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© ABB Group 16 juin 2011 | Slide 1
Efficacité Energétique dans l’industrie L’utilisation de variateurs de fréquence, un gain acquis
Alain Van Beneden, Sales Manager Motors & Drives BeLux, 16-06-2011
Efficacité Energétique Le Challenge
“L'amélioration de l'efficacité énergétique dans le monde entier est la manière la plus rapide, la plus soutenable et la meilleur marché pour réduire les émissions de gaz participant à l'effet de serre et
pour augmenter la sécurité énergétique” (Final statement of G-8 summit, Germany, June 2007)
“Augmenter l'efficacité énergétique, dont une grande partie peut être réalisée par les options peu coûteuses, offre le plus grand
potentiel pour réduire les émissions de CO2 pour la période jusqu’à 2050. Ce devrait être la priorité la plus importante à court terme
(International Energy Agency's Energy Technology Perspectives, July 2010)
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Efficacité Energétique Le Challenge
Sans actions appropriées le pronostic est que la consommation d'énergie mondiale doublera par rapport aux niveaux actuels d'ici 2050
A moyen et à long terme les prix de l'énergie sont susceptibles d'augmenter
La croissance non réprimée de l'utilisation de combustible fossile accélérera le changement climatique
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Today’s energy challenge Demande croissante
Chine
94% 177%
Inde
116% 261%
Europe et Amériques du Nord 5.4% 26%
140% 89% Croissance en demande d’énergie primaire Croissance en demande d’énergie électrique
IEA prévision 2007-30
M Orient et Afrique
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Today’s energy challenge Consommation croissante d’énergie
Source: IEA, World Energy Outlook 2008
12,
500
Terrawatt-hours (TWh)
10,000
20,000
30,000
15,
500
2006 2015 2030
21,
000 2
8,00
0
+79%
Forecast rise in electricity consumption by 2030
World electricity consumption by sector in 2008 Source: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2010
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Today’s energy challenge L’éléctricité est la forme d’énergie favorite au monde
2008 2035 2020
Growth in demand, indexed
Primary energy +47%
Electricity +90%
Growth in electricity and primary energy demand under current policies Source: International Energy Agency, World Energy Outlook 2010
IEA Current Policies Scenario: embodies government policies and measures enacted or adopted up to mid-2010.
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Today’s energy challenge Couper le lien entre la croissance, l’utilisation d’énergie et les émissions
Relever ces défis exige le monde à :
Réduire la corrélation entre la croissance économique et
l'utilisation d'énergie
Réduire la corrélation entre l’utilisation d’énergie et les
émissions
Efficacité
énergétique
Sources d’énergie
renouvelables
Efficacité Energétique - le background Pourquoi se concentrer sur les systèmes entraînés par un moteur électrique et un variateur?
Les moteurs consomment 65 % de l'électricité dans l'industrie La base installée est généralement vieille et inefficace
Actuellement, seulement 10% des moteurs sont équipés de variateurs de fréquence
Les moteurs et les variateurs sont les technologies avec les économies d'énergie potentielles les plus élevées car:
l'impact d'investissement le plus bas (relativement limité et distribué dans le temps)
un impact limité sur l'usine existante
des procédures d'installation faciles (certificats, permis, …) des temps de remboursement inférieurs (0.5-3 ans comparé à
4-5 ans pour la cogénération et à 12 ans pour les panneaux photovoltaïques)
Les projets énergétiques pour les systèmes entraînés par un moteur électrique et un variateur sont relativement simples pour un technicien/ingénieur avec une formation additionnelle limitée
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Efficacité Energétique Comment pouvez-vous réduire la consommation électrique?
