L’efficacité énergétique des 16/05/2019 L’efficacité énergétique des systèmes motorisés dans l’industrie

Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie 16/05/2019 Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie Etablissement Public sous tutelle conjointe de plusieurs ministères Missions: susciter, animer, coordonner, faciliter ou réaliser des opérations ayant pour objet la protection de l’environnement et la maîtrise de l’énergie Domaine d’intervention: Gestion des déchets Préservation des sols L’efficacité énergétique et les énergie renouvelables La qualité de l’air Lutte contre le bruit www.ademe.fr

Contexte général sur l’énergie dans l’industrie 16/05/2019 Sommaire Contexte général sur l’énergie dans l’industrie Utilisation de l’électricité: les moteurs électriques Les enjeux Les généralités sur les EE Des exemples de MTD sur les systèmes motorisés 2 exemples Pour aller plus loin: informations et aides

Contexte générale de l’énergie en industrie (1/2) 16/05/2019 Contexte générale de l’énergie en industrie (1/2)  L’industrie manufacturière: 23% de la consommation d’énergie finale et 30% de l’électricité – 25% des émissions de CO2 (+15% pour l’industrie de l’énergie) Répartition par type d’énergie finale: - 30% d’électricité - 70% pour les combustibles

Contexte générale de l’énergie en industrie (2/2) 16/05/2019 Contexte générale de l’énergie en industrie (2/2) Évolution de la répartition sectorielle

135 TWh en 2007 (environ 30% de la consommation française) 16/05/2019 Généralité et données (1/3) : Utilisation de l’électricité dans l’industrie 135 TWh en 2007 (environ 30% de la consommation française) Transformateur (< 2 %) Les utilités électriques représentent 78% de la consommation d’électricité Un système motorisé: alimentation, un moteur électrique (90% un moteur asynchrone), une transmission et une machine entraînée. Chauffage électrique des locaux (< 1%) Éclairage (@ 4%) Procédés thermiques/Électrolyse (@ 22 %) Systèmes motorisés (@ 70 %): 95 TWh

Généralité et données (2/3) : Utilisation des systèmes motorisés ? 16/05/2019 Généralité et données (2/3) : Utilisation des systèmes motorisés ? Ventilation (17%) (yc ventilation de process) Pompage (16%) Air comprimé (10%) Production de froid (10%) Utilités Agitation (10%) Outillage (10%) Entraînement (6%) Broyage (4%) Autres (17%) Process Sur les 95 TWh: (Etude CEREN financée ADEME-EDF-RTE)

Généralité et données (3/3) : Focus sur les secteurs industriels 16/05/2019 Généralité et données (3/3) : Focus sur les secteurs industriels SECTEUR Part du secteur dans la consommation des systèmes motorisés Part de l'électricité du secteur utilisée pour les systèmes motorisés Chimie (E23 à E28) 19% 71% IAA 18% 85% Papier-Carton 12% 94% Industrie mécanique (E30-E32- E33) 9% 72% Sidérurgie 8% 60% Plasturgie (E36 et E37) 7% 74% Fonderie et travail des métaux (E29) 6% 61% Industrie entière 95 TWh (100%) 70% E30 à E33: construction méca, auto, construction électrique, aéro, naval (Etude CEREN financée ADEME-EDF-RTE)

Les enjeux (1/2) de l’efficacité énergétique des systèmes motorisés 16/05/2019 Les enjeux (1/2) de l’efficacité énergétique des systèmes motorisés Enjeux énergétiques et environnementaux: Le gisement technique Pas de prise en considération de critères économiques  Difficile de prédire le rythme et l’échéance Somme des économies d’énergie techniquement réalisables L’industrie consomme 105 TWh (78%) dans les utilités électriques : Il existe un gisement technique de 41 TWh (41 / 105 = 39 %) dont 47% concerne uniquement le moteur et variateur (Etude CEREN financée ADEME-EDF-RTE)

Les enjeux (2/2): Maîtrise de la compétitivité 16/05/2019 Les enjeux (2/2): Maîtrise de la compétitivité Quelle est la part de l’énergie dans le PR de vos produit ? Quelle est le coût de l’énergie des utilités dans les charges ? Est-ce que l’énergie est un axe de travail pour améliorer la marge? Maîtrisez-vous les augmentations du coût de l’énergie ? Y-a-t’il une approche de coût global lors de vos investissements ?

