Efficacité énergétique

Présentation au sujet: "Efficacité énergétique"— Transcription de la présentation:

1 Efficacité énergétique
Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 1 1

2 Efficacité énergétique Sommaire
Un peu de théorie Un peu de pratique Les variateurs ABB Exemples vécus Conclusion

3 Efficacité énergétique : un peu de théorie
Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique : un peu de théorie Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 3 3

4 Pourquoi se concentrer sur les moteurs?
65%

5 Potentiel d’économies d’énergie
Environ 40% de l’énergie sont consommés par les industries Les 2/3 de cette énergie sont utilisés par des moteurs électriques. Les variateurs de fréquence régulent la vitesse de rotation des moteurs Par exemple, dans les applications de ventilation et de pompage, les variateurs permettent l’ajustement précis du débit d’air ou de liquide à la demande. Dans ces applications, la consommation énergétique peut être réduite de 30 à 50%. Pourtant, seulement 10% des moteurs sont entraînés par un variateur de vitesse.

6 Pourquoi se concentrer sur les moteurs?
99%

7 Coût du cycle de vie d’un moteur électrique
Coût d’achat Coût d’entretien Energie La consommation énergétique d’un moteur électrique représente 99% de son coût total sur toute sa durée de vie Le prix d’achat d’un moteur ne représente donc que 1% de son coût total sur toute sa durée de vie Ce qui correspond à 8/12 semaines de sa consommation électrique totale Les variateurs pouvant ajuster et optimiser la vitesse de rotation du moteur, sa consommation énergétique peut être réduite de 50% dans certaines applications.

8 % de l’énergie consommée
Base installée de moteurs Répartition des moteurs dans une usine typique Puissance kW % de la base installée % de l’énergie consommée 58.8 4.8 > 26.4 10.4 > 9.1 12.7 > 2.9 > 1.8 14.5 > 0.7 15.8 > 0.2 13.4 >700 0.1 15.7 14.8% 84.8% A survey in the USA found that, on a typical plant, 95% of the energy consumed by electric moteurs was accounted for by only 41% of the installed base – i.e. the few very large moteurs accounting for the majority of Puissance consumed. In these higher Puissance moteurs the cost differential between EFF1 and EFF2 can be as low as ~10% with payback times less than 12 months Source: United States Industrial moteur Systems Market Opportunities Assessment, December 1998

9 Pourquoi se concentrer sur les ventilateurs et les pompes?
50%

10 Les machines entraînées
Les pompes sont les plus gros consommateurs d’énergie dans la Communauté Européenne Ventilateurs Compresseurs à air Autres Compresseurs de réfrigération Pompes

11 Applications prioritaires
Couple variable ou quadratique : Fonctionnement suivant la loi du CUBE Principalement: Pompes centrifuges Ventilateurs

12 La loi du cube Y = kX3

13 La loi du cube Petit exercice :
Données : Un moteur d’entraînement de ventilateur doit délivrer une puissance utile de 100kW à plein débit Question : Quelle puissance utile doit délivrer le moteur lorsque le ventilateur tourne à mi-vitesse? Réponse : tout le monde a trouvé 12,5kW ? Explication : Puissance à pleine vitesse = 100 = kNn3 Puissance cherchée à mi-vitesse = P?= k(Nn/2)3 = kNn3x(1/2)3 D’où P?= 100x(1/2)3 = 100/8 = 12,5

14 La loi du cube Les ventilateurs et les pompes centrifuges sont de loin les machines les plus répandues, elles offrent le plus gros potentiel d’économies d’énergie Les économies découlent du fait que la puissance décroît avec la vitesse et que les machines centrifuges suivent la loi du cube A mi-vitesse, le débit est aussi moitié Mais la puissance n’est plus qu’1/8 Exemple pour une machine de 45kW: Vitesse (tr/mn) Vitesse (%) Débit (m3/h) Puissance (kW) Puissance (%) 1800 100 45,00 100,00 1620 90 32,81 72,90 1260 70 15,44 34,30 900 50 5,63 12,50

15 Economiser l’énergie en faisant varier la vitesse
Courbe puissance/vitesse d’une machine à couple quadratique 100 75 50 25 42.1 12.5 100 75 50 25 42.1 12.5 100 75 50 25 42.1 12.5 100 75 50 25 42.1 12.5 La Puissance est proportionnelle à (Vitesse)3 Puissance (%kW) Vitesse (% tr/mn)

16 Vitesse fixe comparée à Vitesse variable
Puissance nécessaire pour produire le débit utile Puissance absorbée par la pompe en vitesse fixe Puissance absorbée par le variateur Puissance Economie d'énergie Débit %

