Une gestion intelligente de l'énergie dans la pratique: enfin une vue sur l'impact réel

75% de consommation de gaz en moins sans rénovation majeure

Les prix de l'énergie sont volatils et les ménages sont encouragés à réduire leur consommation, à produire localement et à être flexibles dans leur utilisation de l'énergie. Cette étude de cas montre comment une maison traditionnelle a évolué vers une gestion intelligente de l'énergie grâce à l'intégration de l'énergie solaire, d'un réservoir tampon, d'une batterie domestique, de véhicules électriques et d'un système de contrôle open source. Les résultats? Une réduction drastique de la consommation de gaz, une meilleure utilisation de la production solaire, une réduction des pics de consommation et des économies sur le tarif capacitaire.

Du photovoltaïque au chauffage: le réservoir tampon comme pivot

La maison en question est un bâtiment semi-ouvert datant de 1996 qui a été rénové. Le système de chauffage a été repensé autour d'un réservoir tampon central (800 litres) qui stocke la chaleur, comme le montre la figure 1. La production d'eau chaude est assurée soit par le surplus de production photovoltaïque (résistance à immersion de 3 kW), soit par la chaudière gaz à condensation. Cette eau chaude est utilisée à la fois pour le chauffage central et pour l'eau chaude sanitaire. Le réservoir tampon est équipé de trois serpentins:

• Le serpentin supérieur est utilisé pour l'alimentation en eau chaude des radiateurs.
• La deuxième est actuellement utilisée pour la production d'eau chaude sanitaire (ECS).
• Le troisième n'est pas encore utilisé, mais il pourrait être raccordé à une pompe à chaleur à l'avenir.

Grâce à l'utilisation optimale d'un réservoir tampon, la consommation annuelle de gaz est passée d'environ 2.500 m³ à 620 m³ sur une longue période (voir figure 2). Cela a été possible grâce à un contrôle intelligent d'une résistance à immersion électrique dans le réservoir tampon, qui utilise l'excédent de production photovoltaïque pour chauffer l'eau. Cette commande intelligente est contrôlée par un système de gestion de l'énergie (EMS), qui assure un contrôle efficace de la résistance électrique en fonction de l'excédent de production voltaïque. La température dans le haut du réservoir est surveillée en permanence. Dès qu'elle descend en dessous de 46°C (réglage d'hiver pour la saison de chauffage), la chaudière à gaz se met en marche.

Les radiateurs de chaque pièce de la maison sont équipés de thermostats Netatmo pour contrôler la demande de chaleur. Ces thermostats sont reliés à un système Controllino et enregistrent la température ambiante et la demande de chaleur. Bien que les thermostats Netatmo ne soient pas directement liés au réservoir tampon, ils provoquent l'ouverture des vannes thermostatiques lorsqu'il y a une demande de chaleur dans la pièce. Lorsqu'il y a une demande de chaleur, le Controllino active la pompe de circulation du chauffage central.

Grâce à une surveillance continue et à un suivi fréquent des données, les inefficacités ont pu être rapidement détectées et corrigées. Par exemple, la pompe à stratification assure une distribution efficace de la température dans le réservoir tampon lorsque cela est nécessaire, par exemple pour éviter une surchauffe en été. Cette pompe a été ajoutée par la suite pour éviter les températures élevées dans la partie supérieure du réservoir.

Optimisation de la consommation propre: eau chaude solaire

Le système photovoltaïque, composé de 36 panneaux photovoltaïques, fournit de l'électricité pour l'usage domestique, le chauffage et l'eau chaude. Hors saison, la production est souvent suffisante pour répondre à la demande de chaleur, comme le montre la figure 3.

En hiver, la contribution est plus faible, mais reste importante. L'autoconsommation du photovoltaïque est de 91%, le taux d'autosuffisance de 56% sur base des données mesurées sur une année complète (2023). En outre, la production d'eau chaude sanitaire est entièrement assurée par l'excédent de production photovoltaïque pendant la période allant de mi-avril à début octobre.

