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1
1ère Partie
PLAN
I- Introduc Introduction tion à l’Ef l’Efficacité ficacité Energ Energétique étique II- La démarc démarche he d’ef d’efficacité ficacité énergé énergétique tique a- Outil 1: Le rédia nostic b- Outi Outill 2: L’au L’audit dit énergé énergétiqu tiquee c- Ou Outil til 3: les les sys systèm tèmes es de de gesti gestion on d’é d’éne nerg rgie ie
2
1ère Partie
PLAN
I- Introduc Introduction tion à l’Ef l’Efficacité ficacité Energ Energétique étique II- La démarc démarche he d’ef d’efficacité ficacité énergé énergétique tique a- Outil 1: Le rédia nostic b- Outi Outill 2: L’au L’audit dit énergé énergétiqu tiquee c- Ou Outil til 3: les les sys systèm tèmes es de de gesti gestion on d’é d’éne nerg rgie ie
2
2ème
Partie
PLAN
III- Les solutio solutions ns pour pour l’écon l’économie omie d’éner d’énergie gie 1- les var variate iateurs urs de fréqu fréquenc encee 2- Produ Production ction et distrib distribution ution d’air compri comprimé mé 3- Pr Prod oduc uctio tionn de fro froid id 4- Har Harmon moniqu iques es et pertes pertes dans dans les trans transfos fos 6- Rendem Rendement ent intrins intrinsèque èque des équipe équipements ments 7- Ch Chau auffffag agee d’ d’ea eauu 8- The Thermo rmogra graphi phiee infrar infraroug ougee 9- Eco Econom nomies ies sur les flu fluide idess 10-- L’E 10 ’Ecl clai aira rage ge Annexes
3
1ère Partie I- Introduction à l’Efficacité Energétique Sommaire 1: EE: Une histoire de coûts 2: Répartition des coûts de l’énergie Etude de cas: Usine de produits laitiers ’ ff Bâtiment – Démarche
’
4: Démarche pour l’économie d’énergie
4
1ère Partie Sommaire
II- La Démarche d’économie d’énergie
II-1: Le prédiagnostic: Méthode d’analyse par regression Compensation d’énergie réactive Contrôle de la puissance appelée Exercices: étude de factures d’électricité
5
1ère Partie
II- La Démarche d’économie d’énergie
Sommaire II-2- REALISER L’AUDIT ENERGETIQUE: INTRODUCTION A LA METHODE EPS -Etape 1: Comprendre Le tableau des consommations -Etape 2: Améliorer Identifier les pistes d’amélioration Evaluer et prendre des décisions -Etape 3: Suivre Déterminer les indices d’efficience 6
EFFICACITE ENERGETIQUE: Qu’est ce que c’est au juste ?
7
RAPPEL: Efficacité énergétique Une histoire de coûts Il s’agit de minimiser au maximum les coûts de l’entreprise, relatifs à l’utilisation de l’énergie:
Dépenser
moins pour un même niveau de performance : moins d’énergie consommée, moins d’investissement, …
réduire la consommation d’énergie: kWh, Joules, etc.
Améliorer la performance à dépense d’énergie égale: plus de temps de fonctionnement utile, plus de productivité,…
Il s’agit de réduire les coûts de l’énergie ou les coûts de non disponibilité de l’énergie ou des installations
8
Quels coûts?
2-4% Réduire le coût de l’énergie Optimiser l’exploitation des équipements
Assurer la disponibilité de l’installation Assurer la stabilité du processus
4-5%
10%
9
Répartition des coûts de l’énergie
Factures de l’électricité et des fluides Coûts engendrés par la Mauvaise qualité de l’énergi
Coûts liés à la non disponibilit de l’énergie
1
Etude de cas: Usine de production de lait
Facture électrique annuelle: 22000 KDhs Facteur de puissance moyen 0,86 Pénalités pour dépassement de Ps Plusieurs problèmes de cont nu t e serv ce
1
Statistiques des perturbations Période de Janvier à Août 2008 soit 8 mois 55 interruptions ( brèves et longues; principalement brèves) Temps nécessaire avant redémarrage production: - Fromage et desserts: 2 heures / Conditionnement : 0,5 heures Total temps arrêt usine: 110 heures de process – 27,5 heures conditionnement Pertes enregistrées sur 8 mois 87 000 litres de MP valeur 361 000 Dhs Manque à gagner: process: 110 heures valeur 5 270 800 Dhs x 0,15 conditionnement: 27,5 heures 3 300 000 Dhs x 0,15 - Coût énergie: 33 700 Dhs (Fuel et électricité) - Coût détergent: 28 500 Dhs Total pertes en 8 mois = 1 708 800 Dhs Pertes prévisionnelles sur 1 exercice complet hors MO supp
3/2 x 1 708 800 = 2 563 000 Dhs / an (hors coût personnel au chômage technique et coûts de maintenance) Ratios (estimés):
5 Dhs/litre MP - 120000 Dhs CA/heure de lait pasteurisé 48000 Dhs CA/heure fromages et desserts Production conditionnement: 400 000 litre/jour – 5Dhs/litre CA - Bénéfice net: 15% 1
Etude de cas: Usine de production de lait
Le coût des arrêts dus aux microcoupures = 11,7% de la facture annuelle
Le relèvement du facteur de puissance à 0,97 permettrait des gains annuels de 350KDhs dus à la réduction des appels de puissance apparente 1,6% de la facture annuelle
OU EST LA PRIORITE A VOTRE AVIS ?
