Partie spécifique - Partie D (Choix 2) · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - EE 2021

Thème : Production d'énergie renouvelable et dimensionnement d'une installation autonome · Tiré du sujet Métropole France remplacement - Energies et Environnement (EE) (2021)

Énoncé

Partie D: Comment assurer une autonomie d'utilisation de la chaudière sur deux jours en cas de coupure de courant ?

Mise en situation:

La chaudière a besoin d'énergie électrique pour fonctionner. En cas de coupure du réseau EDF, la maison est privée de chauffage. Pour éviter ce genre de problème, une alimentation de secours a été mise en place, elle est présentée dans le document technique DTS5.

Objectif de la partie:

Valider le choix de la batterie (DTS9)

Extrait du cahier des charges:

En cas de coupure de courant sur le réseau EDF, le cahier des charges impose une autonomie minimale de 2 jours.

Question D.1

Le diagramme IBD de l'alimentation de secours est donné sur le document réponse DRS5.

Sur le diagramme IBD, repasser en bleu la circulation du flux d'énergie lors de l'alimentation de la chaudière par la batterie.

Energie journalière:

Pour augmenter l'autonomie énergétique en cas de coupure de courant, le transfert des granulés du silo à la chaudière se fait manuellement. Dans ce cas la consommation électrique quotidienne de la chaudière est de W 24h = 1000 Wh.

Question D.2

Calculer l'énergie consommée en 2 jours (W 2 jours).

Question D.3

À partir du rendement de l'onduleur, calculer l'énergie (W conso) que doit délivrer la batterie en 2 jours pour alimenter la chaudière.

DTS9: La batterie de l'alimentation de secours

Tension: 12 V

Capacité: 110 A·h

Prix: 177 €

Question D.4

À partir du document technique DTS9, donner la tension (U bat) et la capacité (Q bat) de la batterie. Calculer la quantité d'énergie W bat stockée dans la batterie.

Pour éviter d'endommager les batteries il faut éviter les décharges profondes. En tenant compte de la profondeur de décharge l'énergie disponible dans la batterie est W disp = 1 100 Wh.

Question D.5

Conclure sur la pertinence du choix de cette batterie au regard de la problématique de cette partie.

Afin d'augmenter l'autonomie énergétique du système d'alimentation de secours, le constructeur propose de remplacer la batterie par une autre dont l'énergie disponible est W disp = 2 208 Wh et dont le prix est de 320 €.

Pour rappel l'énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la chaudière sur une journée est W 24h = 1000 Wh.

Question D.6

Calculer l'autonomie (T) énergétique de l'alimentation de secours si on utilise la batterie en option. Conclure sur l'intérêt d'utiliser la batterie en option au regard de la problématique de cette partie.

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Corrigé

Corrigé établi d’après les éléments de correction officiels

Question D.1 : Sur le diagramme IBD, repasser en bleu la circulation du flux d'énergie lors de l'alimentation de la chaudière par la batterie.

Réponse : La circulation du flux d'énergie en mode secours s'effectue de la batterie (sortie 12 V DC) vers le commutateur, puis du commutateur vers le modulateur DC/AC (onduleur, 12 V DC), et enfin de l'onduleur vers la sortie 230 V AC alimentant la chaudière.

Question D.2 : Calculer l'énergie consommée en 2 jours (W2 jours).

Réponse : $2\,000$ Wh / $2$ kWh

Question D.3 : À partir du rendement de l'onduleur, calculer l'énergie (Wconso) que doit délivrer la batterie en 2 jours pour alimenter la chaudière.

Réponse : $2\,105$ Wh / $2{,}105$ kWh

Question D.4 : À partir du document technique DTS9, donner la tension (Ubat) de la batterie.

Réponse : $12$ V

Question D.4 : À partir du document technique DTS9, donner la capacité (Qbat) de la batterie.

Réponse : $110$ A·h / $110$ Ah

Question D.4 : Calculer la quantité d'énergie Wbat stockée dans la batterie.

Réponse : $1\,320$ Wh / $1{,}32$ kWh

Question D.5 : Conclure sur la pertinence du choix de cette batterie au regard de la problématique de cette partie.

Réponse : L'énergie disponible dans la batterie (1 100 Wh) ou même totale (1 320 Wh) est inférieure à l'énergie nécessaire pour alimenter la chaudière pendant deux jours (2 105 Wh). Cette batterie ne permet donc pas d'assurer l'autonomie souhaitée dans la problématique de cette partie.

Question D.6 : Calculer l'autonomie (T) énergétique de l'alimentation de secours si on utilise la batterie en option.

Réponse : $2{,}1$ jours / $50{,}4$ h

Question D.6 : Conclure sur l'intérêt d'utiliser la batterie en option au regard de la problématique de cette partie.

Réponse : L'autonomie obtenue (2,1 jours) est supérieure à l'autonomie minimale imposée par le cahier des charges (2 jours). Il est donc nécessaire de choisir la batterie proposée en option.

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