La détection du gaspillage d'énergie dans l'industrie est une histoire à deux volets. D'une part, il y a l'intention et, d'autre part, il y a la stratégie. Les installations industrielles aux États-Unis continuent d'exprimer leur intérêt pour la gestion de l'énergie. L'intention est de réduire la consommation globale d'énergie ou de la maintenir à un certain niveau, tout en produisant davantage par kW consommé.
Il y a ensuite la stratégie. Et c'est là que la chaussure peut parfois faire des siennes.
Dans un environnement industriel, une stratégie ne peut fonctionner que s'il y a suffisamment de connaissances et d'expérience pour soutenir la vision, mais un retour sur investissement suffisant doit également être réalisé pour s'assurer que tout en vaut la peine. En ce qui concerne le gaspillage d'énergie dans l'industrie, il n'existe aucun institut de recherche où un directeur d'usine puisse se rendre pour déterminer ce qu'est une consommation d'énergie “raisonnable” dans une installation de production. Comment peut-on alors évaluer quelle partie de la consommation d'énergie actuelle est raisonnable et quelle partie est gaspillée, ou quelle partie de cette partie gaspillée est suffisamment efficace pour justifier une intervention ?
Le rendement dont il est question ici comprend le coût par kWh facturé par la compagnie d'électricité. Les tarifs varient en fonction de l'heure de la journée et de la période de l'année. La réduction de ces coûts permet également de réaliser des économies immédiates. L'investissement se compose du matériel et de la main-d'œuvre nécessaires pour modifier la consommation d'énergie. Le rendement est la période qui doit s'écouler avant que la réduction de la facture énergétique ne génère des bénéfices. Ce qui reste après le paiement des coûts est la cerise sur le gâteau.
Si nous nous penchons à nouveau sur la stratégie, comment pouvons-nous estimer le rendement de ces interventions s'il n'existe pas de norme industrielle permettant de mesurer une consommation d'énergie raisonnable ?
Profilage des déchets énergétiques industriels
Consommation d'énergie dans l'industrie varie en fonction de plusieurs facteurs :
- l'âge de l'usine
- le type de chargement et son format
- l'horaire de travail, à la fois le nombre d'heures par semaine et l'intensité de la charge
- le nombre de salariés
- le climat
- la philosophie de l'entretien.
La réponse à cette question est la suivante : n'essayez pas de tout faire. kW à gérer consommés par votre installation. Ce sont les ‘connaissances et l'expérience’ de l'équation. Divisez l'installation par l'infrastructure électrique, puis par les systèmes clés.
La conservation de l'énergie commence par deux tactiques de base : (1) l'inspection générale des systèmes clés et (2) la collecte de données ciblées, y compris l'enregistrement de la consommation d'énergie au niveau des principales entrées de service et des principaux points de charge.
Déterminer la consommation spécifiée d'un système et la consommation actuelle du système. En outre, déterminez la quantité de gaspillage (soit en termes d'heures et de type d'utilisation du système, soit en termes d'équipement et de système lui-même). Pour réaliser des économies, il faut s'attaquer à ce gaspillage dans l'installation, en modifiant les procédures, l'entretien ou l'équipement et les contrôles.
Composants énergétiques
Avant de commencer à examiner comment être en mesure de suivre la consommation d'énergie, Nous allons nous pencher à nouveau sur la manière dont nous définissons et mesurons l'énergie.
L'énergie peut être exprimée en termes de puissance réelle, réactive et apparente (Figure 1).
Le flux d'énergie est décrit comme suit :
- la puissance réelle (P) ou active en watts (W)
- puissance réactive (Q) en volts-ampères réactifs (VAr)
- puissance complexe (S) en volts-ampères (VA)
- la puissance apparente, la taille de la puissance complexe (VA)
La relation mathématique entre la puissance réelle, réactive et apparente peut être représentée par des vecteurs ou peut être exprimée par des nombres complexes, S = P + jQ (où j est l'unité imaginaire).
La puissance réactive ne transfère pas d'énergie - elle ne produit pas de travail - et est donc représentée par l'axe imaginaire du diagramme vectoriel. La puissance réelle déplace de l'énergie, c'est donc l'axe réel.
