Cours Audit Énergétique ENSEM 2015 20166 Part1 [PDF]

Zitiervorschau

DEMARCHE D’ECONOMIE D’ENERGIE DANS L’INDUSTRIE ET LE BATIMENT 3ème GSE – 2015-2016 Fouad ELKOHEN

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1ère Partie

PLAN

I- Introduction à l’Efficacité Energétique

II- La démarche d’efficacité énergétique a- Outil 1: Le prédiagnostic b- Outil 2: L’audit énergétique c- Outil 3: les systèmes de gestion d’énergie

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2ème

Partie

PLAN

III- Les solutions pour l’économie d’énergie 1- les variateurs de fréquence 2- Production et distribution d’air comprimé 3- Production de froid 4- Harmoniques et pertes dans les transfos 5- Moteurs à haut rendement 6- Rendement intrinsèque des équipements 7- Chauffage d’eau 8- Thermographie infrarouge 9- Economies sur les fluides 10- L’Eclairage Annexes

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1ère Partie Sommaire

I- Introduction à l’Efficacité Energétique

1: EE: Une histoire de coûts 2: Répartition des coûts de l’énergie Etude de cas: Usine de produits laitiers 3: L’Efficacité Energétique dans l’Industrie et le Bâtiment – Démarche 4: Démarche pour l’économie d’énergie

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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

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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 ?

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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

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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%

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Répartition des coûts de l’énergie

Factures de l’électricité et des fluides Coûts engendrés par la Mauvaise qualité de l’énergie

Coûts liés à la non disponibilité de l’énergie

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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 continuité de service

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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%

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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 ?

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L’EFFICACITE ENERGETIQUE DANS L’INDUSTRIE ET LE BATIMENT

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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 L’énergie représente 25% à 50% des coûts de production dans la plupart des industries En moyenne, un site peut réduire sa consommation d’énergie de 10% à 20%

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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. Entre 12% et 18% dans le bâtiment commercial et le reste dans le bâtiment résidentiel.

Exemple: 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).

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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 dépend des Activités dans le bâtiment.

Le chauffage d’Eau est par exemple le principal poste de consommation d’énergie dans un hôpital. L’éclairage est également le principal poste 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

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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,..)

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… 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. Les besoins des maîtres d’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 9

Comment réduire les coûts énergétiques Les possibilités d’économie d’énergie résultent de :

Rapide Gratuit

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) ,

la lutte contre les gaspillages (analyse des comportements des usagers et chasse aux fuites et autres sources de gaspillage),

Investissement

la rationalisation des processus et des consommations intrinsèques des machines (amélioration des rendements des machines et des process ),

Stratégique

La 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).

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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.

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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

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

Groupage de charges perturbatrices, Solutions de compensation, filtrage des Harmoniques,…

Solutions pour améliorer la continuité de service des installations Mise en œuvre, Vérification, Formation

Vérification

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

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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.

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La démarche d’audit selon la norme française BP X 30-120

2 4

Phase 1: Analyse préalable

Objectif
Première approche du bilan énergétique

2 5

Phase 1: Analyse préalable Objectif
Première approche du bilan énergétique

2 6

Phase 2: Analyse détaillée 1/2 Objectif
Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie

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Phase 2: Analyse détaillée 2/2 Objectif
Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie

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Phase 2: Analyse détaillée Objectif
Approfondissement du diagnostic sur les principaux gisements d’économie

2 9

Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration 1/2

Objectif
Recherche des solutions d’amélioration

3 0

Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration 2/2

Objectif
Recherche des solutions d’amélioration

3 1

Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration

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II- DEMARCHE POUR L’ECONOMIE D’ENERGIE

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Démarche d’économie d’énergie:

3 étapes – 3 outils complémentaires: 1- Le prédiagnostic : estimer le potentiel d’économies 2- L’audit Energétique: identifier les gisements d’économie et établir les plans d’action 3- Les systèmes de gestion d’nergie : outil de mesure, de vérification et de suivi des performances

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OUTIL #1: LE PREDIAGNOSTIC

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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

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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 existants
Collecte des données de production
Si possible, mesures globales (courbes de charge)
Période nécessaire: 3 années les plus récentes

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Déterminer le potentiel d’économies: Analyse par régression
Déterminer les consommations fixes
gaspillages?
Analyser les variations des coûts:
pbs de gestion?