1
L’EFFICACITE ENERGETIQUE DANS L’INDUSTRIE ET LE BATIMENT
1
l’Efficacité énergétique dans l’industrie
L’énergie est principalement utilisée pour produire la chaleur nécessaire aux process industriels ou pour le refroidissement ou encore pour faire fonctionner les machines nerg e repr sen e plupart des industries
es co s e pro uc on ans a
En moyenne, un site peut réduire sa consommation d’énergie de 10% à 20%
1
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment Le bâtiment est le plus gros consommateur d’énergie dans le monde Les bâtiments consomment plus de 40% du total des énergies aux USA et dans l’UE. l’U E. Entre 12% et 18% dans le bâtiment commercial et le reste dans le bâtiment résidentiel.
Exemple: L’UE L’UE a l’ambition d’économiser 40 Mtoe (million tons of oil equivalent) en 2020 grâce à sa directive sur le bâtiment (réduction de 22% de la consommation).
1
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment
Healthcare Buildings 28% Water Heating 23% Space Heating 16% Lighting 06% Office Equipment 27% Other
Lodging 42% Water Heating 20% Lighting 16% Space Heating 6% Space Cooling 16% Other
Le type de consommation d’énergie d’énergi e dépend des Activités dans le bâtiment. bâtiment . Le chauffage d’Eau est par exemple le principal poste de consommation d’énergie dans un hôpital. ’ de consommation dans le bâtiment commercial et les magasins commerciaux
Office Buildings 30% Lighting 25% Space Heating 16% Office Equipment 9% Water Heating 9% Space Cooling 11% Other
Retail Buildings 37% Lighting 30% Space Heating 10% Space Cooling 06% Water Heating 17% Other
1
Bâtiment: Des acteurs différents... Le bâtiment se distingue du domaine industriel par la variété des acteurs concernés: l’exploitant,
qui peut être l’occupant du bâtiment, ou une compagnie d’exploitation déléguée, le maître d’ouvrage, propriétaire du bâtiment, soit pour l’occuper lui même soit à titre d’investisseur le maître d’oeuvre : architecte ou bureau d’études responsable de la construction du bâtiment, les fournisseurs, notamment les fournisseurs d’énergie (régie d’électricité, ONE,…), les autorités de régulation compétentes pour le bâtiment considéré (énergie, santé, culture, habous,..)
1
… aux Besoins différents,… Les
besoins des exploitants réduire la facture d’énergie par un meilleur tarif ou par la réduction de la consommation d’énergie. assurer le bon fonctionnement de tous les services nécessaires à l’activité pratiquée et au confort des personnes qui occupent le bâtiment, employés et visiteurs. es eso ns es ma res ouvrage augmenter et maintenir la valeur immobilière de leur bien. obtenir la conformité aux règlements énergétiques en vigueur, bénéficier des aides accordées pour la mise en place de systèmes économisant l’énergie, Les
besoins des maîtres d’oeuvre être compétitif en prestations et en coût au moment de la sélection, tenir le budget pendant la réalisation. 1
Comment réduire les coûts énergétiques Les possibilités d’économie d’énergie résultent de :
Rapide
L’optimisation du coût d’achat de l’énergie (une meilleure connaissance de la tarification et une vérification de la bonne adaptation de la ) , consommation aux contraintes tarifaires
Gratuit
la
Investissement
la
Stratégique
La
lutte contre les gaspillages (analyse des comportements des usagers et chasse aux fuites et autres sources de gaspillage), rationalisation des processus et des consommations intrinsèques des machines (amélioration des rendements des machines et des process ), Remise en cause des choix énergétiques et de l’infrastructure des processus de production (substitution de l’électricité aux énergies traditionnelles, récupération de l’énergie perdue ou l’autoproduction à partir de récupération).
2
Efficacité énergétique dans l’industrie
Le plus souvent, pour un process industriel, le gisement principal d’économie se trouve dans l’outil de production qu’il faut donc étudier avec les spécialistes du métier considéré.
2
L’efficacité énergétique: Quelle Démarche? collecte des documents et informations sur site. Etude des moyens de production et des réseaux
Prédiagnostic
Détermination du type d’audit nécessaire Analyse et diagnostic par des experts •Audit énergétique •Analyse Qualité de l’énergie • Audit de l’installation
Audit détaillé
Etude des solutions Et analyse financière
Mise en œuvre, Vérification, Formation Vérification
Solutions pour l’économie d’énergie
Equipements à haut rendement, variateurs de vitesse, système de délestage, gestion de l’éclairage, procédures de maintenance…
Solutions pour améliorer la qualité de l’énergie
Solutions de compensation, filtrage des Harmoniques,…
Solutions pour améliorer la continuité de service des installations
Coordination des protections, réequilibrage des phases, architectures Critical Power,…
,
Former pour pérenniser les acquis Mise au point de Guides de bonnes pratiques (exploitation, entretien, comportements…)
Le résultat est vérifié par de nouvelles mesures
2
Les différentes normes d’audit: De plus en plus de pays développent leurs propres normes d’audit ou de diagnostic énergétique : France:
Norme BP X 30-120, Espagne: Norma UNE 216501 Hollande – Belgique: Méthode EPS, ….. Au Maroc, aucune norme n’a à ce jour été adoptée de manière officielle. Chaque auditeur utilise la méthode qui lui plaît.
