Géothermie - Source alternative de chauffage pour les serres

Plan de la présentation
GÉOTHERMIE – SOURCE
ALTERNATIVE DE CHAUFFAGE
pour les SERRES
Vasile Minea
¾Principe de la technologie
¾Types de systèmes
¾Avantages et barrières
¾Projet expérimental – serre
Chicoutimi
¾Conclusions
Journée d’information- HORTICULTURE
ORNEMENTALE
Sainte-Julie (Québec), 24 janvier 2006
Énergie solaire – SOURCE DE CHALEUR
19%
Énergie absorbée par
la vapeur d'eau, la
couche d'ozone, les
impurités,...
SOLEIL
8%
Énergie dispersée
par l'air
4%
Énergie absorbée
par les nuages
17%
Énergie reflétée par
les nuages
6%
Énergie reflétée par la
surface de la Terre
Surface de la Terre
46%
Energie absorbée par la Terre
Sources géothermiques
¾ Sol (argile, sable, roc….)
ƒ Circuit indirect fermé – fluide intermédiaire
ƒ Circuit direct fermé – réfrigérant (DX)
¾ Eau phréatique (souterraine)
ƒ Boucles ouvertes ou puits à colonne (300 –
450 m)
¾ Eaux de surface: étang, lac, fleuve, rivière, mer
ƒ Circuit fermé
ƒ Circuit ouvert
Principe - PAC géothermique
(mode chauffage)
Coefficient de performance – mode chauffage
Énergie primaire
consommée
(Ec = 1000 W)
Énergie fournie au bâtiment
(Qf = 4 000 W)
PAC
mode
chauffage
Énergie récupérée du sol
(Qrec = 3 000 W)
COP = Coefficient de performance = Énergie récupérée du sol
(W)/Énergie primaire consommée (W) = Qrec/Ec = 4000/1000 = 4
TYPE: Système fermé vertical
Forage
Échangeur souterrain vertical
TYPE: Système fermé horizontal
Type: système ouvert (eau phréatique)
Avantages et barrières
¾ Coûts énergétiques (chauffage) - réduits
¾ Systèmes écologiques – réduction des émissions de
gaz à effet de serre
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾ Barrières
Efficacité énergétique – pas une priorité dans le passé
Prix des sources d’énergie – bas
Coûts de construction plus élevés (forages)
Méconnaissance de la technologie
Manque d’expérience et de formation
Absence d’incitatifs et/ou subventions directs
Absence de préoccupations environnementales
Quelques problèmes d’implantation vécus
Les incitatifs des compagnies d’électricité et/ou des
agences gouvernementales – peuvent stimuler les
implantations
Paramètres généraux de design
(système fermé vertical)
Applications pour les serres
¾ Littérature – informations limitées
¾ Geo-Heat Center (GHC) et Oregon Institute of
Technology (OIT)
¾ Sources d’eaux souterraines chaudes (sans
pompes à chaleur)
¾ Étude GHC (pour un coût du gaz naturel de 0,75 à
1,2 $/100 000 Btu)
ƒ Systèmes fermés – viables pour un coût de
forage d’environ 7 CD$/pi (23 CD$/m) – fournir
15% à 30% des besoins de chauffage
ƒ Systèmes ouverts – viables (fournir jusqu’à
85% des besoins de chauffage)
¾ Trous de forage: D = 4” et D = 6”
¾ Profondeur: 500 à 600 pieds
¾ Dimensionnement (pieds de forage /tonne) – selon le
type et dimension de serre
¾ Tuyaux - boucles verticales: D = 11/4’’
¾ Matériel: PE – Haute Densité
¾ Joints par fusion thermique
¾ Débit du caloporteur: 2,5 – 3 US GPM/tonne
¾ Capacité d’extraction de chaleur: autour de 12
kW/500 pieds de forage
Coûts des échangeurs souterrains
verticaux (Québec)
Serre expérimentale – Chicoutimi
¾ 16 à 24 CD$/pied de forage, incluant:
Diamètre typique: 11/4’’
Forages de D = 6” et 500 pieds de profondeur
Insertion des boucles en U et remplissage
Mortier avec BENTONITE sur 40 pieds
Tuyau de protection (CASING) sur 40 pieds
Distributeur - sur 150 pieds de la serre
Purges
C h a u d iè r e