Rôle des systèmes de gestion de l'énergie dans le contrôle et la surveillance de l'énergie intelligents

Aujourd'hui, la surveillance et le contrôle des installations se font par l'intermédiaire d'un système de gestion de l'énergie. Ce système constitue la plateforme centrale où toutes les données sont rassemblées et à partir de laquelle les contrôles sont également configurés et gérés. Le système de gestion de l'énergie remplit plusieurs fonctions:

• Surveillance en temps réel des flux d'énergie, y compris la consommation d'électricité, la consommation de gaz et la consommation thermique par le biais de capteurs de débit et de température;
• Surveillance de la stratification de la température dans le réservoir tampon, ce qui est crucial pour un déploiement efficace de la demande et de la production de chaleur;
• Visualisation via des tableaux de bord interactifs, y compris la consommation d'énergie par quart d'heure, la production de l'installation photovoltaïque et la détection des pics de consommation;
• Contrôle de la production de chaleur en fonction de la demande, adaptée au confort;
• Contrôle intelligent de la production photovoltaïque où l'énergie solaire excédentaire est distribuée de manière optimale au réservoir tampon, à la batterie domestique et au chargeur de VE.
• L'infrastructure EMS est évolutive et flexible, ce qui permet d'intégrer facilement des mesures ou des scénarios de contrôle supplémentaires. La structure modulaire a permis au système d'évoluer avec l'installation, en répondant à chaque fois à de nouvelles idées ou à des extensions techniques.

La recharge intelligente porte ses fruits: une batterie domestique et un véhicule électrique à des tarifs dynamiques

Les batteries domestiques soutiennent le chargement des véhicules électriques (VE) et le chauffage central en stockant les excédents. Environ 11% de la capacité de la batterie est réservée à l'alimentation de secours. La batterie est contrôlée par un système de gestion de l'énergie, mais sa priorité est inférieure à celle du réservoir tampon.

Les gros consommateurs tels que les chargeurs de VE sont principalement commandés la nuit afin de profiter des tarifs les plus bas et d'assurer une meilleure distribution des puissances élevées, comme le montre la figure 4. Grâce à ce contrôle intelligent, les grosses consommations coïncident rarement, ce qui garantit une distribution plus progressive de la puissance tout au long de la journée.

De la mesure au contrôle: les pointes quart-horaire sous contrôle

L'un des piliers de la gestion intelligente de l'énergie est le contrôle de la puissance quart-horaire, qui détermine le tarif capacitaire. La figure 5 montre que la pointe quart-horaire a été réduite de 8 kW à 6,5 kW. Cela a été possible grâce à un suivi précis, à des notifications automatiques en cas de dépassement d'une valeur prédéfinie et à une distribution ciblée des consommateurs dans le temps, contrôlée par l'intermédiaire de l'EMS.

Les tableaux de bord en temps réel permettent non seulement de connaître la puissance actuelle, mais aussi de visualiser les profils de consommation historiques. Les applications gourmandes en énergie, telles que les chargeurs de véhicules électriques, les pompes à chaleur ou les machines à laver, peuvent ainsi être programmées de manière intelligente en fonction de la puissance disponible. Cette approche entraîne une réduction directement mesurable du tarif capacitaire et augmente la prévisibilité des factures d'énergie.

Conclusion: un système énergétique intelligent réalisable

Ce cas pratique démontre de manière convaincante qu'un contrôle intelligent de l'énergie avec des technologies existantes et sans rénovations majeures peut avoir un impact évident. Avec une consommation de gaz réduite de 75% sans sacrifier le confort thermique, un pic de consommation de 19% et des économies d'électricité annuelles de 200 à 250 euros, les résultats sont tangibles.

La force de cet exemple réside non seulement dans le résultat final, mais aussi dans la manière dont il a été obtenu: grâce à une intégration bien pensée de l'énergie solaire, du stockage, de la surveillance et du contrôle, et grâce à un système de gestion de l'énergie qui a été développé étape par étape. Tous les détails de cette installation ne sont pas facilement transférables, mais de nombreux éléments individuels le sont:

• l'utilisation d'un réservoir tampon comme pivot entre l'électricité et la chaleur
• l'utilisation intelligente de l'excédent d'énergie photovoltaïque
• la gestion active des pointes quart-horaire;
• et surtout: la manière dont le suivi est traduit en actions concrètes.

Pour ceux qui sont soucieux de l'énergie et prêts à donner un coup de pouce à leur système, cette maison montre un chemin réalisable, évolutif et inspirant vers une utilisation plus intelligente de l'énergie, avec des avantages mesurables en termes de consommation, de confort et de coûts.

Ce cas pratique fait partie du projet COOCK+ OStuTech (Optimal Control of Technologies in a Home and SME), soutenu par VLAIO.