cous audit énergétique ensem-070113

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COURS D’AUDIT ET GESTION DE L’ENERGIEENSEM Casablanca

3ème GSE2012 - 2013

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PLANI- Introduction à l’Efficacité Energétique

II- Le Prédiagnostic (Préaudit)

III- La répartition des consommations d’énergie

IV- Réaliser l’audit énergétique: Introduction à la méthode EPS

V- Les Systèmes de Gestion d’Energie SGEn

Annexes: Solutions d’économie d’énergie

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Sommaire

1: EE: Une histoire de coûts

2: Répartition des coûts de l’énergieEtude de cas: Usine de produits laitiers

3: L’Efficacité Energétique dans l’Industrie et le Bâtiment – Démarche

4: L’efficacité énergétique: Quelle Démarche?

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

I- Introduction à l’Efficacité Energétique

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Sommaire

1: Méthode d’analyse par régression

2: Déterminer les gains financiers

II- Le Prédiagnostic

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Sommaire

1: Electricité 4 méthodes complémentairesEtude de cas: Eclairage – pompage –

Compresseur d’Air 2: Conversion des énergies: rappels théoriques

3: Air comprimé4: Vapeur5: Froid

III- La répartition des consommations

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Sommaire-Présentation de la démarche

-Etape 1: Comprendre Le tableau des consommations

-Etape 2: AméliorerIdentifier les pistes d’améliorationEvaluer et prendre des décisions

-Etape 3: Suivre Déterminer les indices d’efficience

IV- REALISER L’AUDIT ENERGETIQUE:INTRODUCTION A LA METHODE EPS

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Sommaire

1: Qu’est ce qu’un SGEn?La norme ISO 50001

-2: Objectifs et applications de la mesure

-3: Que faut-il mesurer et comment?

-4: Architecture des systèmes de mesure et de powermonitoring

V- Systèmes de Gestion d’Energie SGEn

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1- 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?

Réduire le coût de l’énergie

Optimiser l’exploitation des équipements

Assurer la disponibilité de l’installationAssurer la stabilité du processus

2-4%

4-5%

10%

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2- 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 disponibilitéde l’énergie

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Etude de cas: Usine de production de lait

Facture électrique annuelle: 22000 KDhsFacteur de puissance moyen 0,86Pénalités pour dépassement de PsPlusieurs problèmes de continuité de service

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Statistiques des perturbationsPériode de Janvier à Août 2008 soit 8 mois55 interruptions ( brèves et longues; principalement brèves)Temps nécessaire avant redémarrage production:

- Fromage et desserts: 2 heures / Conditionnement : 0,5 heuresTotal temps arrêt usine: 110 heures de process – 27,5 heures conditionnement Pertes enregistrées sur 8 mois

87 000 litres de MP valeur 361 000 DhsManque 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 DhsPertes 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 dessertsProduction 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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3- L’EFFICACITE ENERGETIQUE DANS L’INDUSTRIE ET LE BATIMENT

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L’énergie est principalement utilisée pour produire la chaleurnécessaire aux process industriels ou pour le refroidissement ouencore 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’énergiede 10% à 20%

l’Efficacité énergétique dans l’industrie

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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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Le bâtiment est le plus gros consommateurd’énergie dans le monde

Les bâtiments consomment plus de 40% dutotal des énergies aux USA et dans l’UE.

Entre 12% et 18% dans le bâtimentcommercial et le reste dans le bâtimentrésidentiel.

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment

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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Le type de consommation d’énergie dépenddes Activités dans le bâtiment.

Le chauffage d’Eau est par exemple le principal poste de consommation d’énergiedans un hôpital.

L’éclairage est également le principal postede consommation dans le bâtimentcommercial et les magasins commerciaux

Lodging42% Water Heating20% Lighting16% Space Heating

6% Space Cooling16% Other

Healthcare Buildings28% Water Heating23% Space Heating16% Lighting06% Office Equipment27% Other

Office Buildings 30% Lighting25% Space Heating16% Office Equipment

9% Water Heating9% Space Cooling

11% Other

Retail Buildings 37% Lighting30% Space Heating10% Space Cooling06% Water Heating17% Other

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment

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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,..)

Bâtiment: Des acteurs différents...

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Les besoins des exploitantsréduire 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’ouvrageaugmenter 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’oeuvreêtre compétitif en prestations et en coût au moment de la sélection,tenir le budget pendant la réalisation.

… aux Besoins différents,…

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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) ,

Comment réduire les coûts énergétiques

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

la rationalisation des processus et des consommations intrinsèques des machines (amélioration des rendements des machines

et des process ),

La Remise en cause des choix énergétiques et de l’infrastructure des processus de production (substitution de l’électricitéaux énergies traditionnelles, récupération de l’énergie perdue ou l’autoproduction àpartir de récupération).

Rapide

Gratuit

Investissement

Stratégique

Les possibilités d’économie d’énergie résultent de :

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4- L’EFFICACITE ENERGETIQUE : Quelle démarche?

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Audit détaillé

Mise en œuvre, Vérification,Formation

Analyse et diagnostic par des experts•Audit énergétique

•Analyse Qualité de l’énergie• Audit de l’installation

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

Solutions pour l’économie d’énergie

Solutions pour améliorer la qualité de l’énergie

Former pour pérenniser les acquisMise au point de Guides de bonnes pratiques

(exploitation, entretien, comportements…)

Equipements à haut rendement, variateurs de vitesse, système

de délestage, gestion de l’éclairage, procédures de maintenance…

Prédiagnostic

collecte des documents et informations sur site. Etude des moyens de production et des réseauxDétermination du type d’audit nécessaire

4- L’efficacité énergétique: Quelle Démarche?

Etude des solutionsEt analyse financière

Solutions pour améliorer la continuité de service

des installations

Coordination des protections, réequilibrage des phases, architectures

Critical Power,…

VérificationLe résultat est vérifié par de nouvelles

mesures

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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 216501Hollande – 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.

Les différentes normes d’audit:

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

27

Phase 1: Analyse préalable

Objectif Première approche du bilan

énergétique

28

Phase 1: Analyse préalable Objectif Première approche du bilan énergétique

29

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

31

Phase 2: Analyse détailléeObjectif Approfondissement du diagnostic sur

les principaux gisements d’économie

32

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

Objectif Recherche des solutions d’amélioration

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

Objectif Recherche des solutions d’amélioration

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Phase 3: Recherche des solutions d’amélioration

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II- LE PREDIAGNOSTIC (Analyse préalable)

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Sommaire

1: Méthode d’analyse par régression

2: Déterminer les gains financiers

II- Le Prédiagnostic

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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 régressionMéthode:

Collecte et analyse des factures d’énergie: Electricité, Fuel, Gaz, …

Collecte des données des compteurs internes existants

Collecte des données de productionSi possible, mesures globales (courbes de charge)

Période nécessaire: 3 années les plus récentes

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1- Déterminer le potentiel d’économies:Analyse par régression

Déterminer les consommations fixes gaspillages?Analyser les variations des coûts: pbs de gestion?

Analyse par régression y = 15,38x + 61593R2 = 0,7729

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Production TT (T)

Con

som

mat

ion

élec

triq

ue

Broy

age

Au

(KW

h)

Pertes dues à la non optimisation de la gestion de productionConsommations fixes Par produit, ligne et globale

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Méthode d’analyse par régression

Consos fixes

Consommation(KWh, Joules, Nm3,…)

Productions mesuelles(T, m3, l, nbre de pcs, etc.)

(A) (B) (C)(D)

(E)

[(A)+(B)+(C)+(D)+(E)] / nbre mois = potentiel d’économie si

meilleure gestion de la production SGE

quelle est la part du

gaspillage?

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

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 MPPotentiel de gains si meilleure gestion: 15%

Analyse par régression

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

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Production (T)

Con

som

mat

ion

élec

triq

ue

Con

cass

age

Cu(

KW

H)

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Calcul de la consommation spécifique

dispersion selon productionRatios à retenir Analyse des écarts

Consommation Spécifique globale

y = 1020,9x-0,3293

R2 = 0,3953

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0 5000 10000 15000 20000 25000

ProductionAu (T)

Con

som

mat

ion

élec

triq

ue

spéc

ifiqu

e (K

Wh/

T)

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2- DETERMINER LES GAINS FINANCIERS

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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 àaccumulation.- Former des volumes importants de glace pendant les heures à faible tarif qui seront utilisés par des systèmes de réfrigération pour l’air conditionné.

Calculer les gains financiers

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Analyse de la courbe de charge

Les consommations "captives"

Est-ce bien nécessaire ?

Les dépassements coûteuxContrôler le foisonnement

La puissance disponiblePourquoi ne pas l’utiliser ?

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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 comptes2- Professionnels3- Résidentiel4- 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

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47


48


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50


51


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Exercice: Optimisation d’une facture électrique

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OUTILS: LA COMPENSATION D’ENERGIE REACTIVE

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TD: OPTIMISATION DE LA FACTURE ELECTRIQUE

ETUDE DE CAS

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III- LA REPARTITION DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES

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Sommaire

1: Electricité 4 méthodes complémentairesEtude de cas: Eclairage – pompage –

Compresseur d’Air 2: Conversion des énergies: rappels théoriques

3: Air comprimé4: Vapeur5: Froid

III- La répartition des consommations

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1- Répartir l’électricité: 4 méthodes

• Méthode 1: Analyse des factures et relevés des compteurs

• Méthode 2: Répartition suivant la puissance installée

• Méthode 3: Répartition sur base des puissances absorbées (mesures)

• Méthode 4: Répartition sur base d’une estimation de la puissance utile

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Répartir l’électricité: Méthode 2- Calcul à partir des puissances installéesETAPE1•Inventaire des puissances installées (forces motrices)•Limiter le travail aux plus grandes puissances•Retirer les moteurs de secours

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ETAPE2: Estimer le Taux d’utilisation et le taux de fonctionnement•Evaluer le nombre d’heures de fonctionnement (ex: 5j/7 –de 8h à 20h)•Le temps de fonctionnement est la plus grande incertitude

Répartir l’électricité: Méthode 2- Calcul à partir des puissances installées

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Remarques: Le taux d’utilisation tient compte de différents phénomènes:•Il existe un certain foisonnement, ou une non simultanéitéde fonctionnement entre tous les utilisateurs intervenant dans un groupe (par exemple les composants d’une ligne de production) •Souvent, il existe également des équipements de sécurité, identiques à certains consommateurs importants mais constamment à l’arrêt, sauf en cas de panne sur l’équipement principal; leur puissance fait bien partie de la puissance installée du groupe, mais pas de sa puissance consommée (exemple: pompe incendie)

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Remarques: Le taux d’utilisation tient compte de différents phénomènes:•Les machines ou installations électriques industrielles sont très souvent surdimensionnées par rapport à l’utilisation moyenne qui leur est réellement demandée•Le moteur électrique entraînant ces machines ou installations est lui-même généralement choisi avec une puissance supérieure à celle de la machine entraînée, ce qui constitue une deuxième cause de surdimensionnement•L’installation fonctionne à un régime variable, qui en moyenne, ne représente qu’une fraction de la capacitémaximale.