2
La démarche d’audit selon la norme française BP X 30-120
2
Phase 1: Analyse préalable
Objectif Première approche du bilan énergétique
2
Phase 1: Analyse préalable Objectif Première approche du bilan énergétique
2
Phase 2: Analyse détaillée 1/2 Objectif Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie
2
Phase 2: Analyse détaillée 2/2 Objectif Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie
2
Phase 2: Analyse détaillée Objectif Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie
2
Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration 1/2
Objectif Recherche des solutions d’amélioration
3
Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration 2/2
Objectif Recherche des solutions d’amélioration
3
Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration
3
II- DE DEMAR MARCHE CHE POUR POUR L’E L’ECON CONOMI OMIE E D’ENERGIE
3
Démarche d’économie d’énergie: 3 étapes étapes – 3 outils outils compléme complémentaire ntaires: s: 1- Le prédia prédiagno gnosti sticc : esti estimer mer le potent potentiel iel d’écon d’économi omies es 2- L’audit ’audit Energétiqu Energétique: e: identifier identifier les gisements gisements d’économie et établir les plans d’action 3- Les Les sy systèm stèmes es de de gest gestio ion n d’n d’ner ergi giee : out outilil de de mesure, de vérification et de suivi des performances
3
OUTIL #1: LE PREDIAGNOSTIC
3
Le prédiagnostic: Des outils simples et un temps réduit Objectif: Détermination des potentiels de gains:
Les gains « financiers »:
-Optimisation de la puissance souscrite -Compensation d’énergie réactive -Analyse de la courbe de charge
Les coûts du gaspillage et de la mauvaise gestion:
-Analyse par régression
3
Le prédiagnostic: Des outils simples et un temps réduit Démarche: Collecte
et analyse des factures d’énergie: Electricité, Fuel, Gaz, … Collecte
des données des compteurs internes
Collecte
des données de production
Si
possible, mesures globales (courbes de charge)
Période
nécessaire: 3 années les plus récentes
3
Déterminer le potentiel d’économies: Analyse par régression Déterminer
les consommations fixes gaspillages? Analyser les variations des coûts: pbs de gestion? Analyse par régression
y = 15,38x + 61593 R2 = 0,7729
450000 e u q ) 400000 i r h 350000 t c W e l ( 300000 é K o A i t e 200000 a g m a 150000 y m o o r 100000 s B n 50000 o C 0
0
5000
10000
15000
20000
25000
Production TT (T)
Pertes
dues à la non optimisation de la gestion de production Consommations fixes Par produit, ligne et globale 3
Méthode d’analyse par régression Consommation (KWh, Joules, Nm3,…)
(E) (D) (A)
(B)
(C)
Consos fixes quelle est la part du gaspillage?
[(A)+(B)+(C)+(D)+(E)] / nbre mois = potentiel d’économie si meilleure gestion de la production SGE Productions mesuelles (T, m3, l, nbre de pcs, etc.) 3
Exemple – Cas d’une mine d’extraction de cuivre à ciel ouvert Analyse par régression 60000 e ) u q H 50000 i r W t c K e ( l u 40000 é C n e o g 30000 i t a a s m s 20000 m a c n s o n C 10000 o C 0
y = 0,6362x + 7787,6 R2 = 0,4506
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
Production (T)
Trop
grande dispersion de la consommation d’énergie par rapport au tonnage produit au niveau du poste de concassage Problème identifié: Régularité de l’approvisionnement en MP Potentiel de gains si meilleure gestion: 15% 4
Calcul de la consommation spécifique
Consommation Spécifique globale y = 1020,9x-0,3293
60,00
e u q ) 50,00 i r T t c / e h 40,00 l é W K n ( o e 30,00 i t u a i q m f i 20,00 c m é o p s s 10,00 n o C 0,00
R2 = 0,3953
0
5000
10000
15000
20000
25000
ProductionAu (T)
dispersion
selon production Ratios à retenir Analyse des écarts 4
DETERMINER LES GAINS FINANCIERS
4
Calculer les gains financiers Il s’agit de chercher à dépenser moins d’argent, avant de chercher à utiliser moins de kilowatt-heures. Adapter
le type de contrat et/ou la puissance souscrite à l’activité du bâtiment ou de l’usine Optimiser l’énergie réactive, en installant un dispositif de compensation afin de supprimer les pénalités facturées
coûteuses, quand c’est possible Exemples:
- production d’eau chaude sanitaire avec les chauffe-eau à accumulation (ballons d’eau chaude) ainsi que pour les systèmes de chauffage électrique à accumulation. - Former des volumes importants de glace pendant les heures à faible tarif qui seront utilisés par des systèmes de réfrigération pour l’air conditionné.
4
Analyse de la courbe de charge
Les consommations "captives"
Est-ce bien nécessaire ?
Les dépassements coûteux Contrôler le foisonnement La puissance disponible Pourquoi ne pas l’utiliser ?
4
Choix du type de contrat d’électricité L’Office
National d’Electricité (ONE) a défini plusieurs types de contrats et de tarifs pour adapter son offre à l’activité des utilisateurs : 4
types de clients: 1- Grands comptes 2- Professionnels 3- Résidentiel 4- Collectivités locales Différents types de contrats - Très Haute tension - Haute tension - Moyenne tension - Tarif vert - Basse tension Force motrice - Basse Tension clients patentés - Eclairage public
4
Choix du type de contrat d’électricité
4
Choix du type de contrat d’électricité
4
Choix du type de contrat d’électricité
4
Choix du type de contrat d’électricité
4
Choix du type de contrat d’électricité
5
Exercice: Optimisation d’une facture électrique
5
OUTILS: LA COMPENSATION D’ENERGIE REACTIVE
5
Explications
Toute machine électrique met en jeu 2 formes d'énergie :
énergie "active" correspondant au kWh est transformée en énergie mécanique et en chaleur " " sert à aimanter le fer du circuit magnétique, c'est une énergie improductive mais nécessaire
53 5
Sources d'énergie réactive (1) distributeurs
