doc

2° En lieu et place d'une voiture à hydrogène j'ai acquis d'occasion une voiture électrique et qui roule gratuitement suite à l'économie faite sur ma consommation générale (sans me  priver) et donc voici les astuces mises en oeuvre pour y arriver
http://www.retrouversonnord.be/Autarcie.htm#DoIt

C'est grâce à elles que j'ai pu dégager (rien que pour l’électricité), > 1500 kWh nécessaires pour faire rouler ma VE ; en fait j'ai économisé près de 3000 kWh/an : preuve :
http://www.retrouversonnord.be/Copie_de_Stat_Prod_Cons_BL_2015-version_25-7-2015.xls

3° J’ai aussi visité une maison hollandaise autonome grâce au système décrit dans le dossier (Solenco Power Box) ; voici le compte rendu détaillé http://www.retrouversonnord.be/utilisation_pile_combustible_H2_reversbile_maison_individuelle.doc