Rapport PFE Master2ENR GOSSE Maxime StageSucrivoire

MEMOIRE POUR LOBTENTION DU MASTER DINGENIERIE DE LEAU ET DE

LENVIRONNEMENT

OPTION : ENERGIE et GENIE DES PROCEDES INDUSTRIELS

Prsent et soutenu publiquement le 18 juin 2011 par

GOSSE Maxime junior

Travaux dirigs par : Pr. COULIBALY Yezouma, Chef UTER-GEI-Fondation 2IE

M. KOUAME Dsir, Chef Service production nergie-SUCRIVOIRE

Jury dvaluation du stage :

Prsident : Pr. COULIBALY Yezouma

Membres et correcteurs:

M. Francis SEMPORE

M. Henri KOTTIN

Promotion [2010/2011]

AUDIT ENERGETIQUE DE LA SUCRERIE

DE LUNITE AGRICOLE INTEGREE DE

ZUENOULA (PRODUCTION ET

TRANSFORMATION DENERGIE)

Audit nergtique de la sucrerie de lunit agricole intgre de ZUENOULA (Production et Transformation dnergie) 2011

GOSSE Maxime M2 nergie Page ii

DEDICACES

Je ddie ce mmoire

A Dieu tout puissant pour toutes ses merveilles

A mes parents :

Mon pre GOSSE Bahi Jean et ma mre BOBI Brigitte, pour

lencadrement et toute lattention dont jai pu bnficier de leur part.

A tous mes frres & surs.


GOSSE Maxime M2 nergie Page iii

REMERCIEMENTS

Nous tenons au terme de notre formation de Master dingnierie option

nergie prouver notre gratitude tous ceux qui, de prs ou de loin ont

contribu cette formation.

Pour ce faire, nous saisissons lopportunit que nous offre la rdaction du

prsent mmoire pour adresser du fond du cur toute notre reconnaissance aux

responsables de lUTER GEI, et tout le corps professoral de la Fondation

2IE.

En loccurrence au Pr. COULIBALY Yezouma, pour son encadrement tout au

long de ce mmoire, au Dr AZOUMAH Yao et au Dr PABYAM Sido.

Nous remercions galement :

M. AKPAGNI, Directeur de lUnit Agricole Intgre de Zuenoula

M. OUATTARA EHOURAN, directeur de lUsine, pour nous avoir accepts

au sein de son dpartement pour ce stage.

M.KOUAME Dsir, notre maitre de stage, pour sa relle sympathie et pour ses

conseils fructueux

M. Antoine BAYILI, pour son aide inestimable dans la ralisation de ce

mmoire et pour ses ides claires

M.KRA, pour sa participation dans la synthse des ides

MM. SORHO, KONE, pour toute la disponibilit dont ils ont fait preuve

notre gard dans lentreprise.

Je ne saurais terminer sans mentionner tout le personnel de lusine et mes amis

de classe

Que le tout puissant les en rtribue !


GOSSE Maxime M2 nergie Page iv

RESUME

La production dnergie reste au cur de toutes les proccupations dans les industries

sucrires en Afrique. Particulirement en Cote divoire, lindustrie sucrire se trouve

confronte plusieurs problmes lis la faible efficacit nergtique des procds, la

maitrise de lnergie dans lusine et la valorisation des dchets industriels. Le prsent rapport,

traitant du Audit nergtique de la sucrerie de lunit agricole intgre de ZUENOULA

(Production et Transformation dnergie) prsente le bilan nergtique de toutes les

installations de lusine (allant de la bagasse jusqu llectricit), des solutions techniques

pour optimiser la production dnergie (chaleur et lectricit), ainsi que des voies dconomie

dnergie dans les procds, et de valorisation de la mlasse.

Ce travail men au sein de lusine de SUCRIVOIRE-ZUENOULA nous a permis de

quantifier les pertes thermiques au niveau des chaudires et au niveau des turbines. Ensuite,

nous avons propos des solutions techniques en vue doptimiser la production de vapeur et la

production dlectricit, ainsi que des mesures dconomies dnergie au niveau de la

chaufferie. Pour finir, nous avons propos la valorisation en biogaz et lectricit de la mlasse

rsiduelle issue du procd de fabrication du sucre.

Mots Cls:

1 Efficacit nergtique

2 - mlasse

3 - Bagasse

4 - Biogaz


GOSSE Maxime M2 nergie Page v

ABSTRACT

Energy generation stays in the heart of materials cares in African sugar industries.

Particularly, in Ivory Coast, sugar industry is confronted with several problems due to low

energy efficacy of process, the control of energy in the factory and valorization of industrial

waste. This report about Energizing audit of sugar refinery of Zuenoulas agricultural

integrated unit (Production and energy processing) , presents the energizing balance of all

of factorys installation (from bagass to electricity generation), technical solutions in order to

optimize energy production (heat and electricity), and ways to make energy saving in the

process and valorization of treacle.

This work, done in Zuenoulas factory-SUCRIVOIRE allows us to quantify thermal loss in

boiler and turbines. Afterwards, we proposed technical solutions in order to optimize steam

and electricity production, thus measures for energy saving of boiler room. Finally, we

proposed the valorization of treacle in biogas and electricity.

Key words:

1 Energy efficacy

2 - Treacle

3 - Bagass

4 - Biogas


GOSSE Maxime M2 nergie Page vi

LISTE DES ABREVIATIONS

CO2 : Dioxyde de carbone

DPE : Diagnostic des Performances Energtiques

GES : Gaz effet de Serre

H2O : eau

Kcal : Kilocalorie

Kg : Kilogramme

KW: Kilowatt

KWh: Kilowatt heure

MDP : Mcanisme pour le Dveloppement Propre

MJ : Mgajoules

MW : Mgawatt

N2 : Azote

Nm3 : Normal mtre cube

O2 : Oxygne

PCI : Pouvoir Calorifique Infrieur

TCO2e : Tonne quivalent Carbone

Tfh : Tonne Fibre heure

TRI : Temps de Retour sur Investissement

UAI : Unit Agricole Intgre

VA : Pouvoir comburivore en combustion avec excs dair

VA : Pouvoir comburivore en combustion stchiomtrique

VF : Pouvoir fumigne sec

VFH : Pouvoir fumigne humide

SOMMAIRE

DEDICACES.......................................................................................................................................... ii

REMERCIEMENTS ............................................................................................................................... iii

RESUME .......................................................................................................................................... iv

ABSTRACT ........................................................................................................................................... v

LISTE DES ABREVIATIONS .......................................................................................................... vi

LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................................2

LISTE DES FIGURES........................................................................................................................3

I- INTRODUCTION GENERALE ..............................................................................................4

II- OBJECTIFS DU TRAVAIL .................................................................................................8

III- MATERIELS ET METHODES ...........................................................................................9

IV- RESULTATS ....................................................................................................................... 13

V- DISCUSSIONS ET ANALYSES ......................................................................................... 35

VI- RECOMMANDATIONS .................................................................................................... 39

VII- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES.............................................................................. 40

VIII- BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................... 41

IX- ANNEXES ........................................................................................................................... 43


GOSSE Maxime M2 nergie Date de soutenance : 18/06/2011 Page 2

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Rcapitulatif du tonnage de cannes broyes et bagasse produite

Tableau 2 : Elments caractristique de la combustion

Tableau 3 : Composition lmentaire des fumes de combustion

Tableau 5 : Calculs des Puissances thermiques mises en jeu lors de la combustion

Tableau 4 : enthalpies de la vapeur deau et dbits massiques


Tableau 6 : Calculs des pertes de charges

Tableau 7 : Tableau des enthalpies des points du cycle de Hirn avec la turbine SIEMENS

Tableau 8 : Tableau des enthalpies des points du cycle de Hirn avec la turbine ACEC

Tableau 9 : Etude conomique de linstallation du shredder

Tableau 10 : Etude conomique de la rhabilitation des lments mcaniques des turbines

Tableau 11: Etude technico-conomique des deux solutions combines: installation shredder

et rhabilitation turbines

Tableau 12 : Mesures dconomies dnergies

Tableau 13: Etude technico-conomique de la valorisation en biogaz et lectricit de la

mlasse



LISTE DES FIGURES

Figure 1 Organigramme de lUAI de Zuenoula

Figure 2: Organisation du mmoire

Figure 3 : bilan massique du ballon de stockage de vapeur surchauffe

Figure 4 : Bilans matires des turboalternateurs

Figure 5 : Bilan nergtique global par tonne de canne broye

Figure 6 : Cycle de Hirn avec turbine SIEMENS

Figure 7 : Cycle de Hirn avec turbine ACEC

Figure 8 : bilan massique pour installation dun shredder

Figure 9 : Pourcentage des pannes Usine

Figure 10 : rpartitions des consommations moyennes journalires



I- INTRODUCTION GENERALE

I-1- Contexte

Les crises successives de lnergie depuis 1973 ont fait natre une notion peu connue jusque l

dans le comportement du consommateur dnergie. Cest la notion dconomie dnergie. Il y

a quelques dcennies, personne ne se souciait de lutilisation efficace de lnergie dans les

activits industrielles [2]

.

