CHAPITRE 5 COMPENSATION DES VARIATIONS DE PUISSANCE
5.2 Simulation d’un cas de modulation de puissance
Afin d’illustrer la compensation des variations photovoltaïques, PVar(t), en modulant la puissance
de l’élément du bas des chauffe-eau, une journée solaire sera étudiée. Ce cas est basé sur la journée solaire 1 présentée au chapitre 4. Il s’agit d’une journée avec une production photovoltaïque de 145 Wh. La compensation des variations de puissance photovoltaïque de ce cas est basée sur une fenêtre d’observation de 30 minutes. La Figure 5.6 présente la production photovoltaïque P(t), la moyenne mobile avec fenêtre d’observation de 30 minutes, Pmoy(t), et la
puissance photovoltaïque variable à compenser, PVar(t). La valeur absolue des quantités d’énergie
(positives et négatives) à compenser E_PVar_Jour est de 33 Wh, soit 23% de l’énergie
photovoltaïque produite E_P_Jour durant cette journée.
Figure 5.6 Production photovoltaïque, moyenne mobile et puissance à compenser avec le contrôle d’une population de chauffe-eau.
En comparant ce cas à l’analyse des données annuelles du chapitre 4, il est possible de situer l’ampleur des variations de production photovoltaïque de cette journée par rapport aux moyennes annuelles. En se référant au chapitre 4 sur les données annuelles de la production photovoltaïque de CanmetÉNERGIE, une fenêtre d’observation de 30 minutes mène à une variation moyenne de l’énergie à compenser équivalente à 19,5%. Une journée avec 23% de variation d’énergie comme le cas sélectionné n’est donc pas le pire cas observé, mais est au-delà de la moyenne annuelle pour une fenêtre d’observation de 30 minutes et bien au-delà de l’énergie à compenser pour des fenêtres d’observation plus courtes, comme présenté dans le Tableau 4.4. Puisque cette journée a une forte variation positive (PVar(t) › 0), les variations à compenser sont inversées dans les
prochaines simulations afin d’obtenir une forte modulation négative sur le profil de demande des chauffe-eau.
La procédure pour effectuer la simulation d’un cas de compensation des variations de puissance photovoltaïque est basée sur les méthodologies et équations présentées dans les chapitres précédents. Les étapes principales sont les suivantes :
1. Choix de la journée de production photovoltaïque à compenser afin de préparer le fichier d’entrée de production photovoltaïque pour TRNSYS.
2. Simulation avec les mêmes profils d’eau 1 à 10 pour les cas avec et sans compensation des variations photovoltaïques.
3. Analyse des données pour additionner les minutes des jours comme expliqué à la section 4.4.
4. Comparaison entre la puissance de référence de la population sans compensation PCE(t) et
la puissance de la population suite à la compensation PCEVar(t) afin d’obtenir la puissance
compensée par les chauffe-eau, soit PVarCTL(t)
Suite à des simulations préliminaires, il appert que le cas de référence PCE(t) n’est plus le même
qu’au chapitre 4. Cela est dû au changement de puissance de l’élément chauffant qui passe de 3 kW à 2.25 kW et qui engendre une consommation d’énergie journalière plus basse. La Figure 5.7 présente les résultats de puissance du cas de référence PCE_3650(t) avec des puissances de
l’élément chauffant du bas des chauffe-eau de 3 kW et 2.25 kW. Dans ce qui suit, il est donc nécessaire d’utiliser la puissance de référence avec l’élément chauffant de 2.25 kW afin de comparer la puissance d’une population suite à la compensation, i.e. PCEVar(t).
Figure 5.7 Puissance de référence de la population de 3650 chauffe-eau pour des puissances d’éléments chauffant de 3 et 2.25 kW
La Figure 5.8 présente les résultats de la puissance avec modulation pour un seul chauffe-eau
PCEVar(t) et la puissance de modulation PMod(t) pendant une journée. Durant les premières minutes
de la journée (soit la partie encerclée et portant le numéro 1 dans la figure), c’est l’élément du haut du chauffe-eau avec une puissance nominale de 3 kW qui chauffe l’eau; ce cas survient lorsque la température près de l’élément du haut est en dessous de la consigne de 60 °C. Le reste du temps, lorsque la température de consigne de l’élément du haut du chauffe-eau est satisfaite et lorsqu’il n’y a pas de puissance à compenser (soit PVar(t) nulle), la puissance de l’élément
chauffant du bas est de 2.25 kW puisque la modulation se fait autour de cette valeur. Par contre, lorsque le signal de puissance à compenser PVar(t) n’est pas nul, la puissance de l’élément
chauffant du bas est modulée en fonction de la variation de puissance à compenser. La portion encerclée et portant le numéro 2 à la Figure 5.8 permet d’illustrer la modulation de puissance.
Figure 5.8 Puissance de chauffage d’un chauffe-eau et puissance modulée de l’élément du bas. La Figure 5.9 est un agrandissement d’une portion de la Figure 5.8 afin de voir clairement la modulation de puissance entre les minutes 700 et 950. Celle-ci permet de distinguer la modulation de puissance lorsqu’un besoin en chauffage est demandé par l’élément du bas du chauffe-eau. Les deux portions encerclées de la figure sont des cas où le chauffage de l’eau par l’élément du bas persiste pendant plusieurs minutes. Ceci montre que la puissance fournie par l’élément chauffant suit la puissance à compenser puisque les deux courbes sont superposées. Le reste du temps, lorsque PCEVar(t) est égal à zéro, la température de l’eau a atteint la consigne et
Figure 5.9 Puissance de chauffage d’un chauffe-eau et puissance modulée de l’élément du bas. Alors que les Figures 5.7 à 5.9 portaient sur des résultats pour un seul chauffe-eau, la Figure 5.10 présente les résultats pour une population de 3650 chauffe-eau. Cette figure présente la puissance de référence (sans compensation) pour une population de 3650 chauffe-eau PCE_3650(t) et la
puissance de la population avec la modulation PCEVar_3650(t).
Il s’agit du résultat souhaité présenté comme concept à la Figure 2.6. Ainsi, la puissance à compenser PVar(t) est superposée au profil de puissance de référence d’une population de chauffe-
eau. Lorsqu’il n’y a pas de variation de production photovoltaïque à compenser, soit pour t < 400 et t > 1100 min, les courbes de PCE_3650(t) et PCEVar_3650(t) sont presque identiques car c’est la
demande d’eau chaude qui détermine cette courbe. Durant la portion où la puissance à compenser
PVar(t) n’est pas nulle, soit entre 400 < t < 1100 min, la courbe avec compensation varie d’une
quantité équivalente à la puissance compensée et cela autour de la puissance de référence sans compensation. Par exemple, la puissance compensée maximale se situe autour de t = 840 min et la Figure 5.10 montre bien cette modulation de puissance maximale au même moment. C’est l’effet de la modulation qui fait dévier la courbe avec compensation du profil de référence.
Figure 5.10 Comparaison de la puissance de la population de 3650 chauffe-eau avec et sans compensation des variations de la production photovoltaïque