Méthode la moins fiable

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Puissance utile (kW) = Puissance nominale * fPuiss absorbée = Putile (kW) * heures fonctionnementf: coefficient de foisonnement, se base sur le type d’équipement et la connaissance de cet équipement par l’exploitant. Tient compte du surdimensionnement de l’équipement

f = Puissance mesurée / Puissance nominale


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Répartir l’électricité: Méthode 2- Calcul à partir des puissances installéesETAPE3•Règle Pareto sur kWh (20% travail / 80% résultats)• tenir compte des équipements représentant 80% de la consommation

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Etude de cas: L’Eclairage


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Répartir l’électricité: Exemples

L’Eclairage - Normes

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L’Eclairage - Calcul

Éclairage ~ Puissance installée

Par exemple:•Bureaux : 20 W / m²•Hall industriel : 10 W m²•Couloirs: 5 W / m²

3 W / m² / 100 Lux

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L’Eclairage•Eclairage bâtiments: Liste des puissances installées

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L’Eclairage•Calcul sur base de catégories d’éclairage

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Répartir l’électricité: Exemple 2

Cas du Pompage

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Répartir l’électricité: Méthode 3 - Répartition sur base des puissances absorbées (mesures)

Mesure des puissances ou des courants

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Répartir l’électricité: Méthode 3

Mesure des puissances ou des courants

Électricité active et réactive pour un courant alternatif:

L’énergie électrique consommée est composée:•d’une partie “active” transformée en chaleur ou mouvement•d’une partie “réactive” qui sert essentiellement à l’alimentationdes circuits magnétiques des machines électriques.

L’utilisateur ne bénéficie que de l’apport énergétique de la partie“active” ; la partie “réactive” ne peut pas être éliminée, mais doitêtre compensée par des dispositifs appropriés.

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Calculer la puissance active à partir du courant mesuré à l’aide d’une pince ampèremétrique

Puissance active : P = U * I * cosϕ /1000 [kW]Si tension = 230 V (monophasé)

P (kW) = I (A) * 230 (V) * cosϕ / 1000Si tension = 400 V (triphasé)

P (kW) = I (A) * 400 (V) * racine(3) * cosϕ / 1000

Quelques valeurs de cosϕ• moteur asynchrone à 100 % de charge : cosϕ = 0,85• moteur asynchrone à 50 % de charge : cosϕ = 0,73• lampes à fluorescence : cosϕ = 0,5• chauffage par induction : cosϕ = 0,5

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Enregistrer l’énergie active ou la puissance active moyenne: Analyseur de réseau portable

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Répartir l’électricité: Méthode 3Enregistrer l’énergie active ou la puissance active moyenne: Analyseur de réseau portable

• Mesures en temps réelUn analyseur de réseau mesure les courants et les tensions et présente en temps réel les valeurs efficaces des trois phases et du neutre. De plus, il calcule le facteur de puissance, la puissance active et la puissance réactive, entre autres.• Valeurs min/max pour les mesures en temps réelQuand certaines mesures en temps réel (toutes les secondes, toutes les 20 millisecondes ou toutes les 100 ms) atteignent leur valeur la plus haute ou la plus basse, l’Analyseur de réseau enregistre les valeurs dans sa mémoire non volatile. Ces valeurs sont appelées valeurs minimales et maximales (min/max).

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• Mesures de moyenne Les analyseurs de réseau offrent diverses méthodes de mesure de moyenne.•Méthodes de calcul de puissance moyenneLa puissance moyenne correspond à l’énergie accumulée pendant une période spécifiée divisée par la longueur de cette période. Les différents analyseurs de réseau du marché peuvent réaliser ce calcul de différentes façons, selon la méthode sélectionnée. Afin de rester compatible avec le système de facturation des services électriques, Un analyseur de réseau doit pouvoir fournir les types suivants de calcul de puissance moyenne :• Valeur moyenne sur intervalle de temps• Valeur moyenne synchronisée• Valeur moyenne thermiqueEn général, le calcul de la moyenne par défaut s’effectue sur un intervalle glissant dans un intervalle de quinze minutes.

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Avec la méthode de valeur moyenne sur intervalle de temps, l’utilisateur sélectionne un « intervalle de temps » que l’Analyseur de réseau utilise pour le calcul de la moyenne. La façon suivant laquelle l’Analyseur de réseau gère cet intervalle de temps peut différer d’un appareil à l’autre. Trois modes sont possibles: • Intervalle glissant: Dans ce mode, l’utilisateur sélectionne un intervalle (par ex: entre 1 et 60 minutes).le calcul de la moyenne sera mis à jour toutes les x secondes par l’analyseur(entre 1s et 60s en général).L’analyseur affiche la valeur moyenne pour le dernier intervalle révolu.

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• Intervalle fixe. Avec l’intervalle fixe, l’utilisateur sélectionne un intervalle (entre 1s et plusieurs minutes selon le type d’analyseur). L’analyseur de réseau calcule et met à jour la moyenne à la fin de chaque intervalle.

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•Intervalle tournant. Avec l’intervalle tournant, l’utilisateur sélectionne un intervalle et un sous-intervalle. Ce dernier doit être une fraction entière de l’intervalle. Par exemple, on peut définir trois sous-intervalles de 5 minutes dans un intervalle de 15 minutes.La moyenne est mise à jour à chaque sous-intervalle. L’analyseur de réseau affiche la valeur moyenne pour le dernier intervalle révolu.

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•Valeur moyenne synchronisée par une entrée. Les analyseurs de réseau pour tableaux électriques ainsi que certains analyseurs portables de haut de gamme disposent d’un port d’entrée destiné à recevoir un signal de type impulsion de synchronisation de moyenne, fournie par une source externe. Cette source externe est généralement le compteur du distributeur d’électricité. L’analyseur de réseau utilise alors la même durée d’intervalle que l’autre compteur pour chaque calcul de moyenne. Cette configuration permet surtout de synchroniser les deux appareils pour calculer avec précision les puissances maximales destinées à déterminer le dépassement de puissance souscrite.

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Mesurer la puissance d’un CompresseurCompresseur à vis = P charge + P vide

Puissance à vide = non négligeable (jusqu’à 2/3 de la puissance en charge 66%)

Les constructeurs prévoient la plupart du temps des compteurs d’heure, valeurs que l’on peut soit relever, soit enregistrer.

Exemple:P absorbée en charge = 160 kWP abs à vide = 2/3 160 kWHeures en charge = 3132Heures à vide = 8760 – 3132 = 5628 hP = 160 * 3132 + 2/3 * 160 * 5628 = 1101440 kWh

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Moteurs•Puissance nominale <> Puissance utile•Surdimensionnement•Nbre d’heures de fonctionnement

Répartir l’électricité: Méthode 4 - Répartition au prorata des puissances installées

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Répartir l’électricité: Conciliation

A la fin, il faudra chercher à concilier le total des consommations des lignes calculées par ces différentes méthodes avec le total facturé. L’écart toléré est de ± 1%.

La plupart du temps, le compteur général de l’usine est

placé an amont du ou des transformateurs. Dans ce cas, il

convient d’additionner les pertes en

charge et à vide du transformateur, qui sont de

l’ordre de 1.5 % de la puissance consommée dans l’usine.

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Répartition des Consommations: Vecteurs et utilités concernés

Vecteurs achetés• Electricité• Combustibles

Utilités• Air comprimé• Froid• Vapeur

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2- Conversion des énergies: Rappel théorique

UnitésEnergie = Force * distance (joule)Puissance = Energie / temps (Watt) 1 J/s = 1watt

L’énergie développée par la combustion du gaz naturel ou le gasoil devrait s’exprimer en Joules alors qu’elle est souvent exprimée en kWh

1kWh = 1 kW * 1 heure1W = 1 J/s,

1kWh = 1000 W * 1 h = 1000 J/ s * 3600 s = 3600000 J = 1kWh = 3600 kJ = 3.6 MJ

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Répartition des Consommations: Rappel théorique

Autres Unités de conversion

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Répartition des Consommations: Rappel théoriqueConversion des Volumes

Compteurs de gaz: valeurs lues en m³. Factures : exprimées en Nm³,

il convient de corriger les valeurs lues pour la température et la pression par la formule suivante :

Exemple: si on mesure 200 m³/h à 20°C et une pression (relative) de 3 bars, on a V0 = 738 Nm³/h.

Les Nm³ sont à éviter car leur contenu énergétique varie en fonction de l’origine du gaz.