17 Régulation d’un ventilateur centrifuge
Moteur Registres, ventelles, pales variables…

18 Ventilateurs jusqu’à 70% Méthode de régulation :
Potentiel d’économie d’énergie jusqu’à 70% Méthode de régulation : PI en Pression ou Débit

19 Ventilateurs : où chercher ?

20 Vanne, Dérivation, Tout ou rien
Régulation de pompe Vanne, Dérivation, Tout ou rien Pompe Moteur

21 Pompes centrifuges jusqu’à 70% Méthode de régulation :
Potentiel d’économie d’énergie jusqu’à 70% Méthode de régulation : PI en Pression ou Débit

22 Pompes : où chercher ?

23 Applications secondaires
Couple Constant (la Puissance varie LINEAIREMENT avec la Vitesse) Exemples: Convoyeurs Extrudeuses Compresseurs à vis Pompes à piston Pompes à vide Packs Hydrauliques CES MACHINES NE SONT PAS LA CIBLE PRINCIPALE !

24 Couple constant Courbe Puissance/Vitesse Vitesse (%RPM)
100 75 50 25 100 75 50 25 100 75 50 25 100 75 50 25 Puissance est proportionelle à la Vitesse Vitesse (%RPM)

25 Efficacité énergétique : un peu de pratique
Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique : un peu de pratique Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 28 28

26 Où regarder : résumé

27 Outils et documents sur http://www.abb.com/
Descendre avec l’ascenseur

28 Outils et documents sur http://www.abb.com/
Cliquer sur Energy Efficiency

29 Outils et documents sur http://www.abb.com/
Energy Efficiency : nombreuses informations

30 Evaluations énergétiques : deux catégories
Evaluations simples : maximum 5 entraînements simples type ventilateur ou pompe centrifuge étude au bureau sur base de données client ou collecte de données sur site Evaluations évoluées : plus de 5 entraînements nécessité d’inclure d’autres intervenants : OEM, Engineering… processus complexes partie de processus, unité complète voire usine complète dépassent largement le cadre des moteurs et variateurs seuls

31 Outils de calcul d’économies d’énergie PumpSave

32 Outils de calcul d’économies d’énergie PumpSave
Les données de base du calcul sont fournies par le client : Données du système : Densité du liquide (1000 kg/m3 pour l’eau) Hauteur statique (hauteur à laquelle le liquide pompé est élevé) Données de la pompe (voir courbes de la pompe et du système) Hauteur nominale Hauteur maximum Débit nominal Rendement de la pompe au point de fonctionnement Méthode actuelle de régulation du débit : Etranglement, Marche/Arrêt ou couplage hydraulique

33 Outils de calcul d’économies d’énergie PumpSave
Les données de base du calcul sont fournies par le client : Données moteur et alimentation (valeurs relevées sur la plaque moteur) Tension d’alimentation Puissance moteur Rendement moteur Profil de fonctionnement = courbe de charge annuelle de la pompe : Temps de fonctionnement annuel en nombre d’heures Répartition dans le temps : pendant combien de pourcent du temps de fonctionnement le débit est-il de X% du débit nominal ( plage de 40% à 100%) Données économiques : Prix moyen du kWh Coût de l’investissement total (matériel + installation + mise en service + exploitation) Taux d’intérêt Durée d’utilisation prévue : durant combien d’années cette pompe va-t-elle fonctionner?

34 Outils de calcul d’économies d’énergie FanSave

35 Outils de calcul d’économies d’énergie FanSave&PumpSave
Le calcul présente les économies réalisables : En MWh En Tonnes de CO2 En Euros Temps de retour sur investissement NPV (Net Present Value) sur 10 ans, calculée avec le taux d’intérêt saisi Présentation des résultats sous forme de tableau ou/et graphique

36 Les variateurs de fréquence d’ABB
Philippe Brem, septembre 2011 Les variateurs de fréquence d’ABB © ABB Group May 11, 2019 | Slide 39

37 LA PLUS GRANDE GAMME DU MARCHE
Notre offre LA PLUS GRANDE GAMME DU MARCHE 0,18 à 5600kW/100 à 690V © ABB Group May 11, 2019 | Slide 40 40

38 Notre offre 0,18 à 5600 kW Variateurs de fréquence
3400 2800 2400 1900 1450 500 400 355 200 132 110 75 55 11 8 7.5 5.5 4 2.2 1.5 1.1 0.75 0.55 0.37 0.18 Variateurs de fréquence Variateurs courant continu Variateurs pour éoliennes Onduleurs solaires Outils logiciels Outils d’économies d’énergie Services Expérience / Expertise Puissance kW V © ABB Group May 11, 2019 | Slide 41 monophasé triphasé