La vitesse du flux d'énergie dans un système dépend de la charge - est-elle résistive, réactive ou les deux ?
Avec une charge purement résistive, la tension et la polarité inverse du courant sont simultanées, le produit de la tension et du courant est positif à tout moment et seule la puissance réelle est transférée : du travail est produit.
Si la charge est purement réactive, la tension et le courant sont déphasés et le produit de la tension et du courant peut être positif ou négatif. Cela indique qu'une partie de l'énergie est transférée à la charge et qu'une partie est renvoyée. Le transfert net d'énergie à la charge est nul : aucun travail n'est produit.
En réalité, toutes les charges comprennent une combinaison de résistance, d'inductance et de capacité, créant à la fois de la puissance réelle et de la puissance réactive dans un système. Par conséquent, les systèmes électriques sont conçus pour tolérer une certaine quantité de puissance réactive. Les problèmes surviennent lorsqu'une trop grande quantité de puissance réactive est générée. Non seulement il n'y a pas assez de puissance réelle pour produire le travail requis, mais la capacité globale du système à produire du travail est compromise. C'est également la raison pour laquelle les compagnies d'électricité infligent des amendes à leurs clients si leurs charges produisent trop de puissance réactive : il s'agit d'énergie gaspillée, car sa production coûte de l'argent, mais elle ne peut pas être utilisée. La plupart des factures des compagnies d'électricité comptabilisent la puissance réactive (VAr) et, sur beaucoup d'entre elles, elles calculent également le facteur de puissance, qui indique à quel point un système a chuté par rapport à une puissance réelle de 100 %. La plupart des compagnies d'électricité exigent de leurs clients qu'ils se maintiennent au-dessus de la limite de 0,95 PF (facteur de puissance).
Contrôle de la consommation d'énergie
En comprenant les composantes de base de l'énergie, un électricien peut un équipement pour l'enregistrement de la consommation d'énergie pour mesurer le niveau global et la qualité de la consommation, puis pour déterminer à quel moment l'énergie est consommée et par quel moyen elle l'est.
Enregistrez la puissance aux panneaux principaux et secondaires et aux charges importantes. Enregistrez les kW, les kWh et le facteur de puissance sur une période représentative.
Cela vous donne une image très précise de la consommation d'énergie réelle pour les circuits et les charges triphasés.
Vous pouvez réaliser les économies d'énergie les plus importantes en déterminant les heures de pointe de la consommation électrique, en évaluant le facteur de puissance et la consommation électrique totale par rapport aux factures des services publics, et en rééquilibrant les charges si nécessaire. Même un pic de consommation de quelques minutes seulement peut entraîner une augmentation du tarif de l'entreprise de distribution pendant plusieurs heures, jours, voire semaines.
En programmant différemment l'utilisation des taxes, une entreprise peut profiter des périodes où l'énergie est moins chère. Déterminez dans quelle mesure le facteur de puissance est inférieur à ‘1’ et vérifiez les factures de la compagnie d'électricité pour voir s'il y a des déductions pour un mauvais facteur de puissance. Si c'est le cas, l'enregistreur de puissance peut aider à remonter aux sources. Après avoir effectué les changements nécessaires dans les zones d'alimentation, reconnectez l'enregistreur pour vérifier que vous bénéficiez bien de ces améliorations en matière d'efficacité.
Savoir où se produit le gaspillage d'énergie
Chaque système et chaque processus peut être une source de gaspillage, qu'il convient de contenir ou d'éliminer. Vous pouvez déjà commencer par examiner les sous-systèmes électriques, les systèmes d'air comprimé ou de vapeur et les systèmes électromécaniques spécifiques, mais en réalité, chaque processus comporte des points de gaspillage potentiels qui doivent être mesurés.
L'objectif est de cartographier la consommation d'énergie d'équipements et de processus spécifiques, de voir où l'énergie est gaspillée et de quantifier le gaspillage. Cela permet de hiérarchiser les améliorations ou les remplacements en fonction de la durée de vie de l'équipement et de déterminer les modifications qui offrent le meilleur retour sur investissement.