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88


Les Combustibles

1 kWh = 3600 kJ = 0,0036 GJ

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EGES: Facteurs d’émission de CO2

Conversion d’unités:1kWh=3.6 MJ1 l de gasoil=1Nm³ de gaz = 36.5 MJ = 10.1 kWh

Facteurs d’émission de CO2Gasoil: 268 g/kWhGaz naturel: 200 g/kWhElectricité: 400 g/kWh (En Europe)

752 g/kWh (au Maroc en 2010)

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Bilan des consommations: Homogénéisation des unités et évaluation des EGES

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Combustibles: Chauffer un matériau

Capacité thermique: exemples chaleur spécifique Cp (kJ/(kgK)

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Combustibles: Chauffage de l’eau chaude sanitaire

Le calcul du contenu énergétique de l’eau est le suivant :Chaleur massique = 1 kcal/kgK = 4,186 kJ/kgK

Q (kWh) = m (litre/jour) * 4.186 * (T2-T1) * temps (jours)/3600

Ainsi par exemple, la consommation de 10 douches/jour àraison de 50 litres /douche et 220 jours par an pour de l’eau chauffée à 55°C et entrant à 10°C :Q = 10* 50 * 4.186 * (55-10) * 220 / 3600 = 5756 kWh

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Combustibles: Chauffage dans un fourExemple: Acier

L'enthalpie à 650°C = 382.6 kJ/kgL'enthalpie à 0°C = 0 kJ/kg

∆h de 0°C à 650°C = 382.6 kJ/kg

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• "Qfo" est la puissance totale correspondante aux pertes par conduction au travers des parois et aux pertes parrayonnement par les ouvertures de l'enceinte;• "Qfc" est la perte thermique du carneau de fumées;• "QfR" est la perte thermique du récupérateur éventuel;• "Qfu" est la perte à la cheminée;• "QfB" est la perte thermique des conduites d'air chaud.

Rendement < 50% si pas de récupération de

chaleur dans les fumées sinon: 70%

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Répartition des Consommations: Vecteurs et utilités concernés

Vecteurs achetés• Electricité• Combustibles

Utilités• Air comprimé• Froid• Vapeur

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3- Utilités: Air compriméAir Comprimé: Compresseur

Compression théorique• L’air est un fluide compressible: Compression = très énergivore• 1 kWh ~ 10 …30 Nm³

Compression en pratique1 kWh ~ 6 …10 Nm³

Ce tableau permet d’estimer la consommation en charge si on connaît le nombre de Nm³ produits

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Utilités: Air compriméAir Comprimé: Répartition et estimation des fuites

Répartition: quelques sources de consommation d’air comprimé

la répartition de l’air comprimé entre les différents utilisateurs peutêtre estimée en tenant compte du débit passant à travers une section donnée

99

Utilités: Air compriméAir Comprimé: Fuites et pertes à vide

Fuites: de 25% à 50% généralement

Compresseurs à vide: Consommation à vide importante: P vide jusqu’à 66% Pnom

10

4- Utilités: La Vapeur: Contenu énergétiqueL’enthalpie de la vapeur

Chaleur sensible: énergie qui fait varier la température de l’eau sans en changer l’état.Chaleur latente: énergie qui fait changer l’état du corps sans en modifier la température.

10

Utilités: La Vapeur: Description du circuit

Chaudière

Echanges

Bâche alimentaire

150°C

150°C – 5 bar

Vapeur 2700kJ/kg

150°C – 5bar

Vapeur 700kJ/kg

Eau – 1bar

150°C – 5bar

Eau d’appoint Préchauffage de l’Eau d’appoint

SystèmeDe récupérationDe la vapeur du

Flash

Condensats

10

Utilités: La Vapeur: Contenu énergétique

10


Déperditions thermiques – tuyauterie non isolée

Pertes par convection: Q(W) = h x ∆T x S : h coeff de convection = 5W/m²/°KPertes par rayonnement: Q(W) = σ x ε (TextE4 – TintE4) x SS: Surface (m²) ; σ = 5,67E-8 W/m²KE4 ; ε = 0,8 ; T (°K = °C+273)Gains en énergie grâce au calorifugeage: Q (GJ) = m (kg) * 4.186 * (T2-T1) /2,7E6

10


Déperditions thermiques – tuyauterie 20mm isolant

10

5- Utilités: Le Froid: Principe

10

Utilités: Le Froid: Fluides frigorigènes

Types de fluides� CFC (interdits) : R-11, R-12, R-502� HCFC (toléré) : R-22� Mélanges HCFC: R-404, R-407, R-410� HFC (acceptés) : R-134a� Ammoniac (dangereux)� CO2 (en développement)

10

Utilités: Le Froid: Principe

Evaporateur

Condenseur

10


Au niveau de l’évaporateur, on absorbe les calories du milieu dans lequel il se trouve.

Au niveau du condenseur, on évacue les calories absorbées à l’évaporateur et pendant la phase de compression

10


11

Utilités: Le Froid: Coefficient de performance

11

Utilités: Le Froid: La pompe à chaleur

11

Utilités: Le Froid: Exemple de COP

11


11

Sommaire-Présentation de la démarche

-Etape 1: Comprendre Le tableau des consommations

-Etape 2: AméliorerIdentifier les pistes d’améliorationEvaluer et prendre des décisions

-Etape 3: Suivre Déterminer les indices d’efficience


11

L’audit énergétique: Un process continu

11

L’audit énergétique: Mesurer, pourquoi faire?

11

I- L’audit énergétique

12

Tableau des consommations: Les vecteurs achetés

12

Tableau des consommations: Les vecteurs utilités

12

Tableau des consommations: Les vecteurs

12

Tableau des consommations: Les usages

12

Tableau des consommations: Les variables d’activité

12

Tableau des consommations: Répartition

Dans tous les cas il convient de chercher à concilier le total desconsommations des lignes avec le total facturé. L’écart toléré est

de ± 1%.

13

Recherche des pistes d’amélioration

13

Evaluation des pistes d’amelioration: démarche

13

Brainstorming

13

Exemples de pistes d’amélioration

13

Pistes d’amélioration: Process

13

Pistes d’amélioration: Electricité

13

Pistes d’amélioration: Thermique

13

Pistes d’amélioration: Bâtiment

13

Pistes d’amélioration: Utilités

13

Pistes d’amélioration: Froid

14

Pistes d’amélioration: Energies Renouvelables

14

Faisabilité: critères de classification

14

Rentabilité

Pay Back Time simple = Investissement / Economie annuelle

Hypothèses de calcul simples dans le cadre d’une pré-faisabilité

14

Pistes d’amélioration: détail

14

Priorités

14

Plan d’action

14

Bilan Energétique

15

Bilan Energétique

15

Suivi des IEE : Annuel / mensuel

15

Suivi des IEE : Analyse Inter-site

15

Indices d’Efficience Energétique

15

Suivi annuel IEE / EGES

15

Synthèse

15

V- SYSTEME DE GESTION D’ENERGIE SGEn

16

Sommaire

1: Qu’est ce qu’un SGEn?La norme ISO 50001

-2: Objectifs et applications de la mesure

-3: Que faut-il mesurer et comment?

-4: Architecture des systèmes de mesure et de powermonitoring

V- Systèmes de Gestion d’Energie SGEn

16

Qu’est-ce qu’un système de gestion d’énergie?

16

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

16

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

16

ISO50001: de quoi s’agit-il?

16

ISO50001: pourquoi est-elle importante?

16

ISO50001: Comment opère t- elle?

ISO50001 suit la méthodologie PDCA (Plan-Do-Check-Act : Planifier –Faire- Vérifier- Agir) pour l’amélioration continue du système de

management de l’énergie

16

ISO50001: A qui est-elle destinée?

16

ISO50001: Cycle PDCA

16

Qu’est-ce qu’un Système de Gestion d’énergie?

Système de gestion d’énergie selon ISO 50001

Ensemble d’éléments avec une interrelation ou qui interagissent entre eux pour établir la politique énergétique, les objectifs énergétiques et les processus et procédures pour atteindre ces objectifs.

Système de gestion d’énergie selon ISO 50001

Ensemble d’éléments avec une interrelation ou qui interagissent entre eux pour établir la politique énergétique, les objectifs énergétiques et les processus et procédures pour atteindre ces objectifs.

Pour ce faire, il faut

Système de mesure, supervision et gestion de l’énergieSystème de mesure, supervision et gestion de l’énergie

17

Pourquoi un SGE?

Savoir où, comment et quand l’énergie est consomméeFournir la façon dont la facture d’énergie peut être optimiséeJustifier un investissement en efficacité énergétiqueMesurer et vérifier les économies et la diminution de la consommation énergétiqueAugmenter la productivité du processus industriel d’une entrepriseAugmenter la fiabilité des installationsÉviter arrêts et pannes

Parce qu’un système de gestion d’énergie permet de :Parce qu’un système de gestion d’énergie permet de :

17

AuditAudit

Audit d’efficacitéénergétique

Audit d’efficacitéénergétique

Réduction de consommations

énergétiques

Réduction de consommations

énergétiques

Pourquoi un SGE?

Plan d’efficacité énergétique

AuditAudit

Système de gestion énergétique

Système de gestion énergétique

Mesurage et enregistrements de consommations énergétiques

Mesurage et enregistrements de consommations énergétiques

Comparaison des consommations avant et après

AEE

Comparaison des consommations avant et après

AEE

Plan d’efficacité énergétique avec SGE

17

2- Objectifs et applications de la mesure

Mesurer, pour quoi faire ?

Réduction des factures d’énergie

Optimisation de l’utilisation des équipements

Amélioration de la continuité de service

Trois familles d’application :

Management des coûts énergétiques

Surveillance des installations électriques

Contrôle de la qualité de l ‘énergie électrique.

17

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.

17

Quel système de mesure?

Les systèmes de mesure installés à demeure sont àprivilégier, 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’installationPermettent 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.

17

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

17

Analyse de la courbe de charge

Les consommations "captives"

Est-ce bien nécessaire ?

Les dépassements coûteuxContrôler le foisonnement

La puissance disponiblePourquoi ne pas l’utiliser ?