Particulirement dans lindustrie sucrire, ce phnomne est dautant plus important que ces

industriels valorisent la bagasse de canne sucre pour produire de lnergie thermique et

lectrique. Cette nergie est produite partir dun cycle vapeur deau.

Pendant le processus de production dnergie, il ya dnormes pertes thermiques (dans les

canalisations et les procds), qui diminuent les performances nergtiques de lentreprise.

Face cette situation, un bilan nergtique devient incontournable. Ainsi, pour optimiser les

consommations nergtiques de lusine, il serait bnfique dimplmenter les nergies

renouvelables dans les procds [6]

.

I-2- Prsentation de la structure daccueil

Notre stage, pour ce mmoire de fin dtudes, sest droul au sein de SUCRIVOIRE,

lusine de lunit agricole intgre de Zuenoula, plus particulirement au service production

nergie.

SUCRIVOIRE, filiale du groupe SIFCA est une socit base Abidjan. Elle compte deux

complexes agroindustriels Borotou et Zuenoula. Elle a fait son entre dans le Groupe SIFCA

en 1997, suite la privatisation de lex socit dEtat SODESUCRE.

SUCRIVOIRE possde 11 000 hectares de plantations industrielles de canne sucre et 2

units industrielles de production de sucre de canne dune capacit nominale de 100 000

T/An.



SUCRIVOIRE dveloppe des activits dans lexploitation de plantations de canne sucre,

production et commercialisation de sucre de canne. SUCRIVOIRE aimerait valoriser de

manire efficace la bagasse de canne sucre dans la perspective de rduire les missions de

gaz effet de serre et de gnrer des crdits carbones et initier des projets MDP.

Lquipe dynamique de lusine de lUAI de Zuenoula, est compose ce jour de plusieurs

membres ; reprsents dans le diagramme ci-dessous.

Figure 1 Organigramme de lUAI de Zuenoula

Direction du complexe

Direction

maintenance

Direction Matriel

Service production

nergie

Service

Fabrication

Service entretien

Direction Usine

Service lectricit et

rgulation

Service

Labo

Direction Plantation

Direction Gnrale

Direction Technique



I-3- Problmatique

SUCRIVOIRE a pour objectif de rentabiliser efficacement ses consommations nergtiques.

Cependant, cette entreprise est confronte certains problmes de maitrise dnergie, qui

influencent normment sur son taux dindpendance nergtique vis--vis de la CIE.

Cest dans ce cadre que les responsables du service production nergie de lUAI de Zuenoula,

ont opt pour une tude approfondie sur les consommations nergtiques dans les procds de

production dnergie et pour une proposition de solutions exploitables quant lintroduction

des nergies renouvelables dans les procds.

Ainsi, le travail soumis notre apprciation consiste :

- Effectuer le Bilan nergtique complet, valuer les pertes thermiques et les pertes de

charges des rseaux de fluide de lusine.

- Proposer des solutions pour optimiser les consommations nergtiques dans les

procds (chaufferie, production dlectricit)

- Evaluer le potentiel dconomies dnergies et proposer des solutions pour la

valorisation des rsidus industriels.

.



I-4- Mthodologie de travail

Pour mener bien ce travail, le document sera prsent en quatre parties dont le schma

suivant en fait la description :

Figure 2: Organisation du mmoire

Objectifs du Travail

Matriels et Mthodes

Rsultats

Discussions et Analyses



II- OBJECTIFS DU TRAVAIL

La dmarche scientifique mise en place a pour objectif dvaluer le bilan nergtique de

toutes les installations de lusine de lunit agricole intgre de Zuenoula, et proposer des

solutions exploitables moyen terme pour loptimisation des consommations nergtiques

dans les procds.

C'est--dire de :

Faire le Bilan nergtique des installations de lusine (Depuis la bagasse jusqu

llectricit).

Proposer des solutions en vue doptimiser la capacit de production en vapeur et en

lectricit.

Evaluer le potentiel dconomies dnergies dans les procds et proposer des mesures

dconomies dnergies.

Valoriser lutilisation des nergies renouvelables telles que les rsidus industriels

(mlasse), dans les procds (production de chaleur et lectricit).



III- MATERIELS ET METHODES

A. Systme dinformation et tudes nergtiques

Lensemble des informations utilises pour notre tude seront prises dans les bulletins de suivi

des consommations et productions dnergies. Les valeurs prises seront obtenues partir

dune moyenne des consommations et des productions dnergie durant la campagne de

lanne 2010-2011. Notons que, notre tude portera sur la chaine de production dnergie de

lusine (de la bagasse llectricit).

1) Bilan nergtique des installations (de la bagasse llectricit)

Cette partie de notre tude vise tablir le bilan des consommations nergtiques, allant de la

bagasse jusqu la production dlectricit.

Les points suivants constitueront le bilan nergtique :

a) Le broyage

Au niveau de lunit de broyage, nos investigations auprs du service production nergie, ont

permis de raliser le tableau 1 donnant le tonnage moyen de cannes broyes pour la campagne

2010-2011. Nous avons pris comme rfrence le mois de Fvrier 2011. Notons que, le

compartiment broyage est compos des sous units suivantes :

Coupe canne

Moulins

b) La combustion

Les chaudires

c) Le stockage de la vapeur surchauffe

Le ballon de stockage (Barrilet)



d) La production dlectricit

Les turbines

Les alternateurs

La synthse du bilan nergtique sera prsente sous forme de schma synoptique

(allant de la bagasse la production dlectricit)

2) Etude de remise niveau des rseaux de vapeur

Cette partie de notre tude consiste en une tude approfondie sur le rseau de vapeur.

Lobjectif de cette partie sera dvaluer les pertes dans le rseau de vapeur, puis de proposer

des solutions de rduction de ces pertes, ainsi que des propositions damlioration des

productions de vapeur et dlectricit.

a) Evaluation des pertes de charges

Cette partie de notre tude consistera valuer lensemble des pertes de charges linaires et

singulires du rseau de vapeur, ce laide de la mthode de calcul de COLEBROOK [10]

(voir Annexe 2).

b) Evaluation des pertes dnergies

Dans cette section, nous dterminerons les pertes dnergies au niveau des diffrents postes

du cycle thermodynamique de la vapeur deau notamment au niveau des turbines. Cette

dtermination se fera partir du trac et de lanalyse du cycle thermodynamique de Hirn.

c) Optimisation de la production de vapeur

Dans un second temps, nous proposons une solution technique pour amliorer le systme de

broyage des cannes, en vue doptimiser la production de vapeur, lindice de prparation de la

bagasse et la combustion dans la chaudire.

d) Optimisation de la production dlectricit

Dans un troisime temps, nous exposerons une solution technique pour amliorer la capacit

de production dlectricit des turboalternateurs, puis une solution combine (optimisation

vapeur et lectricit).



3) Diagnostic des performances nergtiques (DPE)

Dans cette partie, nous effectuerons un pr-diagnostic des performances nergtiques. La

ralisation dun diagnostic nergtique des installations contribuera identifier les pistes

damlioration des systmes de production et de rduction des cots nergtiques, tout en

contribuant optimiser la production elle-mme.

Le DPE se fera selon les tapes suivantes [8]

:

- Etape 0 : Frquence des problmes rencontrs

- Etape 1 : Collecte des donnes, examen et plan des installations

- Etape 2 : Ralisation de campagnes de mesures

- Etape 3 : Hirarchisation des actions

Les rsultats du DPE seront consigns dans un tableau afin de mettre en relief les actions

entreprendre ainsi que les cots potentiels lis ces actions dconomies dnergies.

B. propositions de solutions en vue daccroitre lindpendance nergtique de

lusine

Le taux dindpendance nergtique de lusine est valu environ 85%, le reste (15%) de

lnergie produite, est fournie par la CIE. (Source Annexe 1)

Dans lobjectif de valoriser les nergies renouvelables dans les procds, et damliorer les

conomies dnergies, nous proposerons dans la suite de notre tude une solution co-

nergtique de production dnergie. Enfin, nous ferons une tude dimpact environnemental,

en vue de quantifier la quantit de CO2 conomise partir de cette source primaire

dnergie.



a) Valorisation de la mlasse en biogaz

La part la plus importante dconomie dnergie vient de la maitrise du procd, lie

principalement au gisement dnergie valorisable au niveau des effluents liquides et solides de

lusine [8]. Cest dans cette optique que nous avons contact le service Laboratoire de lusine

pour obtenir les valeurs sur les quantits de mlasse obtenues en fin du processus de

fabrication du sucre.