La cartographie de la consommation fournit également un point de départ à partir duquel l'efficacité des projets d'économie d'énergie peut être mesurée pour justifier les coûts.
Sources communes de déchets dans les sous-systèmes électriques :
- Les taxes restent parfois allumées en dehors des heures de travail ou fonctionnent inutilement au moment le plus coûteux de la journée.
- Si le moteur n'est pas régulé, cela peut signifier qu'il génère plus de puissance que nécessaire.
- Les processus à tension/courant excessifs entraînent une consommation d'énergie excessive pour compenser.
- Le déséquilibre de phase fait que l'énergie est consommée à la charge sans pouvoir être déployée.
Identifier et quantifier :
- Effectuez un balayage thermique du tableau électrique et de la charge mécanique pour vérifier qu'il n'y a pas de surchauffe.
- Consigner la consommation d'énergie sur une longue période : quelle quantité d'énergie est consommée, à quel moment et quelle est la quantité de déchets ?
Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes électromécaniques :
- Un frottement excessif dû à un mauvais alignement, à des roulements, à un déséquilibre et à un manque de rigidité oblige le moteur à travailler trop fort et à consommer trop d'énergie.
- Les charges non contrôlées restent parfois allumées en dehors des heures de travail, fonctionnent aux heures de pointe, produisent plus d'énergie que nécessaire ou souffrent de surtension, de conditions de courant et de déséquilibre de phase.
- Les équipements mécaniques vieillissants peuvent consommer tellement plus d'énergie que les nouveaux modèles à haut rendement que leur remplacement anticipé peut être justifié par la seule baisse de la consommation en kWh.
Identifier et quantifier :
- Effectuez un balayage thermique du panneau d'entraînement et de la charge mécanique pour vérifier qu'il n'y a pas de surchauffe. Une surchauffe peut indiquer une inefficacité électrique.
- Enregistrez la consommation d'énergie sur une longue période : vérifiez le nombre total de kWh, le facteur de puissance, la demande de pointe, le déséquilibre et les harmoniques.
- Tester les niveaux de vibration par rapport aux normes et identifier les solutions de maintenance les plus appropriées, telles que le rééquilibrage.
- Effectuer un balayage thermique des accouplements, des arbres, des courroies, des roulements et des ventilateurs.
- Vérifier les niveaux de courant et de tension.
- Effectuer un balayage thermique de la boîte de terminaison/connexion et des enroulements et effectuer un test de résistance d'isolation.
Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes d'air comprimé :
- Des fuites excessives dans les conduites d'air comprimé entraînent un fonctionnement excessif pour maintenir l'approvisionnement.
- Les compresseurs qui restent allumés en dehors des heures de travail gaspillent de l'énergie.
Identifier et quantifier :
- Enregistrer la consommation d'énergie au niveau du compresseur et la comparer à la consommation de base.
- Mesurez la pression au niveau du compresseur et au point d'utilisation pour déterminer la perte de charge.
- Examiner les canalisations à l'aide d'ultrasons pour identifier les fuites.
Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes de vapeur :
- Des purgeurs de vapeur défectueux et une isolation inadéquate entraînent un gaspillage de vapeur, produisant de la vapeur inutile pour maintenir l'approvisionnement nécessaire.
Identifier et quantifier :
- Enregistrer la consommation d'énergie au niveau de la chaudière et la comparer à la consommation de base.
- Effectuer un balayage thermique des canalisations et des purgeurs de vapeur pour détecter les manques d'isolation et les obstructions.
Rendre les rendements transparents
Compte tenu de l'absence de normes industrielles, comment savoir quels sont les systèmes qui ont le meilleur rendement énergétique potentiel ? Notre meilleure source d'information à l'heure actuelle est fournie par les exemples de situations courantes. Voici quelques exemples de systèmes industriels courants.
Inspection des systèmes électromécaniques
Type d'établissement : Usine de recyclage d'acier en Allemagne
Type d'équipement : ventilateur à entraînement par courroie, pour le refroidissement du processus
Mesures effectuées : mesures des vibrations
Problèmes identifiés : un léger déséquilibre a été détecté, en plus d'un défaut d'alignement et de l'usure des roulements.