17

Piloter la courbe de charge-> Eviter de dépasser les limites imposées (P souscrite)-> concentrer les consommations importantesdurant les périodes de faibletarification

Gérer le facteur de Puissance-> mettre en place les solutions de compensation d’énergieréactive adéquates

Optimiser le contrat& éviter les pénalités

Gérer les courbes de charge

APPLICATIONS POUR LA REDUCTION DES COÛTS ENERGETIQUES

17

Sous-comptage / allocation des coûts-> allocation des coûts en interne->mettre en place des programmes de sensibilisation(best practices, encourager les meilleures initiatives,…)

Contrôle et suivi de la consommation

-> Valeurs Min/Max & gestion des courbes de charge-> Vérifier la facture d’électricitédu fournissuer

Sous-comptage / Allocation des coûts d’énergieContrôle et suivi de la consommation

APPLICATIONS POUR LA REDUCTION DES COÛTS ENERGETIQUES

17

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

18

Superviser

Visibilité complète sur le site

Etat des appareils: Disjoncteurs et inverseursde source

Téléconduite du réseau

Autres fluides: Eau, Air, Gaz, Vapeur, …

Conduite en temps réel: WAGES

AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE

18

SuperviserFacteur de puissance / Energieréactive

Harmoniques, THD

Déséquilibre en tension ou en courant

FrequenceGénérateur

Fluctuations, creux de tension,dus aux fluctuations de la charge (démarrage de moteurs…), mise en service de transformateurs ou de batteries de condensateurs, éclairage,…. Suivre les courants, tensions et THD


18

Alarmes sur paramètres clés et enregistrement des évènements

Aide à la maintenance préventive -> detecter les problèmes assez tôt-> Eviter les coupures-> minimiser les pertes de production

Alarmer sur les paramètres clésCompter le nombre de manoeuvresIdentifier les charges polluantes(niveau élevé d’Harmoniques) & les éloigner des charges sensibles, installer des filtres oules changerÉquilibrer les jeux de barresaprès analyse de la charge par phase


18

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

18

Client

?EN50160

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

18

Perturbations - Rappel

Flicker

Variations Variations dd’’amplitudeamplitude > 1 > 1 cyclecycletransitoirestransitoiresppéériodiquesriodiques

Creux Interruptions

18

Perturbations - Rappel

variations d’amplitude périodiques < 1 cycleHarmoniques

Transitoires <1 cycleHaute fréquenceTransitoires

18

- liste des perturbations externes

Grandeurs définies par l ’EN50160 :Fréquence

Amplitude de la tension fournie

Variation de la tension fournie

Variations rapides de la tension

Creux de tension

Coupures brèves de la tension fournie

Coupures longues de la tension fournie

Surtensions temporaires sur le réseau entre phase et terre

Surtensions transitoires entre phase et terre

Déséquilibre de la tension fournie

Tensions harmoniques

Tensions interharmoniques

Transmission de signaux d'information sur le réseau

18

Les limites définies par l ’EN50160 peuvent être aussi utilisées comme références de qualité de tension dans les réseaux industriels.

- les perturbations d ’origine interne

Perturbations ‘ courant ’ les plus fréquentes (et les plus gênantes) :

- Harmoniques- Surcharges- Courants d ’appel- Court-circuits- Courants de défaut à la terre- Les déséquilibres ……..

18

Capture d’onde

Aider à la maintenance corrective

-> minimiser le temps d’arrêt-> minimiser les pertes de production

Visionner la séquenced’évènements enregistrés, captures d’ondes …Identifier l’origine des problèmes: - causes internes- ou problème provenant dufournisseurVérifier les fluctuations de tension, les surcharges,…

AMELIORATION DE LA QUALITE D’ENERGIE

19

Synchro 10mn de la part utilité

20 kV

AMELIORATION DE LA QUALITE D’ENERGIE

Surveiller la qualité de l’énergie fournie par le fournisseur : EN50160

19

3- Que faut-il mesurer et comment?

« Il s’agit d’une démarche importante car elle va conditionner les performances et la rentabilitéde la solution de mesure. Elle dépend en grande partie des récepteurs ou des départs ayant fait naître les besoins en management des coûts énergétiques, surveillance des installations

électriques et contrôle de la qualité de l ‘énergie électrique »

19

Que faut-il mesurer?

Les paramètres à prendre en compte permettent de détecter une perturbation ou un phénomène au début de son apparition, c’est à dire avant que les effets néfastes se répercutent sur l’installation électrique et ses récepteurs.

Il est donc important de choisir les paramètres qui vont être surveillés, la rentabilité de l’instrumentation en dépend. Ces paramètres seront repris dans le choix de l’appareil de mesure.

19


■■Capture de forme d’onde

■□Courbe de charge

□Nombre de manœuvres

■□□Spectre

■□□Harmoniques

□□Facteur de crête

■■□THD

□□■Energies

■■■Puissances

■■□Cos φ global

■■□Facteur de puissance

□Résistance d’isolement

□Température

■□Fréquence

■■■Cos φ

■■□Tensions

■■□Courants

Contrôle de la qualitéde l’énergie électrique



19

□□Détection de la direction des perturbations

□Flicker / détection et capture des transitoires

□Détection des creux et des sauts de tension

□Vérification conformité EN 50-160

□Synchronisation de la fenêtre de mesure

□Paramétrage du mode de calcul

□□Paramétrage du mode d’accumulation

□□Journaux de données

□Consommation avec plage horaire

□□Analyse des déclenchements

□Taux d’usure des contacts

■■Alarmes

□□Courbe de tendance

Contrôle de la qualitéde l’énergie électrique




19

Comment mesurer?

Une fois, les applications et le champ d’application déterminé, il faut choisir et dimensionner le matériel à mettre en œuvre.

Le matériel à dimensionner est :

■ l’appareil de mesure (centrale de mesures /indicateur de tableau /compteur d’énergie)

■ les transformateurs de courant

■ les transformateurs de tension (si besoin)

■ le logiciel de gestion d’énergie (si besoin).

19

Comment mesurer?

19

Remarque sur la précision de mesure

La précision n’a pas la même définition d’un type d’appareil de mesure à un autre et d’un constructeur à un autre. Il n’est donc pas évident, en tant qu’utilisateur de pouvoir comparer la précision de divers appareils de mesure.

Les normes – actuellement en vigueur – donnent une définition différente en fonction du type d’appareil de mesure :

indicateur de tableau analogique [classe]:erreur par rapport à la pleine échelle.

TC mesure [classe]:est caractérisée par un nombre – indice de classe – égal à la limite supérieure de l’erreur de courant – exprimé en % - pour le courant primaire assigné et la charge de précision.

compteur d’énergie [classe en énergie]:La précision est garantie de 5 à 120% pour du matériel classe 1 ou 2.

19

Précision de mesure

Exemple 1 : indicateur de tableau analogique, ampèremètre, classe 1, calibre 100A.

L’erreur étant définie par la pleine échelle, pour un calibre de 100A, l’erreur est de +/- 1A. Au plus la mesure du courant s’éloigne du calibre au plus l’erreur est grande donc au plus la précision est faible.

La précision de 1% est garantie de 100 à 120A et en dessous de 100A, la précision diminue.

1152050Précision (%)

1201002052Courant (A)

19

Exemple 2 : centrale de mesure, classe 1 en énergie .

Les courbes de précision dépendent du Fp (Facteur de précision appelé aussi facteur de saturation) et de la classe. Chaque courbe est donc à Fp et à classe donnée. La courbe réelle de précision se situe en dessous des courbes de précision théorique.La précision de 1% est garantie de 5 à 120%.

11111,5Précision en énergie (%)

1201002052Courant (A)

Remarque : comme l’énergie est calculée à partir du courant, la précision des mesures de courant et de tension sont forcément meilleures que la précision en énergie annoncée dans le tableau ci dessus

Précision de mesure

20

Choix des transformateurs de courant

Souvent oubliés dans les choix de systèmes de mesure, ils sont les premiers maillons d’une chaîne indissociable.

Ce transformateur est l’accessoire de base des mesures de courant et de puissance en courant alternatif. Son enroulement secondaire fournit un courant isproportionnel et en phase avec le courant primaire ip , avec l’avantage d’un isolement galvanique.

Le choix d'un TC de mesure dépend essentiellement de 2 critères : -le rapport de transformation Ip/5A ou Ip/1A et -le type d'installation.

Il faut aussi tenir compte de-la classe de précision,-la puissance de précision et -le facteur limite de précision (facteur de saturation)

20

Choix des TC et des sections de câble

SamSdkst−

≥max

Choix des accessoires* (canon, capot plombable).13Prendre la section (s) immédiatement supérieure (2.5/4/6/10) mm².12

Calculer la section théorique (st) des câbles (cuivre uniquement)

à 20°CPour chaque variation de température par tranche de 10°C, la puissance absorbée par les câbles augmente de 4%.k=1 pour T=20°C, k=1.04 pour 30°C, k=1.08 pour 40°C…

11

Identifier la puissance apparente consommée par l’entrée courant de l’appareil de mesure* (Sam).

10Mesurer la distance (d) entre TC et appareil de mesure9

Identifier la puissance apparente à ne pas dépasser pour respecter la classe de précision* (Smax).

8Choisir la référence* du TC en fonction des étapes 2 et 4. 7Quelle est la classe de précision imposée ? (0.5/1/3).6Choix du type d’installation* (primaire traversant / vis écrou).5Quel est le courant nominal qui circule dans le départ à instrumenter ?4Choisir la forme* du TC imposée par le type et le nombre de conducteur(s).3Combien de conducteur(s) par phase ?2Identifier le type de conducteur (câble, barre…)1DescriptionEtape

20

Les différences TC de mesure / TC de protection

-Un TC « protection » doit saturer suffisamment haut pour permettre une mesure assez précise du courant de défaut par la protection dont le seuil de fonctionnement peut être très élevé. On demande donc aux capteurs de courant un FLP, en général assez important. A noter que le « relais » associé doit être capable de supporter des surintensités importantes.