Consommation électrique Broyage Au (KWh)

Analyse par régression

y = 15,38x + 61593 R2 = 0,7729

450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 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

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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.)

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Exemple – Cas d’une mine d’extraction de cuivre à ciel ouvert Analyse par régression

Consommation électrique Concassage Cu(KWH)

60000 y = 0,6362x + 7787,6 R2 = 0,4506

50000 40000 30000 20000 10000 0 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 0

Calcul de la consommation spécifique

Consommation électrique spécifique (KWh/T)

Consommation Spécifique globale y = 1020,9x -0,3293 R2 = 0,3953

60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0

5000

10000

15000

20000

25000

ProductionAu (T)


dispersion selon production
Ratios à retenir
Analyse des écarts

4 1

DETERMINER LES GAINS FINANCIERS

4 2

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  Déplacer les consommations vers les périodes tarifaires les moins 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 3

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 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 5

Choix du type de contrat d’électricité

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Choix du type de contrat d’électricité

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Choix du type de contrat d’électricité

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Choix du type de contrat d’électricité

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Choix du type de contrat d’électricité

5 0

Exercice: Optimisation d’une facture électrique

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OUTILS: LA COMPENSATION D’ENERGIE REACTIVE

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Explications

 Toute machine électrique met en jeu 2 formes d'énergie :  énergie "active" correspondant au kWh est transformée en énergie mécanique et en chaleur  énergie "réactive" correspondant au kvarh sert à aimanter le fer du circuit magnétique, c'est une énergie improductive mais nécessaire

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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 4

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 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  lampe à décharge : cos ϕ ≅ 0,4 à 0,6  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 6

Facteur de puissance

 le rendement électrique de l'installation est mesuré par le facteur de puissance :

F=



puissance active (kW) puissance apparente (kVA)

=

P (kW) S (kVA)

=

cos ϕ 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 7

tg ϕ  on utilise souvent tg ϕ au lieu de cos ϕ :

tan ϕ =

Q (kvar)

puissance réactive = puissance active

P (kW)

 pour une période donnée, cela se traduit en consommation :

Wr tg ϕ = Wa

=

énergie réactive (kvarh) énergie active (kWh)

58 5 8

Energie réactive : définitions Ia It

P (kW) Ir

Q (kvar) S (kVA)

It = courant apparent Ia = courant actif Ir = courant réactif

S = puissance apparente F = facteur de (*) puissance

Ia = It cos ϕ

P = cos ϕ S Q tgϕ = P

Ir = It sin ϕ

S = UIt

It =

I a2

+

I r2

F=

(*): Hors Harmoniques

P = puissance active Q = puissance réactive S=

P 2 + Q2

S = UIt P = UIt cos ϕ = UIa Q = UIt sin ϕ = UIr

59 5 9

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 0

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: entre 1 et 15 minutes). 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 1

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 2

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 période de 10 minutes. Il multiplie 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 3

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

t(mn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Puissance Energie cumulée appelée (kW) (kWh) 600 10 600 20 600 30 600 40 600 50 600 60 600 70 600 80 600 90 600 100

Puissance appelée (kW)

6 4

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

t(mn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1

2

3

4

Energie cumulée (kWh)

5

6

7

8

9

Puissance appelée (kW) 900 1100 1400 1400 200 200 200 200 200 200

Energie cumulée (kWh) 15 33 57 80 83 87 90 93 97 100

10

Puissance appelée (kW)

6 5

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 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 = 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 8

Solution #1

Compensation d’énergie réactive

6 9

Avantages de la compensation

Economiques :

Techniques :

 réduction de la facture d'électricité par :  diminution de la puissance appelée  Évitement des pénalités pour cos phi insuffisant  diminution des kWh facturés (pertes Joules)

 diminution des chutes de tension  augmentation de la puissance disponible  amélioration de la qualité de l'installation électrique dans le cas de filtrage : association condensateurs+inductances

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 0

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)
Doit être optimisée  Cos ϕ: moyenne du mois kWh =

facture

kvar

kW

kVA

kWh2+kvarh2

 Solution: augmenter la puissance souscrite, augmenter cos ϕ, ou diminuer PA (kW)

charge

kvar

kW

utilisateur

71 7 1

fournisseur d'énergie (Puissance appelée)

Amélioration du cos phi

(aspect financier)

facture kvar  Cos ϕ =

kWh

kW

économies

kWh2+kvarh2

kvar  Kvar(h)  cos ϕ

condensateur

kVA

charge

kvar

kW

utilisateur

72 7 2

Amélioration du cos phi

(aspect technique)
si charge(kW) > Sn  transformateur ne convient pas
si charge(kW) < Sn  condensateurs  soulager le transformateur  augmenter la puissance

kvar s u r c h a r g e

kW

transformateur Sn (kVA)

kVA=

kW kVA =cos ϕ

kW2+kvar2

>Sn

kvar

kW

charge

73 7 3

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 4

Exemple : avantage de l'amélioration du facteur de puissance Installation sans condensateur

630kVA 400V 50Hz 3 phases

X

 objectif : cos ϕ2 = 0,97  puissance réactive nécessaire :  Q = P (tan ϕ1 - tan ϕ2) = 315 kvar  nouvelle puissance appelée :

X

condensateur 250kW cos ϕ1= 0,75

Installation avec condensateurs

S=

250kW cos ϕ1 = 0,75

 puissance appelée : P S= = 665 kVA cos ϕ1  transformateur surchargé (FC = 105%)  Puissance souscrite = 665 kVA

500

= 515kVA 0,92 Conclusion :  transformateur soulagé  115 kVA disponibles  facture d'électricité réduite : puissance souscrite = 515 kVA

75 7 5

Impact économique de la compensation Diminution des pertes Joules Wj =

10 3 RL U2

×

P2 cos ϕ 2

×t

R : résistance linéaire (Ω Ω/km) P : puissance active (kW) L : longueur (km) t : durée annuelle d'utilisation de la puissance P (heures)

Pertes annuelles d'un câble Aluminium : section : 95 mm² longueur : 100 m t = 2 500 heures/an charge : P = 100 kW cos ϕ = 0,8 Wj = 9 800 kWh/an cos ϕ = 1 Wj = 6 300 kWh/an

76 7 6

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 U2

S=

P 2 + Q2

R = résistance de la ligne X = réactance de la ligne P = puissance active de la charge Q = puissance réactive de la charge

77 7 7

Diminution des chutes de tension ∆U = U 1 − U 2 ≅ Exemple :  chute de tension sur une ligne aérienne  ligne 90 kV de 40 km  conducteur : Aluminium 366 mm²  impedance : Z = R + jX = 3,6 + j15,2 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 =

RP + XQ U2

3,6 × 30 + 15,2 × 10 = 2,9 kV ( 3,2%) 90 3,6 × 30 + 15,2 × 30 = 6,3 kV ( 7%) 90

78 7 8

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 partie des courants harmoniques 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 9

Condensateurs et harmoniques (1) Installation sans condensateur

Transformateur HT/BT

Iharmoniques

~

~ =

=

HT

M

générateur d'harmoniques (Gh)

80 8 0

Condensateurs et harmoniques (2) Installation avec condensateurs

Transformateur HT/BT

Iharmoniques

~

~ =

=

HT

M

générateur d'harmoniques (Gh)

batterie de condensateurs

81 8 1

Conséquences : courbe impédance condensateur z(Ω)

z=

0

1 1 = Cω C × 2πf

f (Hz)

82 8 2

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 3

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 1 fr = 2π LC est placée en dessous des harmoniques présents sur le réseau



84 8 4

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 fr = 2π LC réseau

85 8 5

Différents types de batteries de compensation en BT

86 8 6

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: • les grues, • le soudage, • emboutissage, • Laminage • Etc. Puissance s de 18,75 jusqu‘à 1200 kvar

EMS, ECK FRE 8 7

Batteries standards

Batteries pour réseaux faiblement ou moyennement polluées.

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 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 entre 1 an et 2 ans selon les applications (Distribution Publique ou Industrielle) coût 50 à 80 MAD/kvar.

89 8 9

Solution #2

Contrôle de la puissance appelée et évitement des dépassements de puissance souscrite

9 0

Nouveau Contrôleur de dépassement de puissance

L’Energie est contrôlable. Avec MDC-20 9 1

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 2

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’éclairage, 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 4

9 5

Fonctionnalités

9 6

Exemple d’installation

9 7

Caractéristiques principales

9 8

Caractéristiques principales

9 9

Autres caractéristiques

1 0

EXERCICE: OPTIMISATION DE LA FACTURE ELECTRIQUE ETUDE DE CAS

1 0

OUTIL #2: L’AUDIT ENERGETIQUE INTRODUCTION A LA METHODE EPS

1 0

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 0

L’audit énergétique: Un process continu

1 0

L’audit énergétique: Un process continu

1 0

L’audit énergétique: Mesurer, pourquoi faire?

1 0

I- L’audit énergétique

1 0

Tableau des consommations: Les vecteurs achetés

1 0

Tableau des consommations: Les vecteurs utilités

1 0

Tableau des consommations: Les vecteurs

1 1

Tableau des consommations: Les usages

1 1

Tableau des consommations: Les usages

1 1

Tableau des consommations: Les usages

1 1

Tableau des consommations: Les usages

1 1

Tableau des consommations: Les usages

1 1

Tableau des consommations: Les variables d’activité

1 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 1

Recherche des pistes d’amélioration

1 1

Evaluation des pistes d’amelioration: démarche

1 1

Brainstorming

1 2

Faisabilité: critères de classification

1 2

Rentabilité Pay Back Time simple = Investissement / Economie annuelle

Hypothèses de calcul simples dans le cadre d’une préfaisabilité

1 2

Pistes d’amélioration: détail

1 2

Priorités

1 2

Plan d’action

1 2

Plan d’action

1 2

Plan d’action

1 2

Plan d’action

1 2

Bilan Energétique

1 2

Bilan Energétique

1 3

Bilan Energétique

1 3

Bilan Energétique

1 3

Suivi des IEE : Annuel / mensuel

1 3

Suivi des IEE : Analyse Inter-site

1 3

Indices d’Efficience Energétique

1 3

Suivi annuel IEE / EGES

1 3

Suivi annuel IEE / EGES

1 3

Synthèse

1 3

OUTIL #3: LA MESURE COMME MOYEN D’ECONOMIE D’ENERGIE

LES SYSTEMES DE GESTION D’ENERGIE

1 3

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 comptabilité analytique, … et… calculer les indices d’efficience énergétique»

1 4

Gestion de l’énergie et Système de Gestion de l’énergie?

1 4

Aspects importants d’un Système de Gestion de l’énergie?

1 4

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 Mesurer et vérifier les économies et la diminution de la consommation énergétique  Augmenter la productivité du processus industriel d’une entreprise  Augmenter la fiabilité des installations  Éviter arrêts et pannes

1 4

Objectifs et applications de la mesure Mesurer, pour quoi faire ?

Trois familles d’application :

 Réduction des factures

 Management des coûts énergétiques

d’énergie  Optimisation de l’utilisation des équipements  Amélioration de la continuité de

 Surveillance des installations électriques  Contrôle de la qualité de l ‘énergie électrique.

service

1 4

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 □ des visites ponctuelles d’experts pour approfondir l’analyse □ La possibilité de télé-suivi par des experts ■ visites ponctuelles d’experts avec des appareils de mesure portables.

1 4

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 globale 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 4

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 4

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 Vérifier que l’installation fonctionne au nominal 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 4

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 4

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 5

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  Statistiques par type de 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 5

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 l’installation 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 5

la norme EN50160 = tension  définit et décrit les valeurs caractérisant la tension d ’alimentation fournie

EN50160

?

Client

1 5

Perturbations - Rappel Creux

Interruptions

Variations d’amplitude > 1 cycle  transitoires  périodiques

Flicker

1 5

Perturbations - Rappel variations d’amplitude périodiques < 1 cycle

Harmoniques

Transitoires