Il ressort que la mlasse reprsente environ 4,12% du tonnage de cannes broyes.

Cest donc un gisement trs important pour raliser des conomies dnergies. En effet, Il est

obtenu environ 228 m3 de biogaz par tonne de matires fraiche de mlasse

[5].

Nous effectuerons une tude sur la quantit et les cots de production de biogaz, et de

valorisation de ce biogaz en lectricit, ce partir de la mlasse.

b) Etude dimpact environnemental

Cette section sera consacre ltude dimpact environnemental de la valorisation de la

mlasse. Quelle sont les quantits de CO2 squestres? Ce projet est-il ligible au MDP?



IV- RESULTATS

A. Etudes nergtiques

1) Bilan nergtique des installations (de la bagasse llectricit)

a) Le broyage

Lunit de broyage se compose de deux sous units ; A savoir, les coupe-canne dont le rle

est de dfibrer la canne qui arrive des champs ; ensuite les moulins (au nombre de 5)

permettent de recueillir le jus de canne.

Les rsultats obtenus lors de nos investigations au niveau de lunit de broyage sont rsums

dans le tableau 1 ci-dessous :

Tableau 1 : Rcapitulatif du tonnage de cannes broyes et bagasse produite

Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4 Jour 5 Jour 6 Jour 7

Semaine 1

canne broyes* 3 363,00 1 731,00 0 1 336,00 3 962,00 4 150,00 4 046,00

bagasse produite* 1 152,00 551 0 436 1 263,00 1 460,00 1 430,00

Semaine 2

canne broyes* 4 056,00 4 373,00 3 705,00 2 806,00 3 915,00 3 752,00 3 422,00 bagasse produite* 1 427,00 1 548,00 1 222,00 904 1 341,00 1 215,00 1 147,00

Semaine 3

canne broyes* 3 959,00 3 350,00 2 187,00 0 3 401,00 3 460,00 2 040,00

bagasse produite* 1 283,00 1 132,00 737 0 1 110,00 1 152,00 641

Semaine 4

canne broyes* 3 615,00 3 030,00 3 660,00 3 421,00 3 304,00 3 640,00 2 043,00

bagasse produite* 1 131,00 933 1 139,00 1 081,00 1 061,00 1 200,00 658

Moyenne canne broye* 3297

Moyenne bagasse produite* 1091

NB : *les valeurs sont donnes en T/J

Nous obtenons une moyenne de canne broye denviron 3297 T/j, pour une capacit nominale

de 4000 T/j, soit un manque gagner de 703 T/J ;

b) La combustion

i-Calcul du PCI

Le PCI de la bagasse se calcule laide de la formule suivante :



(Source : document constructeur CHAUDIERE DENAEYER)

Avec taux de sucre = 1% et % humidit = 50% ; On a : PCI = 1825 kcal/kg, soit PCI = 7,639

MJ/kg

ii- Caractristiques de la combustion

Nos calculs sont faits sur la base de la composition massique lmentaire (en %) de la

bagasse [9]

:

C : 53,1 H : 6,03 O : 38,7 N : 1,25 MM : 9,3

Les rsultats sont consigns dans le tableau2 ci-dessous :

Tableau 2 : Elments caractristique de la combustion

combustion stchiomtrique VA= 5,040081

Pouvoir comburivore VA (Nm3 air/kg combustible) 7,5601215

volume fumes humides en condition stchiomtrique VFH= 5,773981

Pouvoir fumigne humide VFH (Nm3 fumes / kg combustible) 8,2940215

volume fumes sches en condition stchiomtrique VF= 4,983301

Pouvoir fumigne sec VF (Nm3 fumes /kg combustible) 7,5033415

Volume H2O dans fumes (Nm3 eau/ kg combustible) 0,79068

Volume oxygne dans les fumes VO2 (Nm3 O2/kg combustible)= 0,529208505

Volume CO2 dans les fumes VCO2 (Nm3 CO2/kg combustible)= 0,99297

Volume N2 dans les fumes VN2 (Nm3 N2/kg combustible)= 5,981162995

Pour une meilleure interprtation du tableau prcdent, nous valuons la composition

lmentaire des fumes de combustion. (Voir Tableau 3 ci-dessous)

Tableau 3 : Composition lmentaire des fumes de combustion

% CO2 = 13,2337039

% H2O = 10,5377051

% O2 = 7,0529711

% N2 = 79,713325

total = 110,53

iii-Calculs des puissances mises en jeu

Pour lvaluation des puissances, nous faisons les hypothses suivantes :

PCI= 4250 - 4850*%humidit - 12*taux sucre



Tair = 28 ; Tentre combustible =28 ; excs dair = 50 %

De plus, nous avons utilis des valeurs denthalpies et dbits massiques, mesures sur le

terrain. (Voir tableau 4)

Tableau 4 : enthalpies de la vapeur deau et dbits massiques

enthalpies relles

entre CH en kJ/kg (0,5b ; 105C) 750

entre CH en kcal/kg 179,1686574

sortie CH en kJ/kg (30b ; 380C) 3200

sortie CH en kcal/kg 764,4529384

Enthalpie de lair (h air) en kcal/kg 8,708

Enthalpie du combustible (h combustible) kcal/kg 9,576

dbits massiques moyens combustible CH1 (kg/h) 21044,3131

combustible CH2 (kg/h) 17881,0868

vapeur CH1 (kg/h) 45876,60256

vapeur CH2 (kg/h) 38980,76923

air CH1 (Nm3/h) 159097,5639

air CH2 (Nm3/h) 135183,1888

Tous calculs faits, nous donnent les rsultats suivants :


CH1 CH2

P th utile (kW) 31227,5436 26533,649

P th introduite (kW) 46511,64192 39520,3541

Pertes par chaleur sensible fumes (kW) 16761,35116 14241,9082

Pertes par imbruls solides (kW) 0 0

Pertes par imbruls gazeux (kW) 0 0

Pertes par chaleur sensible mchefers (kW) 0 0

Pertes thermique aux parois (kW) 465,1164192 395,203541

PERTES TOTALES (kW) 17226,46758 14637,1117

Il est important de noter que les pertes par imbruls sont ngliges causes du systme de

rcupration des imbruls au niveau des foyers de combustion.



Nous prendrons les pertes aux parois gales 1% de la puissance thermique introduite [2]

.

iv-Rendement de combustion

Les rendements de combustion des chaudires sont obtenus par la formule suivante :

(Source [1])

AN :

Le constructeur value le rendement nominal des chaudires ch 80%

Soit un manque gagner denviron 18% ; Ce manque gagner sexplique par les pertes

thermiques leves et le fort taux dhumidit dans la bagasse. Pour remdier ce problme,

nous proposons dans la seconde partie de notre tude une solution technique pour optimiser la

production de vapeur, et des mesures palliatives (issues dun pr-diagnostic nergtique) en

vue de lamlioration des conomies dnergies au niveau des diffrents postes utilisateurs.

c) Le stockage de la vapeur surchauffe

Aprs la combustion dans les chaudires, la vapeur surchauffe est recueillie dans un ballon

de stockage (Le Barrilet) environ 30bars ; 380C, avant dtre envoye pour la dtente dans

les turbines. Ainsi on obtient selon le tableau 1, 1091 T/j de bagasse ; la combustion dans les

chaudires nous donne environ 2182 T/j de vapeur qui seront stockes dans le ballon ;

Notons que cette valeur sobtient partir du ration de consommation nergtique des

chaudires qui est de 2 kg vapeur/ kg bagasse. Enfin, lors du dstockage, il ne reste que

1877 T/j de vapeur. Le bilan massique au niveau du ballon de stockage est rsum par la

figure suivante :

2182 T vapeur

BARRILET 30bars ; 380C

1877 T vapeur

Pertes 14% vapeur

Figure 3 : bilan massique du ballon de stockage de vapeur surchauffe

rendements rels

CH1 % 62,96

CH2 % 62,96

c= (Puissance thermique introduite Pertes) / Puissance thermique introduite



d) La production dlectricit

La production dlectricit est principalement assure par des Turbines couples des

alternateurs. Il ya deux turbines au niveau de la centrale : un turboalternateur de 6,28 MW et

un Turboalternateur de 3MW.

La vapeur surchauffe (1877 T/j vapeur) issue du ballon de stockage arrive au niveau des

turbines sous pression pour la dtente. On a environ 1300T/j vapeur ;

Le reste de la vapeur (577 T/j vapeur) permet dalimenter le process de fabrication et les

moulins. Ceux-ci permettent de recueillir le jus de canne aprs ltape de dfibrage au niveau

des coupes cannes. Pour lvaluation des puissances lectriques fournies, on tient compte des

ratios de consommations des diffrentes turbines. La figure 4 ci dessous en fait un rsum.