Pour un TC protection le facteur de saturation est plus important que pour un TC mesure (afin de détecter une surintensité de type court-circuit par exemple) et la classe de précision moins importante.

Exemple de TC de protectionCourant primaire assigné: 100ACourant secondaire assigné: 5A

On choisit la classe et le FLP (Facteur Limite de Précision) indépendamment.

20

Les différences TC de mesure / TC de protection

Un TC « mesure » nécessite une bonne précision dans un domaine voisin du courant nominal, et il n’est pas nécessaire que les appareils de mesure supportent des courants aussi importants que les relais de protection ;

pour un transformateur de mesure on choisit le Fs (Facteur de saturation) pour une classe de précision donnée et chaque TC a son propre Fs.

c’est pourquoi les TC « mesure » ont, contrairement aux TC «protection », un FLP maximal afin de protéger ces appareils par une saturation plus précoce.

Exemple de TC de mesure

Kn=50/5A rapport de transformationCl 0,5 1 3 classe de précisionVA 1,25 1,5 puissance de précisionFs ≤ 5 facteur de saturation (ou FLP)

20

Précision de mesure des TC

Extraits du catalogue TC de Circutor - Selon la norme IEC 60 044 -1

20

Choix des transformateurs de tensionUn transformateur de tension (TP) est destiné à donner au secondaire une tension proportionnelle à celle qui lui est appliquée au primaire.

Ces transformateurs sont utilisés dans le cas où la tension mesurable par l’appareil de mesure n’est pas compatible avec la tension du réseau.

Il est constitué d’un enroulement primaire, d’un circuit magnétique, d’un ou plusieurs enroulements secondaires.Un TP est caractérisé notamment par: tension primaire, tension secondaire, puissance apparente, fréquence d’utilisation, classe de précision.

V1

App. demesure

V2

V3

20

4- ARCHITECTURES DES SYSTEMES DE MESURE ET DE POWER-

MONITORING

20

Une gamme complète d’appareils de mesure communicants ou non

Des interfaces de communication

Des logiciels de gestion de l’énergie électrique

ARCHITECTURE D’UN SYSTEME DE GESTION D’ENERGIE

20

Installation avec un système de gestion d’énergie

Protocole ethernetProtocole modus ;

Légende :

20

ProtocolesSystèmes de Gestion d’Energie

21

Exemple d’architecture de Système de Gestion d’Energie

21

Ethernet (Modbus - TCP) LAN / WAN RS485

Passerelle Analyseur + passerelle

RS485

Les pages Web : Accès à l’information à partir de n’importe quel PC connecté au réseau

Le serveur : Accès complet à la configuration du système et à la base de données

Exemple d’architecture de Système de Gestion d’Energie

21

PM800

PM700

PM9

CM 3000 / CM 4000

ME

La gamme des centrales de mesure PowerLogic

21

Management des coManagement des coûûts ts éénergnergéétiquestiques

Sous comptageEDMK

AmAméélioration productivitlioration productivitéé

RGU-10CCBS

CVM NRG96 CVM Mini

Contrôle de ProcessContrôle de Process

DH96 LM

+ + QualitQualitéé de forme de forme dd’’ondeonde

CVM K2

Equipements de mesure: Objectifs

Tableau Rail DIN

MK30-DC

21

Centrale de mesure Power Meter PM700

Applications :Mesure locale / Sous-Comptage / Surveillance à distance / Surveillance des harmoniques (THD)

Classe 1 en Énergie selon CEI 61036Mesures efficaces instantanées : I, U, V, F, P, Q, S, PFMesure des énergies active, réactive et apparenteMesure des valeurs moyennes sur I, P, Q, SMesure du THD courant et tensionEnregistrement des données : Min et Max des valeurs instantanéesLarge écran rétro-éclairé, affichage de 4 valeurs simultanémentCompact 96 x 96 x 50

Centrale de mesure pour réseaux BT ou MT, 3 modèles :

PM700 (version de base)PM700P (version de base + 2 sorties

impulsionnelles)PM710 (version de base + communication

Modbus)

21

Class 2

Class 1

Class 0,5

Class 0,2

Pulse Output

I/O Digitales

I/O Analogiques

Modbus RS485

ETHERNET

Serveur WEB

THD

Harmoniques par rang

Creux / sauts de tension

Détection transitoires

Energy consumption

Optimisation Contrat

Contrôle qualité énergie

Conformité EN50160

Centrale de mesure digitale pour réseau triphasé BT et MT Montage encastréCVM-NRG 96CVM-NRG 96-ITFCVM-NRG 96-ITF-RS485-C2CVM-NRG 96-ITF-HAR-RS485-C2

Centrale de mesure CVM-NRG 96

Mesure locale / distante

Consommation Energie

Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output (1) Modbus RS485

Class 1

APPLICATIONS CARACTERISTIQUES ENTREES/SORTIES COMMUNICATION PRECISION

21

Centrale de mesure Power Meter PM9

Centrale de mesure pour réseaux BT 2, 3 ou 4 fils qui se raccorde à des TC externes, il existe 2 modèles :

PM9P (sortie impulsionnelle)PM9C (communication Modbus)

Applications :Mesure locale / Sous-Comptage / Surveillance à distance

Utilisation uniquement sur les réseaux BT (1P+N, 3P, 3P+N)Précision classe 2 en énergie selon CEI 62053-21 (CEI 61036)U, V, I, F, PF, Puissances, Énergie actives et réactivesMoyennes sur les 3 puissances (actuelles et maximums)Large écran rétro-éclairéCompteur horaire

21

Class 2

Class 1

Class 0,5

Class 0,2

Pulse Output

I/O Digitales

I/O Analogiques

Modbus RS485

ETHERNET

Serveur WEB

Metering I,U,P,Q,E,F,Pf

THD




Energy consumption



Conformité EN50160

Centrale de mesure digitale pour réseau triphasé BT et MT Montage sur Rail DINCVM-MINICVM-MINI-ITFCVM-MINI-ITF-RS485-C2CVM-MINI-ITF-HAR-RS485-C2

Centrale de mesure CVM-Mini



Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output (2) Modbus RS485

Class 1


21

PM800

Centrale de mesure Power Meter PM 800

Module optionnel

Centrale de mesure pour réseaux BT ou MT, 3 modèles : PM800 (version de base)PM820 (PM800 + mémoire embarquée)PM850 (PM820 + capture d’onde)

Applications :Mesure locale / Sous-Comptage / Surveillance à distance / Analyse de la qualitéde l ’énergie / Optimisation de contrat et courbes de charges

Classe 0,5S en Énergie selon CEI 60687 ou classe 1 selon CEI 61036Mesures efficaces instantanées : I, U, V, F, P, Q, S, PFMesure des énergies active, réactive et apparenteMesure des valeurs moyennes sur I, P, Q, SMesure de la qualité de l’énergie :

THD (I et U) + H rang par rang (PM820) + capture d’onde (PM850)Enregistrement des données :

Min et Max des valeurs instantanées / Journaux de données et d’évènements Alarmes et horodatations

Large écran rétro-éclairé haute visibilité, écran antirefletCompact 96 x 96 x 70

21

Class 2

Class 1

Class 0,5

Class 0,2

Pulse Output

I/O Digitales

I/O Analogiques

Modbus RS485

ETHERNET

Serveur WEB

THD




Energy consumption



Conformité EN50160

Analyseur de réseau pour réseau triphasé BT et MT Montage encastré ou sur rail DINCVMk2-ITF-402CVMk2-ITF-405Mesure I1,I2,I3,IN – V1,V2,V3,VNGAfficheur amovibleMémoire SD 1Mo à 512 Mo9 Tarifs

Analyseur de réseau CVMk2



Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output Modbus RS485

Class 1


22

Centrale de mesure Circuit Monitor CM4000

CM 3000 + CMD VF

Centrale de mesure pour réseaux BT ou MT, 2 modèles : CM4000 (échantillonnage à 512 points/période)CM4000T (échantillonnage à 5MHz)

Applications :Mesure locale / Sous-Comptage / Surveillance à distance / Analyse de la qualité de l ’énergie / Optimisation de contrat et courbes de charges / Vérification de la conformité de la fourniture électrique à l’EN50160)

Classe 0,2S en Énergie selon CEI 60687 et ANSI C12.20Mesures efficaces instantanées : I, U, V, F, P, Q, S, PFMesure des énergies active, réactive et apparenteMesure des valeurs moyennes sur I, P, Q, SMesure de la qualité de l’énergie :

THD (I et U) / H rang par rang (rg255) / capture d’onde / EN50160Détection creux et sauts de tension et acquisition rapideDétection/capture des transitoires et Flicker (CM4000T)

Enregistrement des données :Min et Max des valeurs instantanées / Journaux de données et

d’évènementsAlarmes et horodatations / Synchronisation GPS 1 ms / capacité jusqu’à

32Mo

22

Class 2

Class 1

Class 0,5

Class 0,2

Pulse Output

I/O Digitales

I/O Analogiques

Modbus RS485

ETHERNET

Serveur WEB

THD




Energy consumption



Conformité EN50160

Analyseur de qualité d’énergie Classe A pour réseautriphasé BT et MT selon IEC61000-4-30Montage sur platine ou en coffretQNA412 – QNA413Communication: RS232–RS485–Ethernet-GSM-GPRSMesure I1,I2,I3,IN – V1,V2,V3,VNGPrécision 0,2% en énergieMémoire 4MoAutonomie BatterieEvaluation qualité d’énergie selon EN50160Capture d’ondes sur évènement de qualité d’énergie

Analyseur de réseau Classe A: QNA412



Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output Modbus RS485

Class 1


ITF-Ext

22

Quelle architecture de solution de mesure pour quelle application?

22

Pour quelle application?

Mesurer, pour quoi faire ?