39 Une croissance continue
Croissance annuelle en nombre d’unités: 20% Croissance annuelle en MVA: 20% © ABB Group May 11, 2019 | Slide 42 42

40 Les variateurs ABB économisent l’énergie !
En 2009, la base installée de variateurs ABB a permis d’économiser 220 TWh, soit l’équivalent de la consommation annuelle de 54 millions de foyers européens Ces 220 TWh représentent une réduction d’émission de CO2 de 180 millions de tonnes, soit l’émission annuelle de 45 millions de voitures The average electricity consumption per household in the EU-27 was about 4000 kWh in 2005 Using an average emission 200g CO2 per kilometer (low) and an average km per year per car the average yearly emission of CO2 per car is about 4 tonne. © ABB Group May 11, 2019 | Slide 43 43

41 Variateurs ABB pour ... Les bâtiments Les Industries Les machines 44
© ABB Group May 11, 2019 | Slide 44 44

42 Variateurs de fréquence ABB 0,18 à 5600 kW
ABB machinery drives 0,18 à 160kW ABB component drives : ACS55-ACS150 ABB general machinery drives : ACS355 ABB high performance machinery drives : ACSM1 ABB standard drives 0,37 à 355kW : ACS310-ACS550-ACH550 ABB industrial drives 0.55 à 5600 kW : ACS800 single drives : ACS800-01/02/11/17/31/37 drive modules : ACS800-04/04M – ACS850-04 multidrives : ACS800 multidrives ABB wind turbine converters : ACS800-77

43 Efficacité Energétique Histoires vraies

44 HVAC : Tours de refroidissement, Ventilateurs
Les tours de refroidissement utilisent typiquement des batteries de ventilateurs, chaque batterie alimentant des cellules de refroidissement Dans les cellules, le ventilateur déplace l’air extérieur à travers un brouillard d’eau, permettant ainsi à la chaleur de se dissiper Avec la vitesse variable, les économies d'énergie peuvent atteindre 60% Soit pour une puissance de 100 kW fonctionnant 4000 h/an: Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 200 MWh/an 100 tonnes/an HVAC, ventilateurs

45 Agro-alimentaire : Fabrication de sel, Ventilateur
Dans une usine anglaise de production de sel, pour un coût total de seulement £, les économies d’énergie représentent £ d’économies, chaque année En remplaçant sur un seul ventilateur le moteur surdimensionné par un moteur plus petit entraîné par un variateur, la consommation énergétique d’un sécheur a diminué de plus de 60% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 721,6 tonnes/an Agro-alimentaire, ventilateur

46 Agro-alimentaire : Boulangerie, Pompes
Un producteur anglais de pain économise plus de £ par an avec 3 variateurs ABB L’usine stocke ingrédients et produits finis dans de grosses unités de réfrigération Les réfrigérateurs sont alimentés par de l’eau de refroidissement pompée par trois moteurs de 75kW Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 517 MWh/an 228 tonnes/an Agro-alimentaire, pompes

47 Agro-alimentaire : Boulangerie, Ventilateurs
Dans une boulangerie britannique, deux machines de vidage utilisent un système de vide pour retirer les pains de leurs supports Le vide était produit dans des chambres avec des ventilateurs de 15kW à vitesse fixe La mise en place de variateurs ABB a permis de contrôler la vitesse des ventilateurs et donc le vide généré Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 135 MWh/an 67,5 tonnes/an Agro-alimentaire, ventilateurs

48 Ciment : Ventilateurs Un cimentier grec pilote ses ventilateurs de 630kW avec des variateurs ABB D’importantes économies d'énergie ont été réalisées par rapport à l’ancienne régulation de débit par registres La consommation d’énergie a été réduite de 163kW Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 625 tonnes/an Ciment, ventilateurs

49 Ciment : Ventilateurs Un cimentier mexicain a remplacé la régulation de débit avec registres par des variateurs ABB sur ses deux ventilateurs de 735kW Le gain de productivité s’est chiffré à environ $ Les coûts de maintenance ont été réduits d’environ 97% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 2 650 tonnes/an Ciment, ventilateurs

50 Mine : Ventilateurs Une mine de fer mexicaine a équipé de variateurs ABB ses ventilateurs de refroidissement 1250kW, auparavant à vitesse fixe Résultat : réduction de la consommation énergétique de 23% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 1 150 tonnes/an Mine, ventilateurs