Figure 4 : Bilans matires des turboalternateurs

NB : Il est important de noter quil ya dnormes pertes au niveau des turbines lors de la

dtente. Le calcul dtaill de ces pertes se fera dans la section suivante traitant du calcul des

pertes de charges et dnergies du cycle de la vapeur deau.

Condenseur

25 T/h 12 T/h

Soutirage

37 T/h

9 kg vap/kWh

888 T vap

= 30%

4,11MWl

1877 T vap

TURBO ALTERNATEUR

Turbo SIEMENS (6,28 MW)

ALTERNATEUR

98666,66 kWh

2,12MWl

Turbo ACEC (3 MW)

ALTERNATEUR 51000 kWh

408 T vap

= 30%

Pertes 17 T/h

8 kg vap/kWh

17 T/h

TOTAL

149666,66 kWh

Fabrication

Audit nergtique de la sucrerie de lunit agricole intgre de ZUENOULA (Production et Transformation dnergie)

2011

La synthse du bilan nergtique global pour une tonne de canne broye est rsume sur la figure ci-dessous :

0,38 T vap (68 %)

0,18 T vap (32 %)

0,66 T vap

BARRILET

0,56 T vap

TURBOS ALTERNATEUR

PROCESS (moulins, dtentes)

et

(ballon de

Pertes

de stockage)

Pertes

2 kg vap/kg bagasse

br = 30%

Ch = 60%

1 T

BROYAGE

0,33 T CHAUDIERES

0,66 T vap

BARRILET

Cannes Bagasse

Vapeur

(ballon de

Pertes

de stockage)



Condenseur

6,96 kg/h

3,32 kg/h

10,4 kg/h

Soutirage

9 kg vap/kWh

0,38 T vap

0,25 T vap

= 30%

TURBO ALTERNATEUR

Turbo SIEMENS

ALTERNATEUR

27,77 kWh Soit 1,157 kWe

Turbo ACEC ALTERNATEUR 16,25 kWh soit 0,677 kWe

0,13 T vap

= 30%

8 kg vap/kWh

5,41 kg/h

5,41 kg/h

Fabrication

Total 44,02 kWh

Figure 5 : Bilan nergtique global par tonne de canne broye



2) Etude de remise niveau des rseaux de vapeur

a) Evaluation des pertes de charges

Lvaluation des pertes de charges sest faite partir de la mthode de COLEBROOK [10] dcrite en Annexe2. Le circuit de vapeur

considr dans notre cas est en Annexe3.

Les rsultats sont consigns dans le tableau suivant :

Tableau 6 : Calculs des pertes de charges

SINGULARITES

TRONCONS Longueurs (m) (mm) dbit (m3/h) vitesse (m/s) (cSt) (kg/m3) Re J

nombre de coude 90 P (kg/cm)

pompe alim1 - Chaudire1 40 150 89,4 1,42126133 0,312 961,92 683298,718 0,035 8 0,28280448

pompe alim2 - Chaudire2 40 150 89,4 1,42126133 0,312 961,92 683298,718 0,035 8 0,28280448

Chaudires 1 - Barrilet 70 250 45 40 2,934 10,25 3408316,29 10 7 1,112125

Chaudires 2 - Barrilet 70 250 45 40 2,934 10,25 3408316,29 10 7 1,112125

Barrilet - Turbo Siemens 26 200 37 40 2,934 10,25 2726653,03 17 5 0,9322375

Barrilet - Turbo Acec 26 200 17 40 2,934 10,25 2726653,03 17 5 0,9322375

Barrilet - Moulins (*5) 35 200 - 40 49,7 0,3716 160965,795 15 8 0,25083

Barrilet - Dtente MP (cuite) 60 50 - 40 2,934 0,3716 681663,258 100 6 0,345588

Barrilet - Dtente BP (vapos) 60 50 - 40 2,934 0,3716 681663,258 100 6 0,345588

5,59633996



b) Evaluation des pertes dnergies

Lvaluation des pertes dnergies concernent essentiellement les gros consommateurs

dnergie du cycle vapeur deau : savoir la chaudire et les turbines ;

Le calcul des pertes au niveau des chaudires a t abord dans la partie bilan

nergtique des installations du prsent rapport. Nous nous contenterons dexposer, dans

cette section, les rsultats relatifs aux investigations sur les turbines.

i- Cas de la Turbine SIEMENS : 6,28 MW

Le cycle vapeur deau

Le cycle thermodynamique vapeur deau ci-dessous illustre la circulation de la

vapeur deau avec la turbine SIEMENS ( condensation).

Figure 6 : Cycle de Hirn avec turbine SIEMENS

Les valeurs des enthalpies sont consignes dans le tableau 7, la page suivante.



NB : La nomenclature du cycle est la suivante :

Tableau 7 : Tableau des enthalpies des points du cycle de Hirn avec la turbine SIEMENS

points du cycle enthalpies (kJ/kg) Temprature (C) Pression (bar)

0 466,9 - 1,5

1 470,55 110 38

2 2805,5 - 30

3 3200 380 30

4 2780 - 1,94

5 2500 - 1,5

5' 2750 140 1,5

Evaluation des rendements globaux et pertes

Les formules de calculs sont en annexe4. Les Applications numriques nous donnent les

rsultats ci-dessous :

Rendement thermodynamique du cycle : th = 28,97 %

Rendement interne de la turbine SIEMENS : i = 64,28 %

Pertes dnergie dues laccroissement dentropie : Pertes = 100 - i = 35,71 %

On prendra pour nos calculs rendement mcanique de la turbine : i = 85 %

Le rendement global est obtenu par le produit des trois rendements prcdents ; on a :

g rel = 15,8 %

g thorique = 32 %

0 - 1 : pompage 3 - 5:dtente thorique

1 - 2: vaporisation 3 - 5':dtente relle

2 - 3:surchauffe 4: soutirage



ii- Cas de la turbine ACEC : 3 MW

Le cycle vapeur deau

Le cycle thermodynamique vapeur deau ci-dessous illustre la circulation de la

vapeur deau avec la turbine ACEC (Turbine contre-pression).

Figure 7 : Cycle de Hirn avec turbine ACEC

Les valeurs des enthalpies sont consignes dans le tableau 8

NB : La nomenclature du cycle est la suivante :

0 - 1 : pompage 3 - 5:dtente thorique

1 - 2: vaporisation 3 - 5':dtente relle

2 - 3:surchauffe



Tableau 8 : Tableau des enthalpies des points du cycle de Hirn avec la turbine ACEC

points du cycle enthalpies (kJ/kg) Temprature (C) Pression (bar)

0 191,7 - 0,1

1 195,49 110 38

2 2805,5 - 30

3 3200 380 30

4 - - -

5 2500 - 1,5

5' 2760 89 1,5

Evaluation des rendements globaux et pertes

Les formules de calculs sont en annexe4. Les Applications numriques nous donnent les

rsultats ci-dessous :

Rendement thermodynamique du cycle : th = 27,94 %

Rendement interne de la turbine ACEC : i = 62,85 %

Pertes dnergie dues laccroissement dentropie : Pertes = 100 - i = 37,14 %

On prendra pour nos calculs rendement mcanique de la turbine : i = 85 %

Le rendement global est obtenu par le produit des trois rendements prcdents ; on a :

g rel = 12,4 %

g thorique = 32 %



c) Optimisation de la production de vapeur : Solution 1

Loptimisation de la production de vapeur passe par une bonne prparation de la bagasse en

amont de la chaine de production ; Ainsi, nous proposons un Shredder dune capacit de

4000t/j entrain par une turbine vapeur. Le cout de linvestissement est de 1,5 milliard

FCFA ; Les marges de gain obtenues par remplacement du coupe-canne finisseur par le

Shredder sont consignes dans le tableau 9.

NB : Il est important de noter que lusine compte trois coupe cannes : un coupe-canne

baucheur, un coupe-canne trononneur et un coupe-canne finisseur. Le prsent calcul est fait

pour le remplacement du coupe-canne finisseur par le shredder.

Caractristiques de lquipement :

Shredder type Tongaat : Puissance absorbe = 45 kW/tfh ; puissance installe = 65 kW/tfh

Un shredder Tongaat dune capacit de 20 kW/tfh est aliment par une turbine vapeur de

280 kW (Source : E.HUGO la sucrerie de cannes P.891)

Dans notre cas : 65 kW/tfh, il nous faut une turbine de 1000 kW avec 13,5 kg vap/kWh

(Source : E.HUGO la sucrerie de cannes PP.58-66)

Soit un dbit de vapeur de : 1000 kW * 13,5 kg/kWh = 13,5 T/h;

Prenons dbit vapeur = 15 T/h

Gain en extraction de Jus = 0,1 % ; Indice de Prparation (IP) = 91 (Source : E.HUGO la

sucrerie de cannes )

Caractristiques vapeur : Admission: 28b, 380C (h = 3200 kJ/kg);

Dimensionnement du shredder :

Notre dimensionnement se base sur une consommation journalire de 4000 T/J, soit 166T/h.