Trois familles d’application

22

Architecture simple: management des coûts énergétiques

Montage avec concentrateur d’impulsions

Légende : Protocole modus ;

Protocole ethernet

22

Architecture de sous-comptage

22

Exemple de système de Power-monitoring: WAGES & PRODUCTVITE

22

Application de Surveillance de l’installation

Protocole ethernetProtocole modus ;

Légende :

22

La surveillance des installations électriques

22

Architecture avancée: Analyse de la qualité d’énergie

Protocole ethernetProtocole modus ;Légende :

23

Analyse de la qualité d’énergie

23

Architecture d’un système Complet – Ex cimenterie60KV

5,5KV

400V

Concentrateur d’impulsions

Infos:U,I,P,Q,S,Energies(P,Q,S

),PF, cosphi, THDu, THDi, harmoniques 50th,

sauts et creux de tension, flicker,

Classe 0,2

Infos:U,I,P,Q,S,Energie

s(P,Q,S),PF,, THDu, THDi,

option: harmoniques 50th

Centrale de mesureCVM-mini ou analyseur

de réseau CVMk2Centrale de mesure

CVM-NRG 96

Infos:U,I,P,Q,S,Energie

s(P,Q,S),PF,, THDu, THDi,

option: harmoniques 50th

U,I,P,Q,S,Energies(P,Q,S),PF, cosphi, THDu, THDi,

harmoniques 50th, sauts et creux de tension, flicker,

Classe 0,2capture d’onde

23

exemple d’architectures de communication

23

SOLUTION BASIQUE: 1 POSTE

23

Systèmes de Gestion d’Energie

LANExemple de bus RS232-RS485

23

SUPERVISION AU NIVEAU DU RESEAU LOCAL (LAN)

23

LANExample bus RS485 - Ethernet


23

ENTERPRISE A RESEAU ETENDU (WAN)

23

WANSystèmes multipoints


23

ENTERPRISE A RESEAU ETENDU (WAN)

24

Logiciel de gestion de l’énergie électrique

Fonctionnalités :Tableaux de donnéesTendances historiquesAffichage des formes d’ondeAnalyse des harmoniquesConsignationPassage de commandesDéfinition de taches automatiquesGraphiques animés personnalisés

...

Logiciel de Gestion

24

Source: Energy Cost Savings Council Study 1998-1996, Building Operating Management Online

Retour sur investissement

24

Merci pour votre présence et votre participationBonne continuation

24

ANNEXES …

Les pistes d’économie d’énergie dans le bâtiment et l’industrie

24

Les possibilités d’économie d’énergie dans les processus industriels résultent de :

la lutte contre les gaspillages,

la rationalisation des processus de fabrication,

la substitution de l’électricité aux énergies traditionnelles ou l’autoproduction à partir de récupération.


24

Deux principales fonctions sont assignées au gestionnaire de l’énergie en milieu industriel

assurer la sécurité de l’approvisionnement au moindre coûtet en contrôler l’utilisation pour maintenir les consommations au minimum compatible avec les impératifs de la production,

organiser la recherche et la mise en place de moyens conduisant à utiliser l’énergie sous la forme la plus rentable en remettant en cause les choix énergétiques antérieurs et/ou l’infrastructure des processus de production.

La fonction Gestion de l’énergie dans l’industrie

24

la réduction du coût de l’énergie électrique consommée peut d’abord se faire par des actions simples, et ce via :

une meilleure connaissance de la tarification et une vérification de la bonne adaptation de la consommation aux contraintes tarifaires,

une lutte contre les gaspillages

Elle pourra ensuite se poursuivre via la mise en place d’actions nécessitant plus d’investissements visant:

une amélioration des rendements sans bouleverser l’appareil industriel.

Une Remise en cause des choix énergétiques et de l’infrastructure des processus de production

Gestion de l’outil industriel existant

24

Tarification

L’énergie électrique doit être produite à l’instant où elle est consommée. Cette absence de stockage conduit le producteur à la facturer différemment, en fonction du moment:

Le prix du kWh consommé varie: heures creuses; heures de pointe; heures pleines : mois d’hiver et mois d’été.

En fonction de la puissance souscrite, prime indépendante de la consommation assortie d’une majoration en cas de dépassement: Prime directement liée aux investissements que le producteur a dû engager (centrale, réseaux de transport et de distribution,...).

Gestion de l’outil industriel existant: Mesures Immédiates:

24

- contrat : puissance souscrite + tarif horaire

Tarif horaire

Puissance souscrite Ajuster la puissance au besoin

Vérifier la bonne application des tarifs

B/ SUIVI de CONTRAT TARIFAIRE et FACTURATION

creuses

heures

pointe

pleinesselon lessaisons

24

- les pénalités

Dépassement de la puissance souscrite

Mauvais cos phi

Non respect du contrat = pénalité = surcoût


25

Contrôle de la consommation

La planification pour une meilleure utilisation de l’outil de travail doit prendre en compte les données relatives au système de tarification, ce qui implique une connaissance détaillée des consommations: Besoin d’un système de Gestion d’Energie

Mesures Immédiates:

25

Sensibilisation des usagers et des responsables de la conduite des machines à l’économie

Par des campagnes d’information et grâce aux statistiques, il est possible de faire porter l’effort sur les postes les plus dépensiers.

Modification des horaires de productionUtiliser les périodes où l’énergie est la moins chère, tout en évitant le

travail de nuit qui conduit à des coûts salariaux beaucoup plus importants.

Délestage de certains récepteursLes récepteurs, dont le fonctionnement peut être différé sans

compromettre la production afin de ne pas dépasser la puissance souscrite, peuvent être délestés

Utilisation de sources d’énergie existantes et non employéesParticulièrement les groupes électrogènes de remplacement ou de

sécurité: éviter des dépassements ou les coûts dus aux HPte (étude économique à faire)

Mesures Immédiates: Les actions correctives

25

Automatisation des processUtilisation des moyens d’automatismes existants pour assurer une

meilleure maîtrise d’exploitation du système ou pour optimiser ses cycles de fonctionnement (amélioration de la gestion des flux, démarrage séquentiel des machines,…)

Optimisation du contrat de fourniture de l’énergie électriqueRéétudier le contrat de fourniture de l’énergie électrique après mise en

place des actions précédentes (Puissance souscrite, type de contrat)

Mesures Immédiates: Les actions correctives

25

- 3 niveaux de management

Comptage / sous-comptageContrôle basique de consommation

Etude détaillée de factures

Solutions d'économie

Suivi contrat tarifaire et de la facturation

Elimination des surconsommationsDétecter l'anormalSupprimer les pointes

Délester, gérer des sourcesChoisir le bon tarif

Suivre et améliorer le cos phiAnticiper les surconsommations

25

- contrat : plages ou zones horairesFixes Fluctuantes

Rapport des

Coûts

Electriques

Calendrier saisonnier à l'avanceTop horaires HC / HP


25

- moyens d'action

Détecter l'anormalAnalyse des mesures et organisation

Surveillance et action directe

Supprimer les pointes (=pénalité)

Choisir le bon tarif

Délester, gérer les sources

Améliorer le cos phi

Anticiper un risque de surconsommation

logiciel de Gestion

TACHE DE FOND

EN TEMPS REEL

C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS

25

- détecter l'anormalAnalyser les courbes

Charge anormale

Charge anormale

Charge de nuit~200kW

AprèsAvant

La consommation de nuit et de week-end semble excessive


25

?

On localise

- détecter les pointes de surconsommation

Puissance réellement demandée

Nom

bre

de

con

nexi

ons

fortes puissances peu

fréquentes: demande mal répartie?

risque de pénalité !

Identifier les variables pertinentes– puissance instantanée– puissance moyenne– courants– autre

On quantifie


25

- choisir le bon tarif

Lisser en éliminant

Puissance souscrite

Consacrer beaucoup de soin àla connaissance du process

L'anormalLes pointes de surconsommation


25

ex: l'éclairage

Part non négligeable de l'énergie consommée totaleindustrie 5 à 10%commerce 20 à 30%

Economisermettre des horlogesdécouper les zones d'éclairage et les gérer mettre des sources plus performantes


26

- délester, gérer les sources

Surveillance permanente des variables électriques :

courantspuissances

Si plusieurs sources : basculer

G

Délester : couper certains départs choisis

– manuel : Ecran de supervision graphique

– automatique : automate, SCADA


26

- suivre et améliorer le cos phi

Réduire la consommation

Eliminer le risque de pénalité


26

- anticiper les risques de surconsommations

Estimation des moyennes prévisionnelles

Calcul de tendance

Dépend des fonctionnalités du système ou des analyseurs :

Valeurs effectives

Valeurs prévisionnelles


26

La première approche de la gestion de l’énergie, qui n’aura nécessité que du temps et quelques investissements limités, aura apporté déjà certains résultats mais souvent on ne pourra pas s’en contenter.

Mesures à Moyen terme:Remise en cause des choix énergétiques et de l’infrastructure des processus de production

26

Régulation fine des processUtilisation d’automatismes industriels et des systèmes de régulation pour assurer une

meilleure maîtrise d’exploitation du système (automatisation de tout ou partie du processus de fabrication, supervision, variation de fréquence des moteurs, gestion multi-pompes, régulation du chauffage, centrale de gestion de l’air comprimé,…)

Evaluation et amélioration des rendements des machinesToute équipement installé dans le système électrique absorbe de l’énergie pour

assurer son propre fonctionnement. La réduction de cette énergie améliore son rendement global. Il s’agit donc d’évaluer ce dernier et de décider de l’opportunité de remplacer l’équipement par un autre à meilleur rendement (moteurs, onduleurs, …) Substitution des sources d’énergie

Pour chaque machine, pour chaque unité de production, remettre en cause les choix qui avaient été faits autrefois en matière de type d’énergie utilisée mais à condition de garantir à l’industriel la même qualité et la même quantité d’énergie.