d'électricité :
facturation des consommations excessives d'énergie réactive (pénalité pour mauvais cos phi)
condensateurs
de puissance :
générateurs d'énergie réactive
54 5
Sources d'énergie réactive (2) installation non compensée
installation compensée
distributeur d'énergie
distributeur d'énergie
comptage client
comptage client
énergie active énergie réactive
énergie active énergie réactive
réseau usine
réseau usine
production usine
production usine
moyen de compensation
55 5
Principaux consommateurs d'énergie réactive
moteur asynchrone ordinaire : 100% de charge cos ϕ ≅ 0,85 75% cos ϕ ≅ 0,8 50% cos ϕ ≅ 0,73 25% cos ϕ ≅ 0,55 lampes à fluorescence : cos ϕ ≅ 0,5 , , four à induction : cos ϕ ≅ 0,4 à 0,8 four à arc : cos ϕ ≅ 0,8 machine à souder monophasée : cos ϕ ≅ 0,5 machine à souder à résistance : cos ϕ ≅ 0,8
56 5
Facteur de puissance
le rendement électrique de l'installation est mesuré par le facteur de puissance :
F=
puissance active (kW) P (kW) = = cos ϕ puissance apparente (kVA) S (kVA) en régime sinusoïdal
en régime sinusoïdal, le cos ϕ donne une information sur la consommation en énergie réactive d'une installation :
0 ≤ cos ϕ ≤ 1
57 5
tg ϕ
on utilise souvent tg ϕ au lieu de cos ϕ :
tan ϕ =
puissance réactive puissance active
Q (kvar) = P (kW)
,
énergie réactive (kvarh) Wr = tg ϕ = énergie active (kWh) Wa
58 5
Energie réactive : définitions Ia It
P (kW) Ir
It = courant apparent Ia = courant actif Ir = courant réactif It =
2 I a +
2 I r
Ia = It cos ϕ Ir = It sin ϕ
Q (kvar) S (kVA)
S = puissance apparente F = facteur de * puissance F
=
P S
tgϕ ϕ =
=
cos ϕ ϕ
Q P
S = UIt (*): Hors Harmoniques
Q = puissance réactive S = P 2
+Q
2
S = UIt P = UIt cos ϕ = UIa Q = UIt sin ϕ = UIr
59 5
Comprendre la facture d’électricité Terminologie: -Énergie active (kWh) énergie payée -Energie réactive (kVARh) pour calculer le cos phi - Facteur de puissance ou cos phi = Ea / √ (Ea² + Er²) - Indicateur de maximum (IM): Maximum de P moyenne (10mn) en kW - Puissance appelée Pa en kVA: = IM / Cos phi - Puissance souscrite Ps en kVA: puissance réservée par le distributeur (Ps vs Pa)
Gestion optimale de la puissance appelée permet : - Réduire la puissance souscrite pour l'adapter à celle qui est réellement nécessaire. - Éviter les pénalités pour dépassement de puissance souscrite. 6
Comprendre la facture d’électricité Méthode de calcul de l’Indicateur de Maximum (IM): Intervalle de mesure
Dans d’autres pays Fenêtre glissante Dans ce mode, deux intervalles sont définis (par ex: le calcul de la moyenne sera mis à jour toutes les 60 secondes par le compteur . Le compteur affiche la valeur moyenne chaque 15 minutes ou 10 minutes.
6
Comprendre la facture d’électricité Méthode de calcul de l’Indicateur de Maximum (IM): Intervalle de mesure Au Maroc Fenêtre fixe (par bloc) La puissance active maximale appelée (en kW) au cours d'un intervalle défini (normalement toutes les 10 minutes). Une fois ces données obtenues, on garde la valeur et on commence un nouveau calcul sur les 10 minutes suivantes. De cette façon, on enregistre 6 valeurs par heure.
6
Comprendre la facture d’électricité Méthode de calcul de l’Indicateur de Maximum (IM): Energie kWh Puissance moyenne contrairement à ce qu’on pourrait penser, l’IM n’est pas mesuré directement mais il est calculé à partir de la consommation d’énergie cumulée pendant l’intervalle de temps de 10 minutes. le compteur du distributeur d’électricité cumule l’énergie consommée par l’installation en kWh durant la ériode de 10 minutes. Il multi lie ensuite cette valeur par 6 pour obtenir la puissance moyenne appelée durant cette période (en kW). C’est cette valeur qu’il enregistre dans sa mémoire pour la comparer aux valeurs des autres intervalles de 10 minutes du même mois (ou de la période de facturation) et en déclarer la plus élevée comme l’indicateur de maximum de cette période. cette information est insuffisante pour le choix de la solution de prévention de dépassement de puissance souscrite: Il est très important de savoir comment a été consommée cette énergie
6
Comprendre la facture d’électricité Méthode de calcul de l’Indicateur de Maximum (IM): Exemple: installation consommant une énergie de 100kWh durant 10 minutes le compteur affiche une puissance moyenne de 600 kW. Cas 1 : La puissance appelée est constante (600kW)
700 600 500 400 300 200 100 0 1
2
3
4
Energie cumulée (kWh)
5
6
7
8
9
10
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Puissance appelée (kW)
6
Comprendre la facture d’électricité Méthode de calcul de l’Indicateur de Maximum (IM): Cas 2 : La puissance appelée est variable (le pic de puissance atteint jusqu’à 1400 kW). Le compteur affiche au bout de 10 minutes une énergie consommée de 100kWh et un indicateur de maximum égal à 600 kW
1600
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1400
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1200
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800
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��
600
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��
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���
��
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��
�
���
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���
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1000
400 200 0 1
2
3
4
Energie cumulée (kWh)
5
6
7
8
9
������� ������� �����
10
Puissance appelée (kW)
6
Comprendre la facture d’électricité Ces deux exemples montrent un indicateur de maximum identique alors que la puissance réelle maximale appelée dans le second cas est presque 2,5 fois plus élevée que celle appelée dans le premier cas.