51 Mine : Pompes Une mine chinoise a installé 2 variateurs ABB pour remplacer les vannes de 2 pompes à sable 185kW et 55kW L’installation fonctionne 8000 heures par an Retour sur investissement : environ 1 an Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 630 MWh/an 315 tonnes/an Mine, pompes

52 Mine : Moteurs La société minière suédoise LKAB voulait réduire la consommation énergétique de ses moteurs Grâce aux robustes moteurs à haut rendement d’ABB, le client a engrangé les bénéfices des économies d’énergie générées Temps de retour sur investissement : moins de deux ans Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application kWh/moteur/an 8 000 tonnes/moteur/an Mine

53 Métal : Aciérie, Ventilateurs
Une aciérie britannique a installé des variateurs ABB sur ses deux ventilateurs d’extraction 1200kW auparavant à vitesse fixe Economie d'énergie : 37% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 2 340 tonnes/an Métal, ventilateurs

54 Métal : traitement des fumées, Ventilateurs
Un métallurgiste économise annuellement £ avec des variateurs ABB Une évaluation énergétique de l’installation de traitement des fumées a révélé le potentiel d’économies d’énergie sur un ventilateur 250kW et trois ventilateurs 132kW Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 1 500 tonnes/an Métal, ventilateurs

55 Métal : Décalaminage, Pompes
Un sidérurgiste taiwanais utilisait une vanne by-pass pilotée par un régulateur PID externe pour contrôler la pression d‘eau des pompes de décalaminage du train à chaud L‘installation de variateurs ABB a permis de considérables économies d‘énergie et d‘eau La consommation annuelle d‘eau a diminué d‘environ m3 Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 1 500 tonnes/an Métal, pompes

56 Métal : soufflante de haut-fourneau
Un sidérurgiste suédois a remplacé une turbine à vapeur alimentant la soufflante du haut-fourneau par un variateur ABB de 6MW Ce remplacement a apporté une économie d'énergie estimée à 16GWh Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 8 000 tonnes/an Métal, soufflante de haut-fourneau

57 Pétrole et Gaz : Réservoirs de pétrole, Pompes
Une installation de stockage de pétrole aux Emirats Arabes Unis souhaitait contrôler le pompage du pétrole entre réservoirs, des réservoirs vers les bateaux et des bateaux vers les réservoirs La solution ABB mise en place comprenait 20 pompes centrifuges de 350 kW pilotées par un multidrive ABB avec deux unités d’alimentation Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 580 MWh/an 290 tonnes/an Pétrole et Gaz, pompes

58 Pétrochimie : Soufflante
Une raffinerie argentine a remplacé une turbine à gaz pilotant une soufflante par un moteur à induction ABB et un variateur ABB L’indice EII (Energy Intensity Index) s’est amélioré de 10.5% en un an Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 3 780 tonnes/an Pétrochimie, soufflante

59 Energie : Ventilateur Une centrale électrique américaine alimentant une université a remplacé les vannes d‘entrée d‘un ventilateur par un variateur ABB L‘Efficacité énergétique s‘est améliorée de 25% Les coûts de maintenance ont diminué de $/an Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an Environ 730 tonnes/an Energie, ventilateur

60 Energie : Pompes de chaudière
Une centrale à charbon allemande a remplacé les coupleurs hydrauliques régulant deux pompes à eau de chaudières par deux variateurs ABB de 5,8MW chacun Réduction de la consommation énergétique : environ 30% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an Environ tonnes/an* Energie, pompes * 0,8 kg/kWh for carbon Energie plants

61 Energie : Ventilateurs
Une centrale énergétique de la compagnie suédoise Kraftingen Produktion AB voulait réduire la consommation énergétique de trois ventilateurs à vitesse fixe, dont le débit était régulé par registres La mise en place de moteurs et variateurs ABB a permis au client d’économiser plus de € Temps de retour sur investissement : 3-4 ans Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application 400 MWh/an 200 tonnes/an Energie, ventilateurs

62 Energie : Pompes de chauffage urbain
La société suédoise Mälarenergi AB a remplacé par des variateurs ABB les résistances et moteurs à bagues de ses pompes pour le chauffage urbain. Puissance de chaque moteur : 1765kW. Temps de retour sur investissement : moins d’un an. Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Energie, pompes 1 008 MWh/an 504 tonnes/an

63 Pétrochimie : Pompes de Raffinerie
Une raffinerie saoudienne a été modernisée pour répondre à la future demande interne de produits raffinés Plusieurs pompes à vitesse fixe ont été équipées de variateurs ABB Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an Environ tonnes/an Pétrochimie, pompes