Auto-productionIl s’agit de produire l’électricité à partir de ressources locales appartenant à l’industriel

et souvent inexploitées. Parmi ces ressources, on peut citer:les chutes d’eau dont la rentabilité n’a pas été, jusqu’ici, mise en évidence,la combustion de déchets qui, jusqu’ici, étaient rejetées dans la nature,la récupération de chaleurs latentes diverses,

Mesures à Moyen terme

26

Constatation- Evolution des prix différente d’une forme d’énergie à une autre-La sécurité des approvisionnements a également changé-La consommation d’énergie n’est pas une fin en soi. Si le procédé de fabrication change, la consommation d’énergie associée change aussi en quantité ou en nature d’énergie consommée

II faut, pour chaque machine, pour chaque unité de production, remettre en cause les choix qui avaient été faits autrefois

quel que soit le procédé choisi, il doit rendre, à l’industriel, le même service en qualité et en quantité

Substitution des sources d’énergie

26

Méthode EDF

Pour évaluer l’intérêt d’une substitution en France, EdF propose d’utiliser un coefficient qu’elle appelle µ et qui se définit comme suit :

dans le cas où la substitution de l’électricité à un combustible est totale :µ = nombre de thermies consommées par le 1er procédé / nombre de kWh consommés par le procédé de substitution

dans le cas où la substitution n’est que partielle, le coefficient devient :µ = diminution du combustible consommé / augmentation de l électricitéconsomméeou, sous une forme plus mathématique :

µ = (C1 – C2) / (E2 – E1)« C » désignant les consommations de combustible en thermies,« E » désignant les consommations d’électricité en kWh,les indices 1 étant réservés à l’ancien procédé,les indices 2 aux nouveaux procédés.


26

ExempleL’industrie du verre utilise depuis des siècles toutes les énergies primaires (bois, charbon, fuel, gaz, etc.) dans ses fours, pour assurer la fusion des produits qui donneront le verre. L’utilisation de l’électricité s’est développée d’abord en appoint. Vu qu’elle présente de multiples avantages : pas de pollution, facilité de conduite, réduction des investissements, de plus en plus d’industriels s’y intéressent pour remplacer complètement le fuel. A condition d’apporter des économies d’énergie:

II faut dans un four chauffé au fuel, environ 115 g de combustible par kg de verre fondu. (1 Tonne de fuel produit 10 000 thermies)

Dans un four électrique, il faudra un apport de 1 kWh par kg de verre fondu.le coefficient de substitution est égal à : µ = 1,15 (115/1000000 * 10000) Le prix du fuel oil lourd est de 5000 Dhs/tonne, soit 0,5 Dhs par thermie, Le prix moyen de l’électricité est estimé à 0,7 Dhs par kWh.Le rapport prix kWh / prix thermie = 0,7/0,5 = 1,4La substitution ne pourra être économiquement intéressante que si elle

conduit à un coefficient de substitution supérieur à 1,4.


26

Exemples de coefficients de substitution


26

Remarque

L’électricité permet aussi de fournir de la chaleur avec une meilleure efficacité en utilisant l’un des principes suivants :

induction et hystérésis pour l’élévation ou le maintien en température de pièces magnétiques,

amorçage d’arcs,rayonnement infrarouge que l’on peut focaliser,pertes diélectriques (micro-ondes),etc.


27

En Général

Les opportunités d’économie d’énergie dans les process sont:

-L’amélioration du rendement électrique des moteurs : 18% des économies

-Amélioration de la qualité d’énergie du site: 8% des économies

-Amélioration des systèmes de variation de vitesse des moteurs: 41% des économies

-Optimisation du process: 33% des économies


27

En moyenne, un site peut réduire sa consommation d’énergiede 10% à 20%

-30% des gains potentiels peuvent être obtenus par simple changement des procédures et des comportements

-Ceci implique d’intégrer la gestion d’énergie dans le processusde fonctionnement permanent de l’entreprise et non seulementun projet ponctuel

-Les 70% restant proviennent de la modernisation des équipements, et donc d’un besoin d’investissement

- Dans plusieurs pays développés, les gouvernements financentune grande partie de cet effort d’investissement


27

Les moteurs consomment environ 60% de l’énergie utilisée dans les pays développés

Une économie de 1% sur la consommation d’un système entraîné par un moteur de 200 CV (ou 10 X 20 CV) apporte assez de puissance pour faire tourner une maison américaine moyenne

Les moteurs à haut rendement peuvent apporter une économie d’au moins 12%


Exemple des Moteurs

27

Le process industriel ou commercial qui occupe le bâtimentC’est l’ensemble de l’installation directement nécessaire à l’activité professionnelle des occupants du bâtiment. - usine ou un bâtiment commercial: les machines de production industrielle, les systèmes d’information, les installations de manipulation et de stockage des matériaux et des produits, les réseaux de fluides spécifiques (air comprimé, vapeur) nécessaires à la production…-immeuble du tertiaire: les systèmes informatiques et les équipements spécifiques (de laboratoires, de recherche…).

Les systèmes de confort et utilités du bâtimentCe sont les systèmes usuellement rencontrés dans un bâtiment qui sont indépendants de son utilisation professionnelle: chauffage, climatisation, ventilation, distribution d’eau chaude sanitaire, éclairage, communication, sécurité, distribution de fluides divers (notamment air comprimé), et les systèmes mécaniques (ascenseurs, élévateurs, escaliers roulants).

Selon le type, la superficie, la destination, l’occupation humaine et le standard de confort du bâtiment, les profils de consommation d’énergie sont très différents

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Les consommations d’énergie

27

Alimentation par des réseaux extérieursRéseaux publics de distribution d’électricité, mais aussi de gaz naturel (pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire, la cuisine et quelquefois le process), et de chauffage urbain dans certains pays, mais aussi vapeur, air comprimé, combustible divers, eau glacée…

Fourniture de combustibles stockésIl s’agit généralement de gaz de pétrole liquéfié (propane, butane) ou de fioul domestique ou lourd, et parfois le charbon ou le bois. Ils sont généralement utilisés dans les chaudières pour le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire, d’eau chaude ou de vapeur à usage industriel, et pour l’entraînement des générateurs électriques locaux.

Les « énergies gratuites »-Le rayonnement solaire-Géothermie (Energie thermique recueillie dans le sous-sol et les nappes d’eau (géothermie) ou dans l’air extérieur par les pompes à chaleur)-Energie éolienne

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Les sources d’énergie

27

Sources autonomes d’électricitéNécessaires en cas de non fiabilité insuffisante du réseau de distribution public ou des

exigences de sécurité de l’activité (hôpitaux,Télécoms, Télévision,…)Elles permettent de choisir la source d’énergie préférentielle, en fonction du moment de

la journée, de la puissance appelée instantanée, et du tarif horaire de la source externe.Groupes électrogènes d’appoint ou de sécurité

Ils utilisent un combustible stocké (Gasoil ou Essence) . ASI – Alimentation Sans Interruption – (Onduleur)

reconstituent un courant alternatif à partir de l’énergie stockée dans des batteries d’accumulateurs électriques afin de maintenir sans interruption l’alimentation des récepteurs critiques ou vitaux

CogénérationProduction combinée de chaleur ou d’électricité en un seul procédé. Différents modèles de cogénération peuvent être utilisés :

la production de chaleur (ou vapeur) nécessaire au process est disponible pour produire de l’énergie électrique,

le process crée des sous-produits (déchets de bois ou de carton…) dont la combustion permet la production d’énergie électrique et de chaleur.


27

L’analyse de l’ensemble des factures d’énergie est la première démarche conduisant àdes réductions des coûts énergétiques pour l’exploitant


27

Il s’agit de chercher à dépenser moins d’argent, avant de chercher à utiliser moins de kilowatts-heures.

Adapter la puissance souscrite à l’activité du bâtiment Limiter la puissance appelée sur le réseau de distribution en utilisant les

sources internes existantes et disponibles (groupes électrogènes)Optimiser l’énergie réactive, en installant un dispositif de compensation

afin de supprimer les pénalités facturéesDéplacer 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 àaccumulation.- Former des volumes importants de glace pendant les heures à faible tarif qui seront utilisés par des systèmes de réfrigération pour l’air conditionné.

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Réduire les coûts énergétiques

27

il s’agit de réduire l’énergie consommée par les systèmes fonctionnels du bâtiment (à capacité de production égale et àconfort égal) .

Le gisement d’économie se trouvant dans l’outil de production doit être étudié avec les spécialistes du métier considéré

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Réduire les consommations d’énergie

27

C’est généralement le 1er ou le 2ème poste de dépense d’énergie

L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Economie dans le système de CVC

CVCChauffage – Ventilation - Climatisation

HVACHeating – Ventilating – Air Conditioning

28

C’est généralement le 1er ou le 2ème poste de dépenseLes mesures d’économie consistent d’abord à limiter les

pertes thermiques du bâtiment

Pour cela il faut:concevoir les parois extérieures limitant la conduction thermique, et

les dissipations par rayonnement,isoler la toiture,utiliser des vitrages et des fermetures à isolation thermique (fenêtres

à double vitrage, portes isolées),traiter les ponts thermiques (encadrements des ouvertures, structures

porteuses telles que piliers ou poutres…),prévoir des occultations (volets) pour diminuer les pertes par les

ouvertures,adapter des dispositifs pare-soleil pour éviter le rayonnement solaire

quand il s’agit de refroidir.actions plus aisées lorsqu’elles sont engagées dès la conception

Economie dans le système de CVC Chauffage

28

des interventions sur la conduite du chauffage permettent aussi des économies

Empêcher l’utilisation simultanée du chauffage et de la climatisation

Eviter tout usage abusif du chauffage:Ne pas surchauffer: plage de confort 18 à 22 °CEmpêcher ou limiter l’ouverture des fenêtres ou asservir les systèmes

individuels de chauffage (et de réfrigération) à la fermeture des fenêtres.Ne pas chauffer les locaux inoccupés ou partiellement occupés (stocks,..)