6
Comprendre la facture d’électricité Comment est calculée la pénalité pour dépassement de puissance souscrite ? Pour éviter des majorations en termes de puissance, nous devons nous assurer qu'aucune valeur de la puissance appelée (en kVA) ne dépasse la valeur de puissance contractée. Etude de cas: puissance souscrite = 1000 kVA ; Indicateur de maximum = 910kW ; Cos phi = 0,7 puissance appelée = IM/Cos phi = 1300 kVA Redevance
de puissance souscrite = 1000 x 28,16 = 28160 Dhs HT Redevance de dépassement de Ps= 300 x 1,5 x 28,16 = 12672 Dhs HT Soit une plus value de + 45% par rapport à une puissance appelée <= 1000 kVA
6
Quelles solutions techniques pour maîtriser la puissance appelée 3 solutions: 1- Augmenter la puissance souscrite: coût élevé 2- Améliorer le cos phi (proche de 1) limite = Pa(kVA) >= IM (kW) 3- Limiter le pic de puissance (IM) si possible
La combinaison de ces 3 solutions est le meilleur moyen d’optimiser la facture
6
Solution #1 Compensation d’énergie réactive
6
Avantages de la compensation Economiques :
réduction de la facture d'électricité par : diminution de la puissance appelée Évitement des pénalités pour cos phi insuffisant m nu on es ac ur s (pertes Joules)
Techniques :
diminution des chutes de tension augmentation de la puissance disponible amélioration de la qualité de l'installation électrique dans le cas de filtrage : association
Exemple : passer de cos ϕ = 0,8 à cos ϕ = 0,93 permet de : diminuer les pertes en ligne de 30% (à puissance active constante) augmenter la puissance active transportée de 20% (à pertes actives constantes)
70 7
Concept de base
kW kVA =cos ϕ
(aspect financier)
fournisseur d'énergie si
=
kVA > PS: pénalités PA: puissance appelée = kW/ cos ϕ PS: puissance souscrite (en kVA)
facture
Cos ϕ: moyenne du mois kWh
kvar
kW
kVA
kWh2+kvarh2
Solution: augmenter la puissance souscrite, augmenter cos ϕ, ou diminuer PA (kW)
charge
kvar kW utilisateur
71 7
fournisseur d' nergie (Puissance appelée)
Amélioration du cos phi
(aspect financier)
facture kvar
Cos ϕ =
kWh
kW
économies
kWh2+kvarh2
Kvar(h)
cos ϕ
kvar condensateur
kVA
charge
kvar
kW
utilisateur
72 7
Amélioration du cos phi
(aspect technique) si
charge(kW) > Sn transformateur ne convient pas si charge(kW) < Sn condensateurs
transformateur augmenter la puissance
kvar s u r c h a r g
kW
transformateur Sn (kVA)
kVA=
kW kVA =cos ϕ
kW2+kvar2
>Sn
kvar
kW
charge
73 7
Soulager le transformateur et augmenter la puissance disponible
transformateur Sn (kVA)
kVA= kW2+kvar2
(aspect technique) kW kVA = cos ϕ
puissance apparente disponible
charge kVA = kW(*)
(*) cos ϕ = 1
kvar condensateur
kvar
kW
charge
74 7
Exemple : avantage de l'amélioration du facteur de puissance Installation sans condensateur
Installation avec condensateurs objectif : cos ϕ2 = 0,97 puissance réactive nécessaire : Q = P (tan ϕ1 - tan ϕ2) = 315 kvar nouvelle puissance appelée :
630kVA 400V 50Hz 3 phases
X
X
condensateur 250kW cos ϕ1= 0,75
500 = 515kVA 0,92 Conclusion : transformateur soulagé 115 kVA disponibles facture d'électricité réduite : puissance souscrite = 515 kVA S=
250kW cos ϕ1 = 0,75
puissance appelée : P S = cos ϕ = 665 kVA 1 transformateur surchargé (FC = 105%) Puissance souscrite = 665 kVA
75 7
Impact économique de la compensation Diminution des pertes Joules 3
P 2
Pertes annuelles d'un câble 2 2 Aluminium : U cos ϕ ϕ section : 95 mm² longueur : 100 m t = 2 500 heures/an R : résistance linéaire ( Ω/km) = P : puissance active (kW) cos ϕ = 0,8 Wj = 9 800 kWh/an L : longueur (km) t : durée annuelle d'utilisation de la cos ϕ = 1 Wj = 6 300 kWh/an puissance P (heures) W j
=
10 RL
×
× t
76 7
Impact technique de la compensation Chutes de tension R
X
U1
R
X
U2
U1
R
X
U2
∆U = U 1 − U 2 ≅
C H A R G E
RP + XQ
S = P 2
+Q
2
R = résistance de la ligne X = réactance de la ligne P = puissance active de la Q = puissance réactive de la charge
U 2
77 7
Diminution des chutes de tension ∆U =
U1
− U 2 ≅
Exemple : chute de tension sur une ligne aérienne ligne 90 kV de 40 km conducteur : Aluminium 366 mm² im edance : Z = R + X = 3 6 + 15 2 Ohms
tg ϕ = 0,3
P = 30 MW Cosϕ = 0,95 Q = 10 Mvar tg ϕ = 1 Cosφ= 0,7
P = 30 MW Q = 30 Mvar
∆U =
∆U =
3,6 × 30 + 15,2 × 10 90
=
3,6 × 30 + 15,2 × 30 90
RP + XQ U 2
2,9 kV ( 3,2%)
=
6,3 kV ( 7%)
78 7
Condensateurs et harmoniques : influence des condensateurs
réseau en l'absence de condensateurs : le réseau peut être considéré comme selfique ayant une impédance variant linéairement avec la fréquence les courants harmoniques générés remontent presque tous vers le transformateur seulement une faible artie des courants harmoni ues se retrouvent au niveau des charges réseau en présence de condensateurs : les condensateurs ne créent pas d'harmoniques les condensateurs peuvent par leur présence amplifier les harmoniques déjà présents sur le réseau
