Energie

Chaudières à moteur Stirling hybrides : pompe à chaleur et gaz

La chaudière murale électrogène fonctionnant au gaz naturel ou au gaz propane appelée également écogénérateur est un nouveau type de chauffage performant qui a été mis au point spécialement pour l'habitat résidentiel. La microcogénération (chaudière électrogène ou écocogénérateur) intègre un moteur Stirling dans une chaudière à gaz à condensation afin de produire directement de l’électricité. Le ratio actuel est égal à 1 pour l’électricité et à 6 pour la production de chaleur. 

  1. Chaudières électrogènes : à l'état de recherche
  2. Qu'est-ce que le moteur Stirling ?
  3. Le moteur Stirling : des avantages connus
  4. Les fabricants de chaudières électrogènes
  5. La chaudière hybride Pompe à chaleur/chaudière à gaz 

Chaudières électrogènes : à l'état de recherche 

  • Les chaudières électrogènes ont fait l’objet d’un programme de recherche soutenu à l'époque par ex GDF SUEZ et un consortium d’industriels.
  • Les chaudières électrogènes portaient le terme d'écogénérateur lors de leur apparition pour le grand public, elles semblaient constituer l'une des solutions énergétiques du logement du futur.
  • Elles devaient compléter la gamme des techniques performantes déjà disponibles, telles que la condensation, les pompes à chaleur et les systèmes solaires.

 

La chaudière à condensation électrogène a testée puis commercialisée

  • La chaudière à condensation électrogène a commencé à être commercialisée sur le marché français après avoir été testée dans plusieurs pays, dont les Pays-Bas.
  • Cette chaudière à condensation électrogène était capable de chauffer l'eau et le logement, mais aussi de produire de l'électricité pouvant être utilisée dans l'habitation ou vendue à EDF (0.080/kWh).
  • La chaudière à condensation électrogène s'appuyait sur la technique de « microcogénération », une application domestique déjà utilisée dans l'industrie et le tertiaire (hôpitaux, etc.), qui brûle du gaz, du fioul ou du bois pour produire, d'une part de la chaleur, d'autre part de l'électricité, et cela, avec un très bon rendement.
  • Malheureusement, en raison d'un prix élevé, ces appareils n'ont pas été commercialisés.

 

Dans le schéma de ce logement, un système suffisamment silencieux avait été conçu pour un usage domestique : microcogénération. C'est la cogénération de faible puissance adaptée aux secteurs de l'habitat et du tertiaire. Elle était en grande partie composée aujourd'hui par les moteurs à gaz. Schéma Picbleu ®

Chaudières à microcogénération www.picbleu.fr

Qu'est-ce que le moteur Stirling ? 

  • Le moteur Stirling a été inventé en 1816 par un pasteur écossais Robert Stirling. Le brevet fut déposé le 27 septembre 1816 et fut effectif le 20 janvier 1817.
  • Le moteur est constitué d'une chambre étanche renfermant un gaz. En se dilatant sous l'effet de la chaleur, ce gaz sous pression (hélium pour De Dietrich) pousse un piston.
  • Lorsque la chaleur dégagée est évacuée par un échangeur (et récupérée), le piston revient à sa position initiale et le cycle reprend indéfiniment.
  • Ce mouvement mécanique peut ensuite être utilisé de diverses façons pour produire électricité.

 

Le moteur Stirling fonctionne sous vide et peut produire des calories pour le chauffage et à la production d'eau chaude sanitaire.

Le moteur Stirling : des avantages connus 

Les avantages du moteur Stirling sont connus : combustion externe à piston, en continu, absence de pollution, faible émission de bruit et vibrations limitées suivant un cycle à 4 temps : compression du gaz froid, transfert vers le côté chaud, détente du gaz chaud et transfert vers le côté froid.

Les chaudières du 3ème type : chaudières électrogènes ou écogénérateur

Les chaudières du troisième type, les chaudières électrogènes avaient fait une timide apparition sur le marché français, elles existaient déjà sur d'autres continents (Australie, États-Unis, etc.), mais pour des raisons obscures leur commercialisation avait été retardée.

La combustion du gaz qui habituellement chauffe le logement et fournit l'eau chaude produit une partie de l'énergie qui est convertie en électricité, celle-ci est soit utilisée pour les besoins électroménagers de l'habitation, soit revendue au réseau de distribution public ou privé.

L'utilisation d'une unité de cogénération permet donc :

  • une économie d'énergie primaire de l'ordre de 20 %
  • une réduction importante de la facture énergétique globale
  • une réduction des émissions de gaz à effet de serre (15 à 30 % de CO2)
  • une prévention contre les coupures d'alimentation électrique.