La demande d'électricité les systèmes peut être réduit : Par l’utilisation de moteurs à Haut Rendement (IE2 …)
Grâce au dimensionnent approprié du moteur aux conditions de charge
Par l’utilisation de la variation de fréquence pour ajuster la vitesse et le couple aux conditions de charge
Par le remplacement des dispositifs d’étranglement inefficaces et des transmissions mécaniques inutiles (coupleurs hydrauliques, limiteurs de couple, …)
Par un entretien et réparation appropriés
Grâce au maintien d’une qualité acceptable de la l’alimentation de puissance
Par la mise en œuvre d'un outil de gestion de l'énergie
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Moteurs à Haut Rendement Temps de remboursement courts – PayBack Times
Le Payback Time des moteurs à efficacité énergétique peut être inférieur à 1 an.
L’investissement initial d’achat du moteur peut représenter seulement 1 à 2% du coût total d’exploitation du moteur au cours de sa vie
les moteurs sont fiables et efficaces. Un autre avantage est leur plus longue durée de vie avec des frais d'entretien réduits.
Vu le cycle de vie entier, la plupart des coûts de moteur sont provoquées par l’énergie et les déperditions énergétiques
Energie
Maintenance et réparation Achat initial
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Variateurs à haute performance Contrôlez votre puissance, réduisez vos coûts
Sauver de 30 à 50 % de votre consommation électrique suivant le type d’application
Les variateurs réduisent le gaspillage d'énergie durant toutes les phases d’opération
Investissements limités
Temps courts de remboursement, de 6 à 18 mois
Réduction en coûts de maintenance en
limitant les efforts mécaniques
aux équipements
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Variateurs Industriels Dispositifs d'efficacité énergétique - vue d'ensemble
Les Variateurs peuvent calculer différentes valeurs pour l’efficacité énergétique
Les gains énergétique électriques
La réduction en CO2
Les gains financiers
L’analyseur de Charge rassemble les informations de l’application et permet de s’assurer que l’on atteint les performances optimales
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Variateurs Industriels Dispositifs d'efficacité énergétique - vue d'ensemble
L’optimalisateur d’énergie réduit la consommation énergétique lorsque le variateur fonctionne en dessous de la charge nominale
Une efficacité énergétique dans le variateur Le ventilateur de refroidissement est contrôlé
Dans certains types, la vitesse du ventilateur est contrôlé
Dans certains types, le ventilateur s’arrête lorsque le refroidissement n’est pas nécessaire
Les mesures, calculs et les évaluations d'énergie sont précieux pour les ingénieurs de terrain et les directeurs d'énergie pour s'assurer que l'application atteint son niveau optimum et garder un contrôle plus stricte sur la dépense opérationnelle d'une usine ou d'un processus
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Utiliser les Variateurs de Fréquence Pourquoi utilise-t-on des Variateurs ?
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Drives AC Variateurs de fréquence, variable speed drives (VSD)
Moteur direct on line (DOL) : Mono-vitesse
Couple de démarrage faible
Courant de démarrage important
Moteur avec un variateur :
Sélection de la vitesse
Couple de démarrage important
Courant de démarrage limité
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Efficacité Energétique avec les variateurs Applications potentielles d'économies d'énergie
Exemples d’applications à étudier de différentes unités de production
Centrales Pompes d’alimentation en eau, pompes de refroidissement, pompes de
circulation, pompes à fuel, ventilateurs d’alimentation, ventilateurs de fumée, pompes à eau de chauffage urbain, etc.
Distribution d’eau et traitement des eaux usées pompe d’eau usées, pompes de circulation, pompes auxiliaires de gavage
de pression, pompes à eau d'égout, aérateurs, etc.
Laiteries, moulins à cannes et d'autres usines de fabrication alimentaire Trayeuse et les autres pompes à liquides, refroidissement et ventilateurs de
chauffage et de refroidissement, compresseurs, centrifugeuses, etc.
Usines sidérurgiques Ventilateurs d'extraction pour des tours de refroidissement, ventilateurs pour
des fours, enrouleuses/dérouleuses, etc.