79 7
Condensateurs et harmoniques (1) Installation sans condensateur
Transformateur HT/BT
Iharmoniques
~
~ =
=
HT
M
générateur d'harmoniques (Gh)
80 8
Condensateurs et harmoniques (2) Installation avec condensateurs
Transformateur HT/BT
Iharmoniques
~
~ =
=
HT
M
générateur d'harmoniques (Gh)
batterie de condensateurs
81 8
Conséquences : courbe impédance condensateur z(Ω) z =
0
1
Cω ω
=
1
C × 2π πf
f (Hz)
82 8
Condensateurs et harmoniques : fréquence d'anti-résonance
la mise en parallèle d'une batterie de condensateurs fait apparaître une résonance calcul de la résonance parallèle (anti-résonance) :
n ar =
z(Ω)
S sc Q
Ssc : puissance de court circuit (kVA) Q : puissance du condensateur (kvar)
réseau avec condensateur réseau seul
far
f(Hz)
zone d'amplification des harmoniques
83 8
Solution : compenser en présence d'harmoniques surdimensionner les condensateurs en tension but : protéger les condensateurs en augmentant l'épaisseur du diélectrique inconvénient : ne diminue pas le THD risque d'amplification des harmoniques
condensateurs surdimensionnés + self anti-harmoniques (SAH) but : protéger les condensateurs contre les harmoniques et éviter l'amplification des harmoniques diminution légère du THD suivant l'accord LC choisi. La batterie SAH est composée d' une branche LC dont la fréquence d'amont f r
=
1 2π π LC
est placée en dessous des harmoniques présents sur le réseau
84 8
Solution: impédance avec batterie SAH réseau + condensateur réseau seul z(Ω)
réseau + batterie SAH fr
250 350
550
f (Hz)
spectre harmonique présent sur le réseau fréquence de résonance fr doit être inférieure à la fréquence 1 des harmoniques présents sur le f r = 2π π LC réseau
85 8
Différents types de batteries de compensation en BT
86 8
Commande à contacteurs mécaniques Batteries pour les réseaux avec charges à variations lentes.
Puissances de 2,5 jusqu‘à 1600 kvar
OPTIM OPTIM FR
Commande à Thyristors Batteries pour les réseaux avec variations rapides de la charge: • • le soudage, • emboutissage, • Laminage • Etc. Puissance s de 18,75 jusqu‘à 1200 kvar
EMS, ECK FRE 8
Batteries standards
Batteries pour réseaux faiblement ou moyennement po u es.
Puissances de 2,5 jusqu‘à 1600 kvar
OPTIM EMS, ECK
Batteries avec Selfs AntiHarmoniques Batteries avec SAH pour réseaux fortement pollué.
Puissances de 17,5 jusqu‘à 1200 kvar
OPTIM FR FRE 8
ROI de la compensation
en basse tension , le temps de retour sur investissement est : ≤ 1 an pour des batteries fixes (75 MAD/kvar) ≤ 1,5 ans pour des batteries automatiques (150 MAD/kvar) ≤ 3 ans pour des batteries automatiques avec SAH (300 MAD/kvar)
en haute tension , le temps de retour sur investissement est compris Industrielle) coût 50 à 80 MAD/kvar.
89 8
Solution #2 Contrôle de la puissance appelée et évitement des dépassements de puissance souscrite
9
������� ���������� �� ����������� �� ���������
L’Energie est contrôlable. ���� ������ 9
Gestionnaire de dépassement de puissance Principe: système capable de prévoir le risque de dépassement de puissance souscrite suffisamment à l’avance, de déconnecter les charges non critiques, à des moments contrôlés, et d’éviter la reconnexion simultanée de celles-ci lorsque le risque de dépassement disparaît.
9
Gestionnaire de dépassement de puissance Principe: système capable de prévoir le risque de dépassement de puissance souscrite suffisamment à l’avance, de déconnecter les charges non critiques, à des moments contrôlés, et d’éviter la reconnexion simultanée de celles-ci lorsque le risque de dépassement disparaît.
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Gestionnaire de dépassement de puissance Précautions: Les charges à déconnecter doivent être choisies parmi celles n'affectant pas le processus principal de production de l’entreprise, par exemple : ’ , L’air conditionné, ventilateurs et extracteurs, Les Compresseurs de froid, Les pompes d’alimentation de citernes de stockage, Les machines d’emballage, Les concasseurs ou broyeurs dans certains process, etc.
Choisir les machines les plus puissantes possibles 9
9
Fonctionnalités
9
Exemple d’installation
9
Caractéristiques principales
9
Caractéristiques principales
9
Autres caractéristiques
1
EXERCICE: OPTIMISATION DE LA FACTURE ELECTRIQUE ETUDE DE CAS
1
OUTIL #2: L’AUDIT ENERGETIQUE INTRODUCTION A LA METHODE EPS
1
III- REALISER L’AUDIT ENERGETIQUE: INTRODUCTION A LA METHODE EPS Sommaire -Présentation de la démarche -Etape 1: Comprendre Le tableau des consommations -Etape 2: Améliorer Identifier les pistes d’amélioration Evaluer et prendre des décisions -Etape 3: Suivre Déterminer les indices d’efficience
1
L’audit énergétique: Un process continu
1
L’audit énergétique: Un process continu
1
L’audit énergétique: Mesurer, pourquoi faire?