Le Shredder est un appareil destin la prparation de la canne avant broyage au niveau des

moulins, en clatant les fibres de la canne ; il permet un travail plus efficace des moulins en

facilitant l'extraction du jus. Son nom lui vient du verbe anglais to shred qui signifie :

couper en petits morceaux, dchiqueter, mettre en lambeaux [11]

.



Le bilan massique est rsum sur la figure ci-dessous :

2kg vap/ kg bagasse

166 T/h Canne 55 T/h bagasse 110 T/h vap

25 30 T/h 15 T/h

110 T/h vap 94,6 T/h vap +

49,6 54,6 T/h vap

Figure 8 : bilan massique pour installation dun shredder

Ltude technico-conomique de notre solution nous a permis dvaluer le gain financier

annuel du projet dinstallation dun shredder, ainsi que le dlai de rentabilit du capital

investi. Les rsultats sont consigns dans le tableau 9 la page suivante.

NB : Le dbit de vapeur des moulins (initialement de 19 T/h) se trouve diminuer de 10 15%

suite linstallation du shredder [12]

Process Ballon de

stockage

Turbos

Alternateurs

Coupes

canne +

Shredder

Chaudire

Turbine

SHREDDER



NB : Les calculs du TRI sont faits sans actualisation

d) Optimisation de la production dlectricit : Solution 2

La production dlectricit se trouve en bout de la chaine de production dnergie ; Une bonne

production dlectricit passe dabord par la bonne qualit de la vapeur (P=30b ; T=380C).

Le problme majeur au niveau de la production dlectricit est que les turbines narrivent pas

monter en puissance.

Tableau 9: Etude technico-conomique de l'installation d'un Shredder vapeur

Situation de rfrence 3200T/J

solution avec shredder 4000T/J

PUISSANCE FOURNIE kW 6220 6220 ENERGIE FOURNIE kWh 149666 149666

TOTAL VAPEUR DISPONIBLE (en T/h) 78,2 94,6

SIEMENS 37 37 ACEC 17 17

Moulins (diminution de 12% de consommation) 19 16,72 Dtente MP (augmentation de 25% de consommation en vap) 0,9 1,125 Dtente BP (augmentation de 25% de consommation en vap) 4,2 5,25

SHREDDER avec turbine vapeur 0 15

Puissance moyenne disponible (kW) 6220 6220 Puissance relle fournie (kW) 6220 6220

Totale consommation relle 78,1 92,10 Gain en vapeur (T/h) - 2,51 Gain en vapeur (T/J) - 60,12

Surplus Energie en kWh - 6 961,26 Gain financier du surplus nergie par Jour (en FCFA) - 522 094,74

Gain financier du surplus nergie vapeur par an (en FCFA) 180Jour - 93 977 052,63 Gain surplus puissance instantane produite (kW) - 0

Gain financier surplus puissance instantane produite/J en kWh - 0 Gain financier surplus puissance instantane produite/an en kWh - 0 Gain financier du surplus nergie turbo par an (en FCFA) 180Jour - 0

Gain financier de sucre produit par an (en FCFA) sur 180Jour - 68 405 200,00

-

Gain financier annuel du projet: - 162 382 252,63 Cout d'investissement en FCFA TTC - 1 500 000 000,00

Temps de retour sur investissement (TRI en anne) - 9,24



Cela sexplique par plusieurs facteurs qui sont :

Un accroissement dentropie trop lev lors de la dtente

Fuite de vapeur au niveau des brides (lments de rgulations souvent

dfaillants)

La rgulation nest pas bien assure (Ouverture et la fermeture des soupapes

HP et BP)

Turbulences dans les coulements

Nous proposons donc des solutions pour remdier ces problmes :

- Limiter les turbulences dans les coulements (assurer un bon calorifugeage)

- Assurer une bonne rgulation des soupapes (Ouverture et fermeture)

- Dans une turbine vapeur, pour optimiser la dtente, il faut que la veine de vapeur soit

tangentielle par rapport aux aubages de la turbine

- Rhabilitation des lments mcaniques des turbines

La rhabilitation des lments mcaniques des turbines consiste en une rvision approfondie

des turbines. On procde ensuite au remplacement des lments suivants : Bande dtanchit,

lments de rgulation, Calorifugeage des turbines Moulins et des Turbo alternateurs.

NB : Loffre de prix pour la liste des pices de rechange est en annexe7.

Le cot global de cette opration est denviron 350 000 000 FCFA ; Nous supposons que la

mise en uvre de cette solution devrait permettre de gagner au moins 50% de la vapeur

perdue lors de la dtente dans les turbo-alternateurs. Le calcul technico-conomique sur le

gain en vapeur ainsi que le surplus de production dnergie lectrique qui en dcoule, sont

rsums dans le tableau 10 ci dessous.

tableau 10 : Etude technico-conomique de la rhabilitation des lments mcaniques des turbines

TURBINES SIEMENS ACEC

dbit vapeur moyen total (t/h) 37 17

dbit vapeur perdu (t/h) 11,0075 5,3465

Pourcentage rcupr sur pertes% 0,5 0,5

Quantit de vapeur rcupre(t/h) 5,50375 2,67325

Quantit de vapeur rcupre(t/J) 132,09 64,158

TOTAL vapeur rcupre (t/J) - 196,248

Potentiel d'nergie lectrique (kWh/J) - 22 723,45

Puissance instantane rcupre (kW) - 946,81

- Cout de ce gain nergtique/ J (FCFA) - 1 704 258,95

Cout de ce gain nergtique/ an (FCFA) - 306 766 610,53



Autre Solution : Une troisime solution, consisterait mettre en uvre les deux solutions

simultanment, c'est--dire : installation dun shredder vapeur et la remise en tat des

turbines.

Le cout dinvestissement global reviendrait environ 2,3 milliards FCFA. Ltude technico-

conomique est rsume dans le tableau 11

Tableau 11: Etude technico-conomique des deux solutions combines: installation shredder + rhabilitation turbines

Situation de rfrence 3200T/J

solution avec shredder 4000T/J

PUISSANCE FOURNIE kW 6220 6220 ENERGIE FOURNIE kWh 149666 149666

TOTAL VAPEUR DISPONIBLE (en T/h) 78,2 94,6

SIEMENS 37 31,5 ACEC 17 14,4

Moulins (diminution de 12% de consommation) 19 16,72 Dtente MP(augmentation de 25% de consommation en vap) 0,9 1,125 Dtente BP(augmentation de 25% de consommation en vap) 4,2 5,25

SHREDDER avec turbine vapeur 0 15

Totale consommation relle 78,1 83,995 Gain en vapeur (T/h) - 10,605 Gain en vapeur (T/J) - 254,52

Surplus Energie en kWh - 29 470,74 Gain financier du surplus nergie par Jour (en FCFA) - 2 210 305,26

Gain financier du surplus nergie vapeur par an (en FCFA) 180Jour - 397 854 947,37 Gain surplus puissance instantane produite (kW) - 0

Gain financier surplus puissance instantane produite/J en kWh - 0 Gain financier surplus puissance instantane produite/an en kWh - 0 Gain financier du surplus nergie turbo par an (en FCFA) 180Jour - 0

Gain financier de sucre produit par an (en FCFA) sur 180Jour - 68 405 200,00

- Gain financier annuel du projet: - 466 260 147,37

Cout d'investissement Shredder - 1 500 000 000,00

Cout d'investissement rvision Turbine - 253 859 707,00

Investissement TOTAL - 1 753 859 707,00

Cout d'investissement GLOBAL FCFA TTC - 2 280 017 619,10 Temps de retour sur investissement (TRI en annes) - 4,89

NB : Les calculs du TRI sont faits sans actualisation



3) Diagnostic des performances nergtiques (DPE)

Etape 0 : Frquence des problmes rencontrs

Le rcapitulatif des pannes survenues lors de la campagne sucrire 2010-2011, se rsume par

le graphique ci-dessous (source Direction usine-service Labo):

Figure 9 : Pourcentage des pannes Usine

Etape 1 : Collecte des donnes

La phase de collecte des donnes nous a permit de recueillir les donnes relatives au suivi des

consommations nergtiques de lusine dans le cadre du suivi habituel.

Figure 10 : rpartitions des consommations moyennes journalires

0102030405060

% Panne Usine

% PU

0

20000

40000

60000

80000

Sucrerie garage Atelier mca

Usine arrt Irrigation Annexes Habitation

Rpartitions des consommations moyennes journalires en kWh

sur CIE sur Turbos



Etape 2 : Ralisation des mesures

Nous avons effectu des mesures (dbit massique, dbit vapeur, consommation dlectricit,

pertes de charges) qui nous ont permit de raliser le bilan nergtique de toute la chaufferie.