Généralités pour les EE (1/2): pour commencer… 16/05/2019 Généralités pour les EE (1/2): pour commencer… Généralités: L’Énergie doit être une thématique importante, relayée par le management. Nommer un responsable énergie La mesure et le suivi des consommations sont indispensables Impliquer l’ensemble du personnel Importance des indicateurs de performance énergétique Si on ne suit et on ne mesure pas, on est aveugle sur les opérations de MTD, sur les dérives (talons), etc

Optimiser la conduite, le réglage et l’entretien des installations 16/05/2019 Généralités pour les EE (2/2): … les principales phases pour économiser l’énergie Optimiser la conduite, le réglage et l’entretien des installations permet de réduire les besoins et les pertes énergétiques. Ex: supprimer les fuites d’air comprimé, arrêter les compresseurs le w-end, diminuer la pression d’utilisation, etc Modifier les matériels existants rationaliser les circuits de distributions (éviter les coudes), calorifugeage (froid), exploiter la chaleur facilement récupérable Mettre en service des matériels plus modernes avec de meilleurs rendements. Ex: moteur électrique IE2

Les gains d’énergie d’un système motorisé 16/05/2019 Les gains d’énergie d’un système motorisé h = 98,5% Rendement global: 79,9 % Variateur h = 96,5% P M h = 95% On va faire un focus sur moteur / variateur / transmission h = 99% h = 88% Exemple de système

Utilisation de la variation électronique de vitesse 16/05/2019 VEV (1/4) M h = 98,5% Variateur P h = 99% h = 95% h = 96,5% h = 88% h = 79,9 % Utilisation de la variation électronique de vitesse VEV si applicable

Consommation de l’énergie strictement nécessaire 16/05/2019 VEV (2/4) : le principe Consommation de l’énergie strictement nécessaire Puissance d'entraînement: P = k N3 = K Q3 Débit variable Régulation par perte de charge VEV pas valable à charge fixe ! Stt application de pompage, ventilation, compression Source EDF Comparaison régulation hydraulique-électronique

16/05/2019 VEV (3/4): le principe La puissance absorbée chute fortement lorsque le débit est contrôlé par la variation de vitesse du moteur Article ICEM 2010 Puissance vs débit pour différentes méthodes de régulation

La VEV s’inscrit dans une approche système et permet: 16/05/2019 VEV (4/4) : les avantages La VEV s’inscrit dans une approche système et permet: De faire des économies d’énergie - Des gains entre 10 et 50% (moyenne de 30%) De garder un cos phi unitaire De simplifier le système de canalisation (suppression vannes de réglage) D’améliorer la qualité des procédés (précision de la régulation) D’améliorer le démarrage  amélioration de la durée de vie des équipements De réduire la maintenance Le variateur peut intégrer une fonction de récupération d’énergie Des temps de retour rapide (6 mois à 18 mois)

Moteur bien choisi, performant et bien entretenu 16/05/2019 Le moteur M h = 98,5% Variateur P h = 99% h = 95% h = 96,5% h = 88% h = 79,9 % Moteur bien choisi, performant et bien entretenu

Le moteur : le choisir (1/1) 16/05/2019 Le moteur : le choisir (1/1) Moteur bien choisi, en fonction des besoins - Le rendement d’un moteur est maximum à environ 75% de sa charge, et chute fortement en sous-régime Le cos phi décroît avec la charge La question du changement de machine se pose à l’achat initial, lors de la maintenance, lors des changements de production, du changement d’ équipement, lors d’un point sur l’installation (vieille conception…) Tout le monde prend de la marge. Au final, l’achat du moteur coûte et l’énergie aussi (Si on baisse la charge, on baisse le rendement mais aussi la puissance demandée et donc les pertes.) 16% des moteurs ont un taux de charge < 30%, 25% entre 30 et 50% de charge et seul 25% des moteurs ont un taux de charge > 70%

Le moteur performant (1/3): les anciennes classes 16/05/2019 Le moteur performant (1/3): les anciennes classes Il est techniquement (et relativement) plus facile d’améliorer le rendement de petites machines.  Un accord volontaire européen avait défini 3 classes de rendement Des gains moyens entre 2 et 8%

Le moteur performant (2/3): la réglementation sur le rendement 16/05/2019 Le moteur performant (2/3): la réglementation sur le rendement Dans le cadre de la directive EuP (Eco-design), le règlement 640/2009 du 22/07/2009 impose: - Que les moteurs asynchrones triphasés d’une puissance comprise entre 0,75 et 375 kW mis sur le marché et mis en service à partir du 16 juin 2011, auront un rendement minimum à la classe IE2 (équivalent à EFF1) Que les moteurs d’une puissance comprise entre 7,5 et 375 kW mis sur le marché à partir de janvier 2015, auront un rendement minimum à la classe IE3 ou de rendement IE2 avec variateur de vitesse Que les moteurs d’une puissance comprise entre 0,75 et 375 kW mis sur le marché à partir de janvier 2017, auront un rendement minimum à la classe IE3 ou de rendement IE2 avec variateur de vitesse Mis sur le marché et mis en service = même pour le distributeur (première utilisation), mais pas la maintenance

Le moteur performant (3/3): synthèse de la réglementation 16/05/2019 Le moteur performant (3/3): synthèse de la réglementation

Le moteur : l’entretenir (1/1)– le rebobinage 16/05/2019 Le moteur : l’entretenir (1/1)– le rebobinage souvent fait dans l’urgence pas de perte de rendement si rebobinage fait dans l’état de l’art (centres agréés) ! Les raisons d’une détérioration du rendement du moteur (les points à surveiller): Dégradation des propriétés des tôles et de leur isolation Détérioration des roulements (lubrification, roulement inadaptés) Mauvais alignement des flasques Modification de la ventilation Modification du nombre de spires Idée réçue