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I- L’audit énergétique
1
Tableau des consommations: Les vecteurs achetés
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Tableau des consommations: Les vecteurs utilités
1
Tableau des consommations: Les vecteurs
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Tableau des consommations: Les usages
1
Tableau des consommations: Les usages
1
Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les usages
1
Tableau des consommations: Les variables d’activité
1
Tableau des consommations: Répartition
Dans tous les cas il convient de chercher à concilier le total des consommations des lignes avec le total facturé. L’écart toléré est de ± 1%. 1
Recherche des pistes d’amélioration
1
Evaluation des pistes d’amelioration: démarche
1
Brainstorming
1
Faisabilité: critères de classification
1
Rentabilité Pay Back Time simple = Investissement / Economie annuelle
Hypothèses de calcul simples dans le cadre d’une préfaisabilité
1
Pistes d’amélioration: détail
1
Priorités
1
Plan d’action
1
Plan d’action
1
Plan d’action
1
Plan d’action
1
Bilan Energétique
1
Bilan Energétique
1
Bilan Energétique
1
Bilan Energétique
1
Suivi des IEE : Annuel / mensuel
1
Suivi des IEE : Analyse Inter-site
1
Indices d’Efficience Energétique
1
Suivi annuel IEE / EGES
1
Suivi annuel IEE / EGES
1
Synthèse
1
OUTIL #3: LA MESURE COMME MOYEN D’ECONOMIE D’ENERGIE LES SYSTEMES DE GESTION D’ENERGIE
1
Mesurer, pourquoi faire? Pendant et après l’audit…. « mesurer pour : diminuer les factures d’électricité, améliorer la qualité des produits finis, améliorer la continuité de service, améliorer la maintenance, refacturer, réaliser la com tabilité anal ti ue, … et… calculer les indices d’efficience énergétique»
1
Gestion de l’énergie et Système de Gestion de l’énergie?
1
Aspects importants d’un Système de Gestion de l’énergie?
1
Pourquoi un SGE? Parce qu’un système de gestion d’énergie permet de :
Savoir où, comment et quand l’énergie est consommée Fournir la façon dont la facture d’énergie peut être optimisée Justifier un investissement en efficacité énergétique u v u consommation énergétique Augmenter la productivité du processus industriel d’une entreprise Augmenter la fiabilité des installations Éviter arrêts et pannes
1
Objectifs et applications de la mesure Mesurer, pour quoi faire ?
Réduction des factures d’énergie Optimisation de l’utilisation des équipements Amélioration de la continuité de service
Trois familles d’application :
Management des coûts énergétiques
Surveillance des installations électriques
Contrôle de la qualité de l ‘énergie électrique.
1
Quel système de mesure? Deux solutions de mesure sont envisageables et peuvent être complémentaires : ■ installation à demeure d’appareils de mesure
avec : □ le personnel qui exploite la mesure ’ l’analyse □ La possibilité de télé-suivi par des experts ■ visites ponctuelles d’experts avec des appareils de mesure portables.
1
Quel système de mesure?
Les systèmes de mesure installés à demeure sont à privilégier, car ils : préparent et facilitent le diagnostic des experts : réduction de la durée et du nombre de leurs interventions. permettent de suivre l’ensemble de l’installation de manière permanente. donnent une vision lobale du fonctionnement de l’installation Permettent d’intégrer sur un même système toutes les formes d’énergie (Eau, électricité, Gaz, vapeur, …) permettent de détecter les nouvelles perturbations dues:
à la fluctuation de la source d’alimentation, aux variations de fonctionnement de l’installation, à la mise en place ou à la suppression d’équipements ou de modes de fonctionnement, au vieillissement de l’installation.
Les appareils portables peuvent être un complément pour analyser un phénomène particulier ou compléter un diagnostic car l’analyse est plus précise et détaillée. ■
1
Le management des coûts énergétiques Les applications de management des coûts énergétiques consistent à réduire les factures d’énergie, refacturer l’électricité et rendre la comptabilité analytique plus précise.
Les applications:
Sous comptage
Allocation des coûts
Analyse des consommations
Minimisation en temps réel de la facture électrique
Optimisation du contrat
Vérification de la facture
Suivi et optimisation du cos Φ
Mesure des autres fluides
1
La surveillance des installations électriques La surveillance des installations électriques est un domaine clef pour la continuité de service. Elle permet en outre la maintenance préventive, donc plus de souplesse dans les interventions et à long terme, un coût moindre pour l’entreprise. Les applications ’
Surveillance des appareils et des machines (états)
Vérification du bon dimensionnement de l’installation / identification des réserves de puissances disponibles
Détection des dérives (alarmes) et analyse des défauts
Maintenance préventive
1
AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE
Superviser
Visibilité complète sur le site Etat des appareils: Disjoncteurs et inverseurs de source Téléconduite du réseau Autres fluides: Eau, Air, Gaz, Vapeur, …
Conduite en temps réel: WAGES
1
AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE
Surveiller en permanence les paramètres critiques: Facteur de puissance / Energie réactive
Suivre les courants, tensions et THD
Harmoniques, THD Déséquilibre en tension ou en courant Frequence Générateur
Fluctuations, creux de tension, dus aux fluctuations de la charge (démarrage de moteurs…), mise en service de transformateurs ou de batteries de condensateurs, éclairage,….
1
AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE
Aide à la maintenance préventive -> detecter les problèmes assez tôt -> Eviter les coupures -> minimiser les pertes de production Alarmer sur les paramètres clés Compter le nombre de manoeuvres tat st ques par type e panne et occurence Identifier les charges polluantes (niveau élevé d’Harmoniques) & les éloigner des charges sensibles, installer des filtres ou les changer Équilibrer les jeux de barres après analyse de la charge par phase
Alarmes sur paramètres clés et enregistrement des évènements
1
Le contrôle de la qualité de l’énergie Une mauvaise qualité de l’énergie a un impact économique du fait du surcoût lié aux pertes d’énergie, au vieillissement prématuré des récepteurs, au surdimensionnement, éventuellement à la non qualité de ce qui est produit… Les applications:
Surveillance de la qualité d’énergie et de ses effets sur ns a a on
Surveillance de la qualité d’énergie et de ses effets sur le process et la qualité produite
Surveillance de la qualité d’énergie et de ses effets sur l’homme
Vérification du niveau de qualité d’énergie fournie par le distributeur
1
la norme EN50160 = tension
définit et décrit les valeurs caractérisant la tension d ’alimentation fournie
EN50160
Client
1
Perturbations - Rappel Creux
Interruptions
Variations d’amplitude > 1 cycle transitoires périodiques Flicker
1
Perturbations - Rappel variations d’amplitude périodiques < 1 cycle Harmoniques
Transitoires <1 cycle Haute fréquence Transitoires
1
- liste des perturbations externes Grandeurs définies par l ’EN50160 : Fréquence Amplitude de la tension fournie Variation de la tension fournie Variations rapides de la tension Creux de tension Coupures longues de la tension fournie Surtensions temporaires sur le réseau entre phase et terre Surtensions transitoires entre phase et terre Déséquilibre de la tension fournie Tensions harmoniques Tensions interharmoniques Transmission de signaux d'information sur le réseau
1
- les perturbations d ’origine interne
Les limites définies par l ’EN50160 peuvent être aussi utilisées comme références de qualité de tension dans les réseaux industriels.