(Voir respectivement Tableaux 4, 5, 6 et figure 10)

Etape 3 : Hirarchisation des actions

Lexamen de lensemble des informations recueillies lors des tapes 0 2 permet de dresser la

liste de toutes les actions envisageables : actions simples et de bon sens, actions dentretien

courant, actions ncessitant des investissements. Le rcapitulatif des mesures dconomies

dnergie est rsum dans le tableau 10 la page suivante.



Tableau 12 : Mesures dconomies dnergies [8]

Production dnergie sous chaudire

- Bonne adaptation de la puissance des brleurs la production et au rythme dactivit

- Assurer la continuit de marche des ventilateurs de tirage

- Abaisser la temprature des fumes

- Encourager le schage de la bagasse avant darriver dans la chambre de combustion

- Possibilit dun choix optionnel dnergie en cas de rupture dapprovisionnement

- Optimisation des rglages de combustion pour maintenir le meilleur rendement de production dnergie

Rseaux de distribution

- Maintien en tat des rseaux de distribution (calorifugeage, conception adquate aux besoins), du ballon de stockage, des purgeurs, des vannes, etc.

- Rcupration optimale des condensats

- Remplacer les lments de rgulation dfaillants : clapet automatique, vanne disolement, vanne de rgulation, vanne prise vapeur.

Evaporateurs

- Rgulation de vapeur adapte

- Suppression des dures inutiles de maintien en temprature

- Rcuprations dnergie sur les rejets pour une utilisation adapte la temprature

- Vrification rgulire de ltat dencrassement des vaporateurs

Motorisation (conomie dnergie possible = 4%)

- Constitution dun plan de suivi du parc des moteurs (historique, implantations, fiches didentit, frquences dinterventions et des pannes, etc.)

- Choix des moteurs en fonction de lutilisation (type, puissance, rythme dutilisation). Limiter les marges de scurit trop importantes sur la puissance

- Renouvellement des moteurs anciens par des moteurs neufs de meilleure efficacit

- Arrt des rebobinages trop frquents de moteur, qui dtriorent le rendement et dont le cot est parfois quivalent celui de lachat dun moteur neuf.

Pompage (conomie dnergie possible = 1%)

- Optimisation du fonctionnement par une gestion technique centralise

Eclairage (conomie dnergie possible = 0,5%)

- Optimisation du niveau dclairement en fonction de lusage

- Possibilits dinstallations dautomatismes : dclencheurs automatiques, asservissement la lumire du jour, programmation des allumages/extinction

- Entretien des luminaires

- Adoption de technologie basse consommation dnergie en fonction de lusage (type de local, dure continue ou intermittente).



B. propositions de solutions en vue daccroitre lindpendance nergtique de

lusine


En vue de la ralisation dconomies dnergies dans le procd, nous proposons la

mthanisation de la mlasse, puis valorisation du biogaz issu de cette mthanisation, en

lectricit.

On part sur la base dune production minimale de 100 tonnes de mlasse par jour (source

direction usine-Service Laboratoire). Lestimation des couts financiers et de production

dlectricit sest faite par rapport ceux des usines biogaz de HAREN et WOTERSEN en

Allemagne (Voir Annexes 5 et 6) [15]

; Ce biogaz est obtenu par valorisation de lensilage de

mas. Le calcul estimatif se justifie par les potentiels mthanognes trs voisins que possdent

lensilage de mas et la mlasse.

En effet, on a pour 1Tonne de substrat : 205 m3 de biogaz par tonne densilage de mas et

228 m3 de biogaz par tonne de mlasse. Les rsultats obtenus sont rsums dans le tableau 11

ci-dessous.

Tableau 13: Etude technico-conomique de la valorisation en biogaz et lectricit de la mlasse

COUTS DE L'INSTALLATION

Quantit de substrat (Mlasse) consomm par jour (T) 100,00

1 INSTALLATION DE 500 KW (FCFA) 1 310 000 000

1 INSTALLATION DE 1500 KW (FCFA) 1 637 500 000

COUT TOTAL INVESTISSEMENT 2 947 500 000,00

Energie produite par jour (kWh) E 48 000,00

Consommation interne d'nergie pour l'usine (brasseurs, pompes) 8%E 3 840,00

Gain ralis sur nergie CIE par anne (FCFA) 596 160 000

Cout de maintenance annuel (FCFA) 65 500 000

Bnfice net annuel du projet (FCFA) 568 620 329,02

Temps de retour sur investissement (en anne) 5,18



b) Etude dimpact environnemental

La production et lutilisation du biogaz ont un impact positif sur lenvironnement. En effet,

Le biogaz produit se substitue lnergie de la CIE. Notre projet de production dlectricit

verte, permet de produire environ 45000 kWh par jour. On sait que la production dnergie

par la CIE gnre 0,7291 t eq CO2 par MWh produit [13]

. Alors notre projet permettra dviter

environ 5795 t eq CO2 par an.

Notre projet est-il ligible au MDP ?

Pour rpondre cette question il est important de faire un bref rappel sur ce quest le MDP et

valuer si notre projet peut bnficier ou non des subventions de ce programme. En effet le

terme MDP signifie Mcanisme pour le dveloppement propre. Il fait partie des deux

mcanismes arrtes au protocole de Kyoto en 1997. Le MDP tout comme le second

mcanisme MOC (Mise en uvre conjointe) vise encourager tout projet luttant contre les

missions du CO2 dans le monde. Il ressort de ses textes que le prix allou 1 tonne de CO2

vite est de 10 euros [14]

. La quantit de CO2 squestre par notre projet est de 5795 t eq

CO2 par an, quivalent un cot de 57 955 euros soit 37 960 329 FCFA.

Cest un projet de production dnergie par des dchets vgtaux. Lligibilit au MDP

dpend des deux conditions suivantes [17]

:

- Le projet doit tre en conformit avec la politique nationale de Dveloppement

Durable du pays hte

- Additionnalit des missions engendres

Lanalyse des critres dligibilit de projets MDP en CI [iv], (voir Annexe 8) nous permet de

dire que notre projet pourrait tre ligible au MDP. Cependant, il faudrait une certification

dun organisme spcialis (tel que SGS ou VERITAS) sur la nature de lligibilit au MDP de

notre projet.



V- DISCUSSIONS ET ANALYSES

A. Analyses des tudes nergtiques

1) Analyse du Bilan nergtique des installations (de la bagasse

llectricit)

Au regard du bilan global ralis, nous constatons quil ya dnormes pertes enregistres au

niveau des chaudires, du ballon de stockage, des turbines et dans les canalisations. Le bilan

global ralis par tonne de canne broye nous donne 44 kWh produit en fin de procd contre

environ 55 kWh dans un procd efficace. [16]

Au niveau des chaudires, on a des pertes trs leves correspondant un manque gagner de

18 20% ; Cest ce qui explique le faible rendement de combustion ( 60%);

Au niveau du ballon de stockage, on value les pertes 0,1 T vapeur par Tonne de canne

broye ; soit environ 14% de pertes au niveau du stockage de la vapeur.

Le pic des pertes senregistre au niveau des turbines. En effet, on a respectivement lors des

dtentes, 28% et 39% de pertes de vapeur pour les turbines condensation (SIEMENS) et

contre pression (ACEC). Ce qui impute sur les rendements globaux des cycles vapeur deau.

Ainsi, on a pour la turbine condensation un rendement global g=15,8% contre g=32%

(valeur thorique); soit un manque gagner de 17% et pour la turbine contre pression

g=12,4% ; soit un manque gagner de 19,6%. Lamlioration de ces rendements globaux est

dterminante dans loptimisation des consommations nergtiques de lusine entire. Cest

pour cela que nous avons propos des solutions exploitables moyen terme en vue de

loptimisation de la production de vapeur et dlectricit.



2) Analyses de lEtude de remise niveau des rseaux de vapeur

- Optimisation de la production de vapeur

Linstallation du shredder englobe un cout dinvestissement de 1,5 Milliard FCFA.

Les gains en vapeur slvent environ 60 T/j de vapeur. Ce qui correspond une

production nergtique journalire denviron 6 960 kWh/J. Lquivalent financier de ce

gain nergtique se fait par rapport au cot moyen de lnergie produite par la CIE, qui est

denviron 75 FCFA/kWh, on a un gain sur nergie de 93 977 052 FCFA/an.

A cela sajoute le gain au niveau du taux de sucre extrait en utilisant un shredder ; On

lvalue 0.1% de jus extrait en plus (Source : E.HUGOT, la sucrerie de cannes

P.299). On part sur la base dune production annuelle de 434.380 T (cette valeur t

retenue pour nos estimations compte tenu des objectifs futurs de production). Ce qui nous

fait un surplus de production sucrire de 117,94 T/an.