64 Chimie : Pompes et Ventilateurs
Une usine chimique chinoise a équipé ses pompes et ventilateurs à vitesse fixe de 8 variateurs ABB, pour une puissance installée total de 977,5 kW Les applications tournent environ heures par an Economie d'énergie moyenne : 37% Temps de retour sur investissement : environ 6 mois Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 600 tonnes/an Chimie, pompes et ventilateurs

65 Chimie : Ventilateurs Un des principaux producteurs européens de fertilisants et de phosphates pour nourriture animale a équipé cinq ventilateurs de process avec des moteurs et variateurs ABB Remplacement des moteurs existants et de la régulation mécanique du débit La réduction annuelle de consommation d’électricité dépasse les MWh Baisse annuelle du coût énergétique : environ € Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 400 MWh/an 2 800 tonnes/an Chimie, ventilateurs

66 Eau : Pompes de surpression
Un fournisseur chinois d’eau devait améliorer le rendement des pompes de surpression dans un station alimentant personnes Le système de vannage a été remplacé par des variateurs ABB Résultat : environ 30% d’économie d'énergie Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 500 tonnes/an Eau, pompes

67 Eau : Pompes Un fournisseur anglais d’eau a remplacé trois vieux variateurs (20 ans d’âge), qui étaient inefficaces, peu fiables et bruyants Resultats : plus de 65% d’économie d'énergie et un temps de retour sur investissement de seulement sept mois Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 143 MWh/an 63 tonnes/an Eau, pompes

68 Eau : Pompes Une ville néerlandaise exploite une station de traitement des eaux usées Un ensemble de pompes transporte après collecte les eaux usées vers l’installation de traitement 15 pompes fonctionnant auparavent en tout ou rien ont été équipées de variateurs ABB Les économies d'énergie sont réalisées par temps sec Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ 150 MWh/an 75 tonnes/an Eau, pompes

69 Eau : Pompes de distribution
Un fournisseur d’eau thaïlandais alimentant 11 millions de personnes en eau potable, devait améliorer l’efficacité de ses stations de pompage pour la distribution 13 variateurs ABB, totalisant 13,5 MW, ont remplacé les variateurs à courant de Foucault Economies d'énergie : de 15 à 30% Economie d'énergie Réduction d'émission CO2 Segment et application Environ MWh/an 1 000 tonnes/an Eau, pompes

70 ArcelorMittal : chaudières
ArcelorMittal, France Une évaluation d’efficacité énergétique conduite par ABB dans une aciérie française d’ArcelorMittal a identifié 53 opportunités d’économies d’énergie représentant un montant potentiel d’économie de 13,9MUSD. Les économies en gaz ont été estimées à 8,3MUSD et celles en électricité à 6MUSD « Nous sommes très satisfaits des résultats, car ABB a clairement identifié les gisements d’économies d’énergie et comment les valoriser. Ce travail a vraiment été apprécié, c’est mieux qu’un audit » Jeroen van Lishout, Energy Manager, ArcelorMittal Europe

71 ArcelorMittal : chaudières
ArcelorMittal, résultats de l’audit énergétique d’ABB : 2009 : passage de la 1ère chaudière en vitesse variable 2011 : passage de la 2e chaudière en vitesse variable 2012 : 3e chaudière? Pour chaque chaudière : Ventilateur de tirage : 1 variateur ACS – 1700kW/690V Ventilateur de soufflage : 1 variateur ACS – 710kW/690V Ventilateurs du shelter : 4 variateurs ACS355-03E-12A5-4 – 5,5kW/400V Le tout mis en shelter spécifique

72 ArcelorMittal Fos : chaudières

73 Efficacité énergétique : conclusion
Philippe Brem, septembre 2011 Efficacité énergétique : conclusion © ABB Group May 11, 2019 | Slide 95

74 Efficacité énergétique : contexte
Sans actions appropriées, on prévoit que la consommation mondiale d’énergie doublera entre 2010 et 2050 A moyen ou long terme, les prix de l’énergie vont augmenter Une croissance non maîtrisée de l’énergie fossile accélérera les changements climatiques

75 Efficacité énergétique Une approche gagnant-gagnant
La demande énergétique et les prix de l’énergie augmentent L’Efficacité énergétique est une question fondamentale aussi bien au niveau national qu’international C’est une exigence globale Pour les utilisateurs l’Efficacité énergétique est une opportunité multiple Réduction des coûts Contribution au développement durable Image publique positive pour l’engagement environnemental Pour ABB l’Efficacité énergétique est Un point-clé de notre mission Une contribution au développement durable

76 Confidential © ABB Group January, 2009 | Slide 98