 

Le combustible est du gaz naturel, la combinaison des avantages d'une cogénération permet d'atteindre un rendement global (électricité + chaleur) de 80 à 90 %. Schéma ACQUALYS ®

Microcogénération rendement. Doc Acqualys

Les fabricants de chaudières électrogènes 

Destinés au territoire français, deux consortiums du chauffage ont étudié chacun un moteur Stirling d'un kilowattheure adapté à des chaudières à condensation appelées chaudières électrogènes. Le principe était le même : l'adoption d'un moteur Stirling à piston libre, incorporé à la chaudière électrogène. Le projet a été stoppé pour une question de rentablilité.

  • Le groupe Baxi (Chappée, Idéal Standard), Remeha (De Dietrich), Viessmann et Vaillant.
  • Le moteur d'Infinia (États-Unis) développé conjointement par Bosch, MTS (Chaffoteaux, Ariston, etc.), Enatec (Hollande) et Rinnai (Japon).

Ces chaudières murales à gaz naturel et propane disponibles sur le marché Français étaient équipées de moteurs stirling à pistons avec une puissance de 1 KW électrique, pratiquement toutes ces marques étaient équipées du moteur stirling Microgen (marques différentes) à l'exception du modèle Whispergen équipé d'un moteur stirling type SIEMENS double effet (ou double action) soit 4 pistons au lieu de 2.

  • BAXI-Groupe BAXI- (chaudière murale 1KWe 27 KWth)
  • Budérus (chaudière au sol 1KWe 24 KWth)
  • De Dietrich (chaudière murale 1KWe 28 KWth)
  • MTS (chaudière murale 1KWe 28 KWth)
  • Vaillant (chaudière murale 1KWe 28 KWth)
  • Viessmann (chaudière au sol 1KWe 24 KWth)
  • Whispergen (chaudière au sol 1KWe 14 KWth)

 

La chaudière hybride Pompe à chaleur/chaudière à gaz 

  • Fort heureusement, le moteur stirling a été intégré à une chaudière hybride de haute qualité (pistons en inox et carter en fonte d'aluminium),
  • Ce générateur associe une chaudière à gaz avec une pompe à chaleur qui utilise le CO2 (gaz carbonique) un fluide non polluant comme les fluides frigorigènes employés dans les pompes à chaleur électriques.
  • Résultat : 181 % de rendement.
  • La garantie peut être de 10 ans
  • La réparabilité est de 20 ans

 

Le plus : c'est un fabricant français

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Solution de stockage inter saisonnier par hydrogène
Bonjour Je découvre avec plaisir votre initiative concernant l'habitat durable. je suis passionné par l'énergie solaire depuis 1973 et j'en ai fait mon métier pendant 30 ans. A mes débuts j'ai tout de suite été étonné par l'absence d'information du grand public au niveau des possibilités qu'offre l'énergie solaire dans le bâtiment. Maintenant je suis devenu bénévole et je constate avec effroi que le niveau de connaissance du grand public n'a pas beaucoup bougé, la plupart des gens s'imaginent que l'énergie solaire dans le bâtiment ça consiste à mettre des panneaux photovoltaïques sur les toits et à utiliser des éoliennes géantes que l'on voit au loin dans les campagnes. Il faut savoir que le secteur du bâtiment représente 44 % de la consommation mondiale des énergies fossiles et nucléaire, de plus un bâtiment dure en moyenne un siècle donc si l'on faisait actuellement des bâtiments solaires (ce qui n'est pas du tout le cas) il faudrait un siècle pour renouveler tout le parc bâti donc ce sujet est prioritaire à mon sens, ce qui est en complète contradiction avec l'absence d'information du grand public qui n'a pas beaucoup bougé depuis es débuts. Au dernier salon Interclima, le salon des professionnels de l'énergie dans le bâtiment aucun stand ne parlait d'énergie solaire ni de transition énergétique ! Donc j'ai créé avec deux autres ingénieurs thermicien une structure associative pour aider bénévolement ceux qui souhaitent utiliser l'énergie solaire et construire des bâtiments écologiques. Nous avons chacun plus de quarante ans d'expérience dans ces domaines. Nous donnons des conseils personnalisés et gratuit concernant les projets en énergie solaire pour : Les associations Les collectivités locales Les pays en développement Nous mettons en place une cellule de veille destinée à informer le plus grand nombre sur les bâtiments 100% autonomes (thermique et électrique) c'est à dire pouvant fonctionner toute l'année sans être raccordés aux réseaux d'énergie classique. Et donc véritablement aptes à la transition énergétique. Une focale particulière est donnée à la solution de stockage inter saisonnier par hydrogène. Nous faisons également de la recherche et développement selon les concepts Low-Cost Low-Tech et DIY (à faire soi même). Le sujet le plus abouti concerne les toitures captantes qui existent depuis plus de cinquante ans et dont nous améliorons constamment les possibilités techniques et la facilité de réalisation. (voir la photo sur le lien ci dessous). http://www.onebus.fr/solaire_1980/evrard.html Nous restons à votre disposition. Notre site http://hydrogene.onebus.fr/ Yves Accard yves.accard@onebus.fr