Optimiser le rendement des générateurs de chaleur En cas de système individuel (radiateur électrique) interrompre le

chauffage dès qu’un local n’est pas utilisé.En cas de système centralisé, suivre le rendement de la chaudière

générant l’énergie calorique (par la surveillance du taux de CO2 et de la température des fumées)


28

Utiliser des pompes à chaleur (Seule ou en combinaison avec une chaudière )

Type choisi selon la source de chaleur:: air-air , air-eau ou eau-eau


Nota : Le rendement d’une pompe à chaleur est mesuré par son coefficient de performance (COP), qui est le ratio de l’énergie thermique délivrée sur l’énergie électrique consomméepar le compresseur (et le ventilateur éventuellement). Le COP d’une pompe à chaleur « air-eau » atteint 2 à 3,5 selon la température de l’air. Une pompe à chaleur « eau-eau » atteint un COP de 3 à 5.

28

Utiliser un chauffage solaire nécessite une bonne exposition et la disponibilité de la chaleurOptimiser les circuits caloporteurs :Réduire la déperdition thermique le long des canalisations par l’isolation

des tuyaux d’eau ou des conduites d’air (surtout dans zones non chauffées)réduire la consommation électrique des pompes ou des ventilateurs en

adaptant des variateurs de vitesse


28

Optimiser le contrôle du chauffage:

Abaisser de plusieurs degrés la température pendant les périodes de non-utilisation (nuit, fins de semaines, vacances)

Mettre en place une programmation tenant compte de:l’inertie thermique du bâtiment (chauffage interrompu avant le départ des

occupants et remis en service quelques heures avant leur arrivée)l’occupation des locaux avec la possibilité de régler indépendamment la

température des différentes parties du bâtimentdu climat extérieur (température extérieure, vent, ensoleillement) de façon à

estimer la déperdition thermique du bâtimentdes « apports gratuits » : rayonnement solaire, métabolisme des personnes

présentes (environ 75 W /personne), ainsi que la chaleur générée par les process et par l’éclairage intérieur utilisation d’un thermostat d’ambiance


28

Deux types d’installation existent : des unités individuelles pour chaque partie du bâtiment (bureau, chambre…), ou un système centralisé comprenant une batterie de groupes générateurs de froid et un circuit de distribution de froid par air ou par eau

Dans les deux cas, le fonctionnement de base est le même : un circuit frigorifique comportant un compresseur absorbe la chaleur de l’air intérieur et la rejette à l’extérieur

Economie dans le système de CVC La réfrigération de l’air ambiant « climatisation »

28


Pour économiser l’énergie consommée par une climatisation, la plupart des solutions exposées pour le chauffage sont applicables

Température de consigne de l’ordre de 25 °C (allie confort et efficacité)

Assurer une maintenance régulière des systèmes frigorifiques : - fuite de fluide frigorifique forte baisse du rendement de l’unité. -la propreté des échangeurs influe beaucoup sur leur efficacité

Opter pour les nouveaux systèmes présentant généralement un rendement optimal

Ne pas oublier qu’il n’y a pas d’apport gratuit pour la réfrigération: tout dégagement de chaleur augmente la dépense en énergie absorbée par le compresseur

28

Il s’agit d’extraire l’air intérieur, vicié par l’activité et la fréquentation du bâtiment, et de le remplacer par la même quantité d’air extérieur « frais ».Cette fonction est liée au chauffage et à la climatisation, car :

le système de distribution d’air est souvent utilisé pour adapter la température,

le volume d’air extérieur injecté doit être amené à la température de consigne, et ce besoin thermique s’ajoute aux déperditions du bâtiment.

Les systèmes de renouvellement d’air sont obligatoires et leur fonctionnement est primordial pour la sécurité et le confort. Ce sont des systèmes centralisés comportant une unité de traitement d’air et un réseau de canalisations.

En règle générale, ces systèmes sont étudiés pour remplir leur fonction avec une occupation maximale des locaux (personnel habituel et visiteurs occasionnels).

Economie dans le système de CVC Le renouvellement de l’air ambiant »

28


en occupation normale, ce surdimensionnement du débit d’air est un important gaspillage d’énergie

Réguler le débit d’air extrait selon la concentration de CO2 dans l’espace intérieur (ou le monoxyde de carbone émis par les véhicules dans le cas d’un parking) permet d’adapter la fonction du système à la demande. (plusieurs détecteurs de taux de CO2 pour ajuster les débits par zones)

La ventilation mécanique à récupération de chaleur: un échangeur àcontrecourant entre l’entrée et la sortie d’air est installé. Il transfère l’énergie du flux le plus chaud vers le flux le plus froid. Doit être prévu dès la conception du bâtiment

28

Etude de Cas: Régulation de la température ambiante

objectif : déterminer l’impact des consignes de température sur la facture d’électricité

Evolution de l’énergie consommée par le départ chauffage/clim de 07/2003 à 07/ 2004.

Evolution de la facture mensuelle du départ chauffage/clim sur la même période.

Une consommation plus importante en hiver nous amène à une facture énergétique bien plus élevée pendant les mois d’hiver que les mois d’été (en moyenne : 35000Dhs par mois l’été et 85000 Dhs par mois l’hiver).Il est donc très important de réduire cette consommation électrique l’hiver.

29


Evolution des températures et de la puissance appelée par le chauffage/clim.

29


nuages de points formés par le tracé de la puissance consommée par le départ chauffage/clim en fonction des températures extérieures pour les mois de mai et juin

JuinMai

16°C

la double pente du nuage de points du mois de mai indique que le chauffage et la climatisation ont fonctionné pendant cette

période

la pente unique de la figure du mois de juin indique que seule la climatisation a

fonctionnée pendant cette période,

29

les pentes (chauffage et climatisation) sont apparemment identiques en valeur absolue. La pente est approximativement de 10kW par degrés.

lorsque la température extérieure est supérieure à 16°C, chaque degrés supplémentaires implique une consommation moyenne de 10kW en plus en moyenne pour maintenir la température à la valeur de consigne ( 25°C).

l’intersection des 2 pentes indique le point moyen pour lequel ni le chauffage ni la climatisation ne fonctionnent. Pour une température extérieure de 16°C la consigne (autour de 25°C) est atteinte naturellement. C’est le « point de température extérieure idéale ». Remarque: l’ordonnée de ce point n’est pas nulle, c’est à dire qu’il reste une consommation résiduelle sur ce départ de l’ordre de 50kW en moyenne.

le « point de température idéale » de 16°C semble être plus proche des températures moyennes de la saison d’été (autour de 22°) que de celle de la saison d’hiver (à vérifier lors de la période hivernale). C’est ce qui explique la consommation bien supérieure en énergie pour le chauffage en hiver que pour la climatisation en été.


Interprétation

29

on peut noter la forte dispersion des valeurs de puissance pour une température extérieure donnée. Cette dispersion peut atteindre 200kW. Elle est due à 3 raisons :

le système de mesure ne prend en compte qu’une seule température extérieure alors que le bâtiment n’est pas chauffé uniformément par le rayonnement solaire en fonction de l’heure de la journée,

le bâtiment ne réagit pas à une même température extérieure de la même façon à cause de son fonctionnement interne (portes ouvertes, courants d’air différents…).

la régulation du système chauffage/clim n’est sûrement pas basée sur une mesure de température extérieure.

Grâce à la valeur de la pente trouvée, nous pouvons donner une estimation du gain espéré en cas de variation de consigne:

En ramenant la consigne à une valeur inférieure de 1°C l’hiver ou à une valeur supérieure de 1°C l’été nous pouvons gagner une valeur moyenne de 10kW en climatisation ou chauffage sur la période.


Interprétation

29

En faisant un calcul approché, nous trouvons donc une économie d’énergie de 87 MWh par degrés. Ce qui correspond à 6,7% d’économie d’énergie sur le départ chauffage/clim.

qu’une baisse de la consigne de 1°C en hiver amènera une économie d’énergie pendant la période d’hiver de 30000 Dhs,

De même qu’une augmentation de la consigne de 1°C en été amènera une économie d’énergie pendant les 6 mois d’été de 30000 Dhségalement.

Afin de réduire la dispersion de puissance du départ chauffage /clim pour une température extérieure donnée il faut étudier la possibilité de mettre en place une régulation prenant en compte la température extérieure.


Conclusion

29

L’eau Chaude Sanitaire (ECS)

Utilisée souvent pour les besoins d’hygiène ou pour des fonctions particulière (cuisine, nettoyage des locaux,…)

plusieurs solutions sont possibles pour l’économiser:Mesurer les consommations d’eau chaude (volumes consommés),

par zone du bâtiment, par service… afin de localiser les consommationsanormales et de responsabiliser les utilisateurs

Détecter et supprimer les fuites d’eau chaude Eviter les consommations inutiles

Choisir une robinetterie à détecteur de présence ou à arrêt automatique, ou des dispositifs sanitaires économes en eau.

Optimiser la température de consigne du système de productionPour une utilisation sanitaire, la température ne devrait pas être supérieure à55 °C, mais le confort des personnes est assuré avec 45 °C.

Prévoir et optimiser une boucle de circulationne pas dépasser une distance de 10m entre la production et l’utilisation, afin d’éviter les consommations d’énergie servant à réchauffer le tuyau à chaque usage. (boucle d’eau chaude à proximité dans les grands bâtiments)

Utiliser une pompe à chaleur dédiée à l’ECS: la source de chaleur étant l’air extérieur ou l’air ambiant du local technique de chauffage

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C’est généralement le 1er poste de dépense d’énergieLes mesures d’économie consistent d’abord à réduire la

puissance installée

Pour cela il faut utiliser:des lampes de conception récente, qui à flux lumineux égal ont une

puissance nominale fortement diminuée, notamment:les lampes fluocompactes (- 70 % par rapport aux lampes à

incandescence), les tubes fluorescents récents de petit diamètre (- 30 % par rapport aux

tubes classiques)

utiliser des lampes à ballast électronique (- 20 % par rapport aux ballast ferromagnétiques).

Utiliser des luminaires