Perturbations ‘ courant ’ les plus fréquentes (et les plus gênantes) : - Harmoni ues - Surcharges - Courants d ’appel - Court-circuits - Courants de défaut à la terre - Les déséquilibres ……..
1
conomies associées à un SGE
En fonction de : état des mesures d’efficacité énergétique secteur industriel considéré
Éclairage Cogénération Climatisation
Audit énergétique, proposition de potentiel d’économie
SGE
• 7 – 12 % • Amortissement entre 6 mois et 1,5 an 1
ARCHITECTURE D’UN SYSTEME DE GESTION D’ENERGIE
Des logiciels de gestion de l’énergie électrique
Des interfaces de communication
Une gamme complète d’appareils de mesure communicants ou non
1
Quelle architecture de solution de mesure pour quelle application?
1
SGE: 3 en 1 1 solution pour 3 familles d’applications Trois familles d’application
Mesurer our uoi faire ?
1
SOLUTION COMPLETE Equipements de Mesure: Convertisseurs Concentrateurs Compteurs Analyseurs de réseau Voltmètres, ampermètres, indicateurs de process
Equipements de Protection: Relais de protection différentielle Centralisateurs de fuites
Equipements de compensation: ’ réactive Filtres d’harmoniques
Equipements de comptage et de Power Quality: Compteurs multifonction Analyseurs de qualité d’énergie Equipements de production: production: Automates programmables Machines communicantes
N
Equipements de Réseau Réseau:: Onduleurs et ASI Redresseurs Switchs 1
Solution globale de Gestion d’Energie (SGE)
1
Architecture Type par site – Implantation
1
Gamme d’appareils de mesure: L’essentiel Management des coûts énergétiques Tableau
CVM –C10
Rail DIN
CVM Mini TR-8 / 16 MK30-DC
Amélioration productivité
RGU-10C CBS
Qualité de forme d’onde
Sous comptage EDMK
-
Process et Environnement
DH96
LM
THD-G 1
Réseau de communication Un seul poste de supervision Exemple de bus RS232-RS485
1
Réseau de communication Solution partagée sur LAN Example bus RS485 - Ethernet
1
Réseau de communication Solution partagée sur WAN Systèmes multipoints
1
Exemple d’Architecture- Cas d’une cimenterie Concentrateur d’impulsions
60KV Analyseur de réseau QNA
Infos énergie active consommée
Infos: U,I,P,Q,S,Energies(P,Q,S) ,PF, cosphi, THDu, THDi, harmoniques 50th, sauts et creux de tension, flicker, … Classe 0 2
5,5KV
Analyseur de réseau CVMk2 avec / sans afficheur
Centrale de mesure CVM-NRG 96
Infos: U,I,P,Q,S,Energies (P,Q,S),PF,, THDu, THDi, option: harmoniques 50th
Infos: U,I,P,Q,S,Energies( P,Q,S),PF, cosphi, THDu, THDi, har 50th, sauts et creux de tension, flicker, Classe 0,2 ou 0,5
400V
1
Architectures pour entreprises multi-sites
Un seul serveur de données (par exemple à Casablanca) Communication via le réseau intranet Une seule licence de logiciel de supervision Problème d’enregistrement des données si le réseau intranet est indisponible 1
Architectures pour entreprises multi-sites
Un serveur local et une base de données pour chaque site Un serveur global (au niveau du siège?) pour la consolidation de l’ensemble Besoin d’une licence et d’un PC pour chaque site Pas de problème en cas de perte de communication entre le serveur global et les serveurs locaux , les données sont enregistrées localement. 1
Fonctionnalités type d’un SGE Affichage en temps réel des paramètres des équipements de mesure installés sous forme d’écrans de supervision
Création de bases de données
Enregistrement et consultation des données historiques enregistrées sous forme de graphes ou de tables.
Edition de rapports automatiques (consommations, qualité d’énergie, …)
Export vers des fichiers texte ou des feuilles de calcul
Accès à l’ information à partir de plusieurs PC utilisateurs (via un browser web conventionnel en général ( Internet explorer, etc.))
1
Affichage des Variables en temps réel Affichage en temps réel de toutes les variables mesurées de tout équipement connecté au réseau
1
Graphes Représentation graphique des données historiques enregistrées par le logiciel. Permet la configuration du type de graphe et le choix des couleurs.
1
Graphes Affichage simultané de plusieurs paramètres.
1
Tables Les données enregistrées sont affichées sous forme de tableau avec possibilité de les exporter directement vers Excel ou vers des fchiers csv (compatible word) ou txt.
1
Ecrans SCADA Permet l’obtention d’un maximum d’information dans un environnement clair et simple d’utilisation.
1
Rapports Génération de rapports pour l’allocation des coûts partiels, pour calculer les ratios de production, les indicateurs d’efficacité énergétique, etc. Anticiper tout type de facture d’énergie (électrique, etc.)
1
Evènements et alarmes Le module de gestion des évènements permet de commander et de générer des alarmes et des évènements, en vue de contrôler automatiquement les installations les plus critiques et des conditions importantes.
1