En considrant 1T de sucre 580.000FCFA, on a un gain de 68.405.200 FCFA. Le gain

financier total du projet slve 162 382 252 FCFA/an

Ainsi, on a un temps de retour sur investissement 9 ans. Avec une exploitation de

lquipement sur 15 20 ans;

- Optimisation de la production dlectricit

La mise en uvre de la solution consistant rhabiliter les lments mcaniques des

turbines, cote environ 350 000 000 FCFA ; En revanche, cette solution permet davoir un

surplus dnergie lectrique denviron 22 700 kWh par jour, soit un gain financier sur CIE

denviron 300 000 000 FCFA par anne. Le temps de retour sur investissement est de 1,2

an. Cette solution est dautant plus rentable quelle reprsente un norme potentiel

dconomies dnergies qui peut tre ralis au sein de lusine.



- Solution combine : Installation dun Shredder vapeur et rhabilitation des turbines

La ralisation de cette troisime solution est de loin la plus rentable. En effet, on a un cot

dinvestissement denviron 2,3 Milliards FCFA. On a un surplus de vapeur denviron 250

T/J ; Ce qui quivaut un surplus nergie de 29 MWh par jour. Cela engendre un gain sur

CIE denviron 397 Millions FCFA par anne. A cela sajoute le gain sur le taux

dextraction du sucre, qui est de 0,1 % ; Finalement, on obtient aussi un gain en

production de sucre, denviron 117 T par anne, soit un gain financier de 68.405.200

FCFA. Le gain financier annuel du projet est denviron 466 Millions FCFA.

Le temps de retour sur investissement est denviron 5 ans ; ce projet est donc trs

rentable.

- Diagnostic des Performances nergtiques

Le DPE nous a permis de dresser un tableau regroupant un certain nombre dactions

dentretiens courants, et des mesures dconomies dnergies, dans une approche globale,

cest--dire en tenant compte de tous les choix nergtiques et technologiques disponibles,

des caractristiques des installations existantes, et des contraintes internes lentreprise

(structure, expertise disponible, etc.) et externes, lies son environnement local. La

ralisation de ce tableau est base sur lexprience mene par les experts en la matire,

auprs des entreprises franaises dans le cadre dun programme dactions collectives

ADEME/IFTH sur la maitrise de lnergie.



B. Analyse des propositions de solutions co-nergtiques


La production et lutilisation du biogaz ont un impact positif sur lenvironnement. En effet,

le biogaz se substitue trs frquemment aux nergies fossiles ce qui contribue rduire

Les missions de gaz effet de serre, responsables en partie du drglement climatique.

Au cours de leur transformation, les matires organiques vgtales utilises directement

ou indirectement pour produire du biogaz mettent la mme quantit de CO2 que celle

absorbe pendant leur croissance ou leur production. Ds lors, lutilisation de la

biomasse, continuellement renouvelable, engendre un processus de cycle. Lmission de

CO2 est matrise et stabilise [15].

Notre projet biogaz a permis de squestrer une importante quantit de CO2 denviron 5795 T

eq CO2 par an. En plus, le temps de retour sur investissement est de 5 ans, ce qui montre que

notre projet est rentable. Il est important de signaler, quen plus du biogaz et de llectricit

produite, notre projet permettra dobtenir un digestat en fin de mthanisation denviron 65

70 Tonnes par jour, qui pourra aussi tre utilis pour pandage dans les plantations.

En plus, la viabilit de notre projet par rapport au dveloppement durable se justifie 3

niveaux.

Au Niveau Social : Appropriation de la technologie propre, dveloppement et renforcement

des capacits des acteurs

Au niveau Economique : Rentabilit conomique (596 160 000 FCFA conomise par an sur

lectricit CIE).

Au niveau environnemental : Gestion durable des ressources naturelles (bagasse de canne),

lutte contre le changement climatique et la durabilit de lenvironnement local.



VI- RECOMMANDATIONS

a) Sur le plan nergie

Lanalyse approfondie du bilan nergtique global (figure 5 : Bilan nergtique global par

tonne de canne broye), nous ressort que lefficacit du procd est encore trs faible. En

effet, pour une tonne de canne broye, lUAI produit 44 kWh au lieu de 55 kWh, dans le cas

dun procd efficace (Source [16]). Il ya donc un manque gagner denviron 11 kWh par

tonne de canne broye. Dans une vision dconomie dnergie, il serait bnfique dentamer

des tudes sur le schage de la bagasse avant sa combustion dans le foyer. Le taux dhumidit

retirer de la bagasse est un facteur dterminant pour raliser de bonnes conomies

dnergies en combustion. En effet, selon E.HUGOT dans la sucrerie de cannes PP.867,

Il nya pas dintrt scher au dessous de 10% dhumidit, car la bagasse risquerait de

remonter par elle mme 10% en absorbant lhumidit ambiante. On peut par exemple

sarrter 10, 15 ou 20% et utiliser la chaleur restant disponible dans les gaz dans un autre

changeur, par exemple un petit conomiseur .

De plus, il serait bnfique long terme de remplacer les turbines en vue de rentabiliser les

consommations de vapeur et optimiser davantage la production dlectricit. Aussi, dans la

mme optique, il serait judicieux dvaluer le bilan nergtique au niveau de la sucrerie

(vaporateurs, appareils cuire), en partant du jus de cannes jusqu la production de sucre

cristallis. Quelle est lnergie consomme actuellement ? Quelle devrait-tre lnergie juste

ncessaire pour le process ? Quelles sont les conomies dnergies ralisables en vue

damliorer lefficacit du process ?

b) Sur le plan environnemental

Le biomthane en usage dans une centrale gaz est plus cologique et comptitif que les

nergies lectriques dorigine fossiles dlivres par la CIE.

La mise en uvre de cette solution permettra lUAI dtre autonome du point de vue nergie

lectrique avec une production denviron 45 MWh par Jour, ce qui aura pour effet de rduire

denviron 50% le taux dindpendance nergtique pendant linter-campagne. LUAI vitera

des missions de GES de 5795 TCO2e par an, soit lquivalent de 57 955 euros soit

37 960 329 FCFA raison de 10 euros la TCO2e, pour un besoin dinvestissement de 2,9

milliards FCFA.



VII- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Ce projet nous a permis de nous rendre compte de lnorme potentiel dconomies dnergies

et des possibilits de ressources nergtiques valorisables, que possdent lUAI. Le bilan

nergtique que nous avons ralis, nous montre bien la faible efficacit du procd de

production dnergie, avec un manque gagner denviron 11 kWh par Tonne de canne

broye. Cest dans cette optique que nous avons propos la solution combine installation

dun Shredder vapeur et une rvision approfondie des turbines. Cette solution permettra de

rentabiliser les consommations dnergie et la production dlectricit. En effet, avec un

investissement de 2,3 Milliards, on a un gain sur nergie de 29 MWh/J et un surplus de

production sucrire de 117 T/an, avec un temps de retour sur investissement denviron 5 ans.

A cela sajoute la valorisation de la mlasse. Nous avons propos un dimensionnement dune

usine Biogaz, en partant dun substrat de 100 Tonnes de mlasse par jour, pour produire

environ 45 MWh/J pour une puissance instantane de 2 MW. Le cout dinvestissement

slve 2,9 Milliards FCFA, avec un temps de retour sur investissement de 5ans. LUAI

pourra viter une mission denviron 5795 TCO2e par an. Ce projet Biogaz gnre des crdits

carbones quivalents 37 millions FCFA par an. Au cas o la mise en uvre de ce projet

devrait se faire, une dmarche rigoureuse dtudes technico-conomique et de recherche de

financements (Fonds propres, MDP..) reste obligatoire. Par ailleurs, il serait bnfique, dans

la mesure o ce projet squestre une importante quantit de CO2, de sengager dans la

dmarche du MDP, afin de trouver les ressources ncessaires au financement de ce projet.

En plus des conomies dnergies ralisables au niveau de toute la chaufferie, une tude peut-

tre faite sur les consommations dnergie de la sucrerie (vaporateurs, appareils cuire,

centrifugeuses), en vue de mieux cerner le volet consommation dnergie de lusine, et

augmenter lefficacit nergtique du procd allant de la production du jus de canne la

production du sucre en poudre.