au gaz
R é c u p é ra te u r
d e c h a le u r
1 8 ,7 5 m (6 0 p i)
D i s t r ib u t i o n d 'a ir
Pom pe à
c h a le u r
6,5 m (20 pi)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
S e r p e n t in
é le c t r iq u e
P la n c h e r
r a d ia n t
C h a m p d e c a p t a t io n
(9 6 x 6 4 p i)
É c h a n g e u r g é o t h e r m iq u e h o r iz o n t a l
Serre expérimentale – Chicoutimi
(2000 – 2003)
Serre expérimentale - Chicoutimi
¾ Partenaires
ƒ PMG Climatisation (Alma, Québec) –
conception et fabrication
ƒ Ressources Naturelles Canada (NRCan)
ƒ Hydro-Québec: suivi, analyse et mise au point
¾ Prototype expérimental
ƒ Nouveau réfrigérant (environnement)
ƒ Valider le concept (expansion directe et
chauffage par plancher radiant) – pour les
serres agricoles
Échangeur horizontal – circuit direct
Serre expérimentale - Chicoutimi
Serre expérimentale - Chicoutimi
Serre expérimentale - Chicoutimi
Températures (semaine - froid extrême)
Bilan énergétique annuel
Condensing
January 15, 2003
COPA utile système = 2,8
Radiant Floor (Avrg. = 29.8°C)
Énergie électrique
appoint - 8,5 kW
Indoor Air (0.5 m)
Désurchauffe
4 kW
Énergie électrique
PAC - 7,6 kW
Plancher
21,15 kW
Indoor Air (1.5 m)
PAC
O utdoor
0:
00
7:
38
15
:1
4
22
:5
2
6:
30
14
:0
6
21
:4
4
5:
22
12
:5
8
20
:3
6
4:
14
11
:5
0
19
:2
8
3:
06
10
:4
2
18
:2
0
Temperature, °C
January 10, 2003
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
Time
Pertes vers sol - 1,5 kW
COPA utile PAC = 3,3
COPA réel PAC = 3,53
COPA - coefficient de performance annuel
3 pieds
Échangeur géothermique
19,1 kW
Bilan énergétique annuel
Performances
Type
Serpentin
d'appoint
27 %
Gaz naturel
2,3 %
Ventilateur
3,4 %
Pompe à
chaleur
67,3 %
COP
Observation
Réel
3,5
Incluant les
déperditions
Utile
3,3
Plancher +
récupération
Global - système
2,7
Incluant l’appoint
Période simple de recouvrement
Période simple de recouvrement
(électricité vs. gaz naturel)
(électricité vs. propane)
Électricité vs. propane
Électricité vs. gaz naturel
5
0,08 $/kWh
35
Période de retour, ans
Période de retour (ans)
40
30
25
0,04 $/kWh
20
0,06 $/kWh
15
10
5
0,02 $/kWh
4
0,06 $kWh
0,04 $/kWh
0,08 $/kWh
3
0,02 $/kWh
2
1
0
0
0,19
0,28
0,32
Prix gaz naturel ($/m3)
0,35
0,42
0,36
0,45
Prix du propane, $/L
0,54
Période simple de recouvrement
(électricité vs. mazout)
Première production de tomates
Électricité vs. mazout
Période simple de retour, ans
20
0,04 $/kWh
15
0,08 $/kWh
0,02 $/kWh
10
0,06 $/kWh
5
0
0,2
0,35
0,45
Prix du mazout, $/L
Conclusions
Conditions d’application de la géothermie
Serre expérimentale Chicoutimi
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Taux d’utilisation de la pompe à chaleur: 56 %
Capacité: ~ 70 % de la charge maximale de chauffage
Consommation d’électricité: 67 % du total
Appoint électrique: ~ 27 % du total
Appoint au gaz naturel: 2,3% du total
Température moyenne du plancher: ~ 30 °C
COP utile annuel (plancher et récupération): 3,3
Période simple de recouvrement: de 5 à 10 ans selon
les prix des énergies
¾ EQUATERA INC. (Alma, Saguenay) –
commercialisation du concept
¾ Volonté et intérêt des producteurs :
ƒ Efficacité énergétique
ƒ Protection de l’environnement
¾ Surface/capacité maximale – à optimiser
¾ Étude à venir: ITA/Hydro-Québec
¾ Disponibilité d’une surface de terrain suffisante
¾ Serres mieux isolées
¾ Faibles rapports - prix électricité/prix
combustibles fossiles
¾ Programmes incitatifs, tarifs favorables…