Modelling of multi-energy systems in buildings
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Multi-energy systems are hybrid energy systems that can supply the thermal, cooling and electric loads of a building by means of different energy converters fed by a mix of energy sources, both primary and secondary, renewable and non renewable. These systems are receiving increasing attention because of the opportunity to exploit renewable energy sources, the potential of increase in the energy efficiency that lies in these systems, if correctly designed and managed. A good operation strategy is of the foremost importance for these systems since they run at full load for a very limited period of time. The design of a multi-energy system consists in defining the energy demand profiles and in the optimization between the energy demand, the energy supply, the energy converters, the storages and the backup components. In the literature, this problem is addressed with reference to specific system configurations, but not yet with reference to an integrated tool allowing for comparison between different choices. On this subject, this thesis provides an original both theoretical and applied contribution based on the methodology of the energy hub that allows the coupling between the energy demand and the energy supply in a building to be modelled in a synthetic way. The aim of the research carried out was to develop a specific knowledge on the definition of criteria for the selection of energy converters to be installed, energy sources to be adopted, operation strategies and technical solutions pursuing a greater efficiency in the use of renewable and non renewable energy and a reduction of CO2 emissions due to the operation of buildings.
Abstract FR:
Les systèmes multi énergies sont systèmes énergétiques hybrides à même de faire face aux charges thermiques, frigorifiques et électriques d'un bâtiment par la mise en service de convertisseurs d'énergie divers, activés par des sources d'énergie primaires et secondaires, renouvelables ou non. Ces systèmes sont caractérisés par un grand potentiel d'amélioration de l'efficacité énergétique lorsqu'ils sont correctement conçus et gérés même lorsqu'ils fonctionnent à charge partielle (une condition dans laquelle ils se trouvent à opérer la plupart du temps à cause de la variation de la demande d'énergie des bâtiments). Le projet d'un système multi énergies consiste à définir les dynamiques de la demande d'énergie et à optimiser l'offre d'énergie par l'emploi de convertisseurs divers, des stockages. Dans la littérature ce problème est traité en se référant à des configurations spécifiques, dont on fournit des exemples, tandis que dans ce travail il est traité à travers un outil intégré qui permette la comparaison entre plusieurs configurations. A la base de la recherche c'est la définition d'une méthodologie originale pour la modélisation des systèmes multi énergies basée sur la méthode d'analyse du energy hub qui permet de prendre en compte, d'une manière synthétique, le couplage entre demande et offre d'énergie dans un bâtiment. La thèse propose l'avancement des connaissances relatives aux critères de sélection des convertisseurs d'énergie à utiliser, des sources d'énergie à exploiter, des logiques de fonctionnement afin de poursuivre une meilleure efficacité dans l'usage des énergies renouvelables ou non, et de réduire les émissions de CO2 du secteur du bâtiment.