Le moteur synchrone (1/2) 16/05/2019 Le moteur synchrone (1/2) M h = 98,5% Variateur P h = 99% h = 95% h = 96,5% h = 88% h = 79,9 % Variateur + moteur plus performant: le moteur synchrone à aimants permanents

Le moteur synchrone (2/2) 16/05/2019 Le moteur synchrone (2/2) Pour fixer les idées: rendement comparable à IE4 (pas de pertes Joule au rotor) Le pilotage est similaire à un moteur asynchrone équipé d’un variateur Application même à très basse vitesse Machine compacte Amélioration de la maintenance (lubrification, perte Joule Rotor) Des gains moyens entre 5 % et 10% en plus de la VEV Classe Commentaires IE4 En définition IE3 Obligatoire à partir de 2015 ou 2017 (selon puissance), selon l’utilisation de variateur IE2 Obligatoire dès le 16 juin 2011 IE1 Supprimé du marché dès le 16 juin 2011 Rendement croissant

Améliorer la transmission 16/05/2019 Les autres pistes… M h = 98,5% Variateur P h = 99% h = 95% h = 96,5% h = 88% h = 79,9 % Améliorer la transmission Ventilateur, pompe… bien choisi et efficace. Le système motorisé dans son ensemble: Air Comprimé, Ventilation, Pompage, Froid

Exemple 1: Gascogne Paper 16/05/2019 Exemple 1: Gascogne Paper L’énergie représente 14% du CA Un diagnostic énergétique a permis d’identifier des pistes d’économie d’énergie Entre autres: Investissements Economies d’énergie Economies générés Temps de retour Mise en place de variateurs de vitesse 83 k€ 975 MWh 55,6 k€ 18 mois

Exemple 2: Maître Prunille 16/05/2019 Exemple 2: Maître Prunille Un diagnostic énergétique pour identifier les priorités des actions Utilise des pompes pour les besoins en eau potable Entre autres: Investissements Economies d’énergie Economies générés Temps de retour Moteurs Eff 1 12 k€ 144 MWh 6,6 k€ < 2 ans Mise en place de variateurs de vitesse 7 k€ 84,9 MWh 4,2 k€ 18 mois

Pour aller plus loin : s’informer (1/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : s’informer (1/4) Les guides techniques de Moteur Challenge www.motorchallenge.fr

Pour aller plus loin : s’informer (2/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : s’informer (2/4) Guide ADEME

Pour aller plus loin : s’informer (3/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : s’informer (3/4) Le BREF Efficacité Energétique www.ineris.fr/ippc/

Pour aller plus loin : s’informer (4/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : s’informer (4/4) Le guide énergie dans l’industrie du papier www.webctp.com Importance des systèmes motorisés dans le secteur

Pour aller plus loin : aide et incitation (1/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : aide et incitation (1/4) Aide (financière) à la décision de l’ADEME: contactez votre Direction Régionale

Pour aller plus loin : aide et incitation (2/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : aide et incitation (2/4) Les fournisseurs d’énergie peuvent aider l’achat d’équipements figurant dans la liste des opérations standardisées. Le dispositif de CEE repose sur une obligation d’économies d’énergie imposée aux fournisseurs d’énergie (électricité, gaz, fioul, carburants …). Ces entreprises, « obligées », doivent soutenir ou accompagner des investissements ou actions d’économie d’énergie chez les consommateurs, sous peine de pénalité. Les fournisseurs d’énergie sont en capacité de soutenir ou d’aider l’achat d’équipements, figurant entre autres dans la liste des opérations standardisées, par des maîtres d’ouvrage (entreprises industrielles ou tertiaire, collectivités). Concrètement, cette aide se négocie an amont de l’investissement, directement auprès des fournisseurs d’énergie ou, parfois, auprès des fabricants d’équipements. www.developpement-durable.gouv.fr puis rubrique: Energies et Climat / Efficacité d’énergie / Les dispositifs d’aide / Certificats d’Economies d’énergie

Pour aller plus loin : aide et incitation (3/4) 16/05/2019 Pour aller plus loin : aide et incitation (3/4) Publié en avril 2011: Des informations aussi valables pour les non-PME Toutes aides (pas seulement ADEME) www.ademe.fr rubrique Offre de l’ADEME / Entreprises

Pour aller plus loin : aide et incitation (4/4) – Aide à la R&D 16/05/2019 Pour aller plus loin : aide et incitation (4/4) – Aide à la R&D Recherche appliquée: APEPI « Amélioration de la Performance Énergétique des Procédés et utilités Industriels » - 1 AAP / an. Recherche appliquée avec démonstrateur pour les utilités et procédés transverses: ProgrammeTOTAL-ADEME (100 M€ sur 5 ans: 2008-2013). 2 sessions / an www.ademe.fr, onglet « Appels à propositions » A qui s’adresse APEPI. AAP Clot

Plus de renseignements: www.ademe.fr, rubrique entreprises 16/05/2019 Merci – Des questions ? Plus de renseignements: www.ademe.fr, rubrique entreprises frederic.streiff@ademe.fr