Économies réalisées : Un rééquilibrage était nécessaire. Un moteur de 350 kW fonctionnait à 80 % de sa puissance nominale ; la puissance mesurée était d'environ 280 kW. Après le rééquilibrage, la consommation d'énergie a diminué de 3 %. À un tarif de 0,11 euro/kWh, cela représente une économie annuelle de 8 094 euros.
Inspection du système d'air comprimé
Type d'établissement : production
Type d'équipement : système d'air comprimé
Mesures effectuées : test du système d'air comprimé à l'aide d'ultrasons (enregistrement complet des données du compresseur recommandé)
Problèmes identifiés : la quantité d'air comprimé produite par rapport à la demande réelle.
Économies réalisées : De nombreuses possibilités d'économies ont été trouvées. Les économies annuelles totales s'élèvent à 50 600 euros. Le compresseur est arrêté le week-end : économies annuelles de 32 700 euros. Des solénoïdes sont installés pour couper l'alimentation en air lorsque les machines sont arrêtées : économies annuelles de 7 100 euros. Réparation de 36 fuites : économie annuelle de 4 800 euros. Installation de filtres dans le système pour un coût unique de 6 000 euros ; économies annuelles grâce à ces filtres : 6 000 euros.
Inspection du purgeur de vapeur
Type d'établissement : production
Type d'équipement : chaudières et conduites de vapeur
Mesures effectuées : balayage thermique des conduites de vapeur
Problèmes identifiés : six purgeurs de vapeur défectueux ; fuite de vapeur des serpentins d'une cuve de galvanoplastie ; fuite de vapeur des tuyaux de galvanoplastie : possibilités de récupération du condensat
Économies réalisées : Six purgeurs de vapeur défectueux ont été remplacés pour un coût de 500 euros chacun. Économies réalisées : 3 200 euros par purgeur de vapeur sur la base des coûts connus, pour générer des calculs de pertes de vapeur et de chaleur. Économies totales : 16 200 euros.
Prochaine étape : Enregistrez la consommation d'énergie sur le panneau d'alimentation de la chaudière avant et après avoir remédié aux fuites et aux problèmes de condensats.
Augmentation de la productivité ou réduction des frais généraux ?
La question suivante est amusante : une fois que vous avez déterminé la voie à suivre pour réduire la consommation d'énergie, pouvez-vous utiliser ces économies pour augmenter la production de l'usine (produire des volumes plus importants avec la même consommation de kWh) ou pour d'autres stratégies commerciales (marges bénéficiaires, réalisation des prix) ?
Réduire la consommation d'énergie est tout simplement bon pour les affaires. En enregistrant la consommation de chaque système important et en comparant ces coûts aux factures d'énergie pour déterminer où et quand la consommation a lieu, les entreprises peuvent souvent réaliser des économies grâce à de simples ajustements de leurs processus et de leurs horaires de travail. Les entreprises peuvent facilement identifier les équipements inefficaces et obsolètes et justifier et prioriser leur remplacement. En réduisant la consommation globale d'énergie, les entreprises réduisent leurs coûts d'exploitation et améliorent leur compétitivité sur le marché.
Conseils pour réduire les coûts
Adapter les processus d'entreprise pour tirer parti de :
- réduction des coûts énergétiques à certaines heures de la journée
- les heures auxquelles les machines peuvent être arrêtées
- des capteurs et des commandes qui permettent d'arrêter les systèmes lorsqu'ils n'ont pas besoin de fonctionner
Fixer les horaires de démarrage et d'arrêt des équipements d'infrastructure pendant les heures de travail et en dehors des heures de travail.
Démarrer les appareils à forte consommation d'énergie de manière échelonnée et à un intervalle d'au moins 15 minutes pour éviter les coûts liés aux pics de consommation.
Installez des variateurs de fréquence (VFD) sur les gros moteurs et remplacez les moteurs défectueux par des modèles à haut rendement.