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Drives AC Types de charge et applications
Couple quadratique Pompes, ventilateurs
Couple Constant Compresseurs à vis
Couple constant, Puissance constante Bobineuses
Couple cyclique Ponts, centrifugeuses
Hauts Couple de démarrage Fours, malaxeurs
C
Vitesse
Vitesse
C
C
C
C Temps
Temps
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Gains énergétiques pour les pompes Les Lois d’affinités pour les pompes
1. Le Débit est proportionnel à la vitesse
2. La Hauteur manométrique est proportionnelle au Carré de la vitesse
3. La Puissance est proportionnelle au Cube de la vitesse
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Gains énergétiques pour les pompes Pompe et courbes caractéristiques
Pompe
A
B
Liquid Flow
Hmax Courbe pompe
Courbe Système Hst
PN
QN
HN
Hauteur [m]
Débit [m3/h]
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Gains énergétiques pour les pompes Cmt contrôler le débit? 1. Contrôle On - Off
Comment contrôler le débit de QN à Q2?
Pour obtenir un débit moyen Q2 l’alimentation du moteur reste ouvert durant un temps a/(a+b) et fermé durant un temps b/(a+b)
Le point de fonctionnement est soit PN (débit nominal) soit P2 (débit nul)
Application non continue
PN
P2
Pompe
A
B
Liquid Flow
Moteur
Hst
HN
0
a b
Hmax
Hauteur [m]
QN Q2 Débit [m3/h]
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Gains énergétiques pour les pompes Cmt contrôler le débit? 2. Etranglement
Comment contrôler le débit de QN à Q2? Par étranglement ou en fermant la vanne de
régulation, la courbe du système devient plus raide.
Le point de fonctionnement se déplace de PN à P2 avec un débit Q2 et une hauteur manométrique H2
Hmax
Hauteur [m]
QN
Hst
PN HN
Pompe
A
B
Liquid Flow
Q2
H2
P2
Débit [m3/h]
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Gains énergétiques pour les pompes Cmt contrôler le débit? 3. Drive AC
Hmax
Hst
PN
Q2
H2
Comment contrôler le débit de QN à Q2?
Pour obtenir un débit Q2 la vitesse de la pompe est réduite à un niveau tel que la courbe de pompe est modifiée et viens au juste niveau
Le point de fonctionnement est P2
Hauteur [m]
Débit [m3/h]
Drive AC
Moteur Pompe
A
B
Liquid Flow
P2
QN
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Gains énergétiques pour les pompes Puissance et les différentes méthodes de contrôle
Q2 = 0,7 Q2 = 0,7 Q2 = 0,7
H2 = 1,0
H2 = 1,22
H2 = 0,75
On-Off Vanne AC drive
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Gains énergétiques pour les pompes
50
Dans cette situation, que feriez-vous ?
1. Gardez votre pied sur le gaz et commandez votre vitesse avec les freins.
2. Changez vers une vitesse inférieure et réduire la vitesse du moteur
Answer : 2. Change to a lower gear and reduce engine revs.
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Support ABB Outils de calcul faciles à utiliser
FanSave Pour calculer la consommation
énergétique et le Payback pour des applications de ventilation
PumpSave • Pour calculer la consommation
énergétique et le Payback pour des applications de pompage
Efficiency Tool Pour comparer le niveau
d’efficacité d’un vieux système moteur+drive et un système moteur+drive actuel
Energy Saving Tool Pour calculer la consommation
énergétique et le Payback pour des moteurs à haut rendement comparé à un moteur existant
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Fansave®
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Pumpsave®
EFFSAVE
1434 21
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Evaluation Energétique Dédicacé pour le client
Pour réduire les coûts énergétiques, une fabrique devrait évaluer son utilisation d'énergie
Une évaluation énergétique est un examen systématique des applications
Elle inclut la surveillance de l'énergie consommée avant et après que le changement du système avec l’ajout du variateur
ABB offre les évaluations énergétiques qui déterminent rapidement où et combien d'énergie peut être économisé
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Success Story
“Since installing the new ABB motors and drives we have been saving more than 4,000 MWh of electricity a year. The new motors and drives have logged thousands of operating hours, so we know how they perform. The forecasts showing how much energy we could save have proven very realistic. In fact, we’ve been amazed at the accuracy of the energy saving calculations.”