VIII- BIBLIOGRAPHIE

[1] : A. Bensakhria, .2011. Cours : Combustion et Chaudires

[2] : Y. COULIBALY, .2011. Cours : conomies dnergies dans le btiment et lindustrie

MGEER

[3] : Franois Broust, .2009. Cours : Combustion et Biomasse Chaudires : Principes et

bilans nergtiques

[4] : Y. COULIBALY, .2009. Cours Thermodynamique Applique Master1 nergie

[5] : Christel BRUNSCHWIG, .2010. Cours Les filires biochimiques pour la production de

biocarburants

[6] : A. BAYILI, .2009-2010. Mmoire Optimisation nergtique dune UAI : cas de

SUCRIVOIRE, unit de Zuenoula

[8] : Thmatique : Les diagnostics nergtiques, Fiches techniques PRISME n3

[9] : J. BLIN, .2010. Cours : Chimie Biochimie associes la biomasse nergie Master 1

nergie

[10] Catalogue-Formulaire N 79/1, 1re

EDITION (Novembre 1979) SERSEG

[11] E. HUGOT, La sucrerie de cannes, 3 EDITION. Techniques & Documentation-

Lavoisier

[12] Mouhamadou NIANG, .2007-2008. Mmoire Etude technico-conomique des systmes

dentrainement pour la commande du shredder et du 6 moulin de la compagnie sucrire

sngalaise

[13] CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM-PROJECT DESIGN DOCUMENT FORM

AKUEDO (CDM-PDD) Version 03 - in effect as of: 28 July 2006

[14] Projet intgrateur Master2 2010-2011, Valorisation des rsidus organiques du 2IE par

mthanisation pour lalimentation en biogaz du restaurent de Kamboins.

[15] CAUSSADES Semences Production de biogaz, Octobre 2006



[16] P. GIRARD, Confrence FOAD Biomasse & nergie Les agro-industries et le potentiel

de production dlectricit en Afrique : Quels enjeux pour quelles technologies ?

[17] Elodie HANFF, Les crdits Carbones une opportunit pour le dveloppement des projets

biomasse nergie en Afrique de lOuest ; Programme changements climatiques

Sites Internet

[i] http://www.thermodynamique.com/spip.php?article14 (consult en Mars 2011)

[ii] http://www.etab.accaen.fr/circocaensud/Ressources_pedagogiques/Ressources_tous_cycle

s/CRSTD/Changements%20d'%E9tat.htm (Consult en Mars 2011)

[iii] www.siemens.com/energy (consult le 5 Mai 2011)

[iv] http://www.mdp-cotedivoire.org/documents/fr/1.pdf (consult le 4 juin 2011)



IX- ANNEXES

Annexe1 : Taux dindpendance et consommation nergtiques de lusine ....P44

Annexe2 : Extrait de mthode de COLEBROOK .... .P45

Annexe3 : Circuit de la vapeur deau ....P46

Annexe4 : Schma synoptique du process...P47

Annexe5 : Formulaire ...P48

Annexe6 : Usine Biogaz de WOTERSEN. P50

Annexe7 : Usine Biogaz de HAREN.... P51

Annexe8: Offre de prix pour rvision approfondie de la turbine....P52

Annexe9: Critres dligibilit de projets MDP en CI......P54

Annexe10: Planning du stage...P58



Annexe I : Taux dindpendance et consommations nergtiques de lusine

USINE 137765 kWh / J

CIE 24775 kWh / J

Tableau des consommations dnergie moyennes journalires en kWh

85%

15%

Rpartition de la production d'nergie moyenne journalire (en %)

USINE CIE



Annexe II : Mthode de COLEBROOK

Extrait du Catalogue-Formulaire SERSEG. PP. F163-164

Principe de la mthode de calcul de Colebrook et marche suivre

La perte de charge P est donne parla formule suivante : P = JL /10 000 dans laquelle

P : perte de charge cherche en kg/cm

L : longueur droite fictive de la tuyauterie en m

: poids spcifique du fluide dans les conditions de temprature et de pression de

lcoulement en kg/m3

J : coefficient donn par labaque

Pour dterminer ce coefficient J au moyen de labaque, il faut connaitre au pralable le

diamtre D de la tuyauterie, la nature et ltat de sa face interne, ainsi que la vitesse et le

nombre de Reynolds R caractrisant lcoulement. Nous indiquons ci-dessous les moyens

pratiques pour dterminer ces quatre paramtres dentre.

1 dtermination des paramtres dentre

- Diamtre intrieur de la tuyauterie (en mm). Tenir compte des dpts ventuels qui

rduiront ce diamtre dans le temps.

- Nature et tat de la face interne

- Vitesse (en m/s). elle peut se calculer par la formule suivante :

V = 353,7 q / D

- Nombre de Reynolds = 1000 VD / ; avec = 1000 /

- Poids spcifique rel (en kg/m3)

2 dtermination du coefficient J

Le coefficient J se dtermine au moyen de labaque de Colebrook



Annexe III : Circuit de la vapeur deau



Annexe IV : Schma synoptique du process de production dnergie

Coupe canne

+ shreddder 1T Cannes

1T Canne

broye MOULINS 0,33T

Bagasse CHAUDIERE

0,66T

Vapeur

surchauffe

TURBOS

44kWh

lectrique

Process de

FABRICATION +

dtentes MP, BP

0,26T vapeur

0,40T vapeur

(Moulins)

Jus de

canne

Jus de

canne

60kg Mlasse

(dchets)

96kg sucre

en poudre

Unit

dENSACHAGE

Sac de

sucre



Annexe V : Formulaire

Formules des Calculs en combustion



Formules des Puissances thermiques



Annexe VI : Usine Biogaz de WOTERSEN

Extrait de CAUSSADES Semences Production de biogaz, Octobre 2006



Annexe VII : Usine Biogaz de HAREN

Extrait de CAUSSADES Semences Production de biogaz, Octobre 2006



Annexe VIII : Offre de prix pour rvision approfondie turbine

DESIGNATION Quantit Prix unitaire Prix TOTAL

Rducteur

Rvision approfondie de la turbine 1 53 064 376,00 53 064 376,00

Coussinets de palier pour PV 2 8 166 260,00 16 332 520,00

Palier de pignon 2 11 613 449,00 23 226 898,00

Patin de bute oscillant + goupille de maintien 1 9 362 671,00 9 362 671,00

coussinet palier avant 1 10 223 498,00 10 223 498,00

coussinet palier arrire 1 11 294 791,00 11 294 791,00

Bande d'tenchit et matriau mter boite AV 1 2 426 274,00 2 426 274,00

Bande d'tenchit et matriau mter boite AR 1 3 928 606,00 3 928 606,00

Bande d'tenchit et matriau mater pour Laby 1 1 2 402 170,00 2 402 170,00

Bande d'tenchit et matriau mater pour Laby 2 1 2 125 801,00 2 125 801,00

Bande d'tenchit et matriau mater pour boite et bute 1 55 258,00 55 258,00

Soupape de fermeture rapide

Tige de soupape de fermeture rapide 1 11 311 266,00 11 311 266,00

Soupape de rglage HP

Tige de soupape M20*1,5*428 2 2 891 550,00 5 783 100,00

Garniture de tige de soupape HD 102 2 440 881,00 881 762,00

Bague infrieure 40*20 4 300 786,00 1 203 144,00

Soupape de rglage BP

Tige de soupape L=418 G1 2 2 361 907,00 4 723 814,00

Garniture de tige de soupape HD 102 1 439 618,00 439 618,00

Douille de fond 20*34*30 2 846 575,00 1 693 150,00

Bague de fond 40*20*10 4 200 786,00 803 144,00

Commande soupape HP

Douille (30*40*30) 1 960 553,00 960 553,00

fourreau de distributeur 1 7 125 007,00 7 125 007,00

Tiroir de distribution complet 1 11 831 062,00 11 831 062,00

Ressort de compression 4,0*30,0*61,6*15,7 1 79 734,00 79 734,00

Commande soupape BP

fourreau de distributeur 25 1 3 604 335,00 3 604 335,00

Distributeur de commande 25*144 1 5 095 754,00 5 095 754,00

Tige de piston 25E6*391 1 1 331 985,00 1 331 985,00

Ressort de compression 3,0*20,0*0*50,7*13,7 1 163 551,00 163 551,00

Pompe principale et pompe rgulation

Coussinet 20*35*40 1 1 098 872,00 1 098 872,00

Bague d'tenchit 112*138*15 1 1 518 818,00 1 518 818,00

Arbre de pompe huile 1 3 668 998,00 3 668 998,00

Palier radial DR 2032 1 180 759,00 180 759,00

Bague d'tenchit50*72*12 1 863 373,00 863 373,00

Bague 64*99*6 1 1 303 293,00 1 303 293,00

Palier de disque 1 5 706 055,00 5 706 055,00



Rgulateur 2A1/0/0

ressort de traction 3,2*18 2 2 992 291,00 5 984 582,00

piston asservi 30 2 747 687,00 1 495 374,00

Douille de liaison C30 2 2 916 890,00 5 833 780,00

Douille 25*29,5*32 2 1 983 156,00 3 966 312,00

Logement de rotule 20 1 551 184,00 551 184,00

rducteur pour changement de vitesse de la turbine 1 16 874 351,00 16 874 351,00

Moteur de changement de vitesse de la turbine 1 3 126 449,00 3 126 449,00

TOTAL 243 646 042,00



Annexe IX : Critres dligibilit de projets MDP en CI

Le processus de mise en uvre du MDP en CI



Annexe X: Planning du stage

Documents

Rapport PFE Master2ENR GOSSE Maxime StageSucrivoire