Jari Lintula
Head of Automation at Kemira GrowHow Fertilzer plant, Finland
“We calculate the actual payback time of the project is 1.5 years, achieving an annual saving of 2,450 GBP. But with energy prices rising, the monetary savings will increase.”
James Whieldon
Maintenance Analyst for Northern Foods, the UK
“Indications are that the electricity consumption has been reduced by 48% compared to the same period in the previous year. I estimate that 44% of the savings can be put down to maintenance and 56% to the drives.”
Charles McCaig
Electrical Design Engineer at West of Scotland Water’s Planning & Capital Procurement Department, Scotland
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Success Story Efficacité énergétique dans un hopital
29 ventilateurs avec moteurs de 0.75 à 11 kW)
Utilisation continue (8760 h/an)
Systèmes de ventilation pour : Départements (salles d'opération, radiologie, ressuscitation,…)
Laboratoires d’analyse (nucléaire, bactériologique,…)
Clinique (ophtalmologie, dialyse,…)
Urgences
Salle de conférence, cuisine, pharmacie, hall, chapelle,…
demande d'ajustement des systèmes de ventilation
Résumé Consommation ancienne solution 1.160 [MWh/an] Consommation avec variateur 715 [MWh/an]
Gain énergétique 445 [MWh/an]
Coûts énergétiques ancien système 139.200 [€/an]
Coûts énergétique avec variateur 85.800 [€/an]
Gain financier annuel 53.400 [€/an]
Coût d’investissement 53.000 [€]
Temps Payback < 1 an
Réduction émission CO2 220 T/an
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Success Story Petite industrie de travail du bois
Summary Consommation ancienne solution 200 [MWh/an]
Consommation avec variateur 145 [MWh/an]
Gain énergétique 55 [MWh/an]
Coûts énergétiques ancien système 36.600 [€/an]
Coûts énergétique avec variateur 26.100 [€/an]
Gain financier annuel 10.500 [€/an]
Coût d’investissement 6.000 [€] Temps Payback < ½ année
Réduction émission CO2 27,5 T/an
Un ventilateur de 30 kW aspire des morceaux de 4 postes de travail différents
Le ventilateur fonctionne à la vitesse fixe, 100% de la capacité évaluée, avec un besoin de débit partiel
Utilisation d’un drive pour ajuster la vitesse de l'hélice et pour réduire le débit
Quand un ou plusieurs postes de travail sont inactifs, le clapet correspondant est fermé et le ventilateur est ralenti dû à une demande de l'air réduite
Remplacement du moteur par nouveau à haut rendement (IE2)
Fonctionnement annuel : 3000 heures
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Extraction Transport Génération T&D Process
Industriels Production Industrielle
Avai
labl
e en
ergy
La technologie d'ABB peut doubler la productivité
énergétique
More efficient fuel combustion
Higher pipeline flows
Improved well efficiency Lower line losses,
higher substation efficiency
Improved productivity
More efficient motors & drives
Drives & motors
Process Automation
Marine & pipelines
Power plant automation
Grid operation
Process automation
Technologie d'ABB aide à chaque étape Réduction des pertes le long de la chaîne d'énergie
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Résumé
Le défi d'aujourd'hui est de couper le lien entre la croissance économique et la consommation, et entre la consommation et les émissions
L'amélioration de l'efficacité énergétique et la promotion de l'utilisation de l'énergie renouvelable sont les options les meilleur marché et les plus rapides
Il y a un potentiel énorme pour réduire la perte énergétique tout le long de la chaîne d'énergie.
En réduisant les déperditions d'énergie, la technologie :
Atténue la demande en nouvelle production d'électricité
Fait une meilleure utilisation des ressources naturelles
Rend l'industrie plus efficace et concurrentielle Réduisez les émissions
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Résumé
Pour plus d’informations, visitez le site Web ” ABB Energy Efficiency” via www.abb.com
Ou adresser vos demandes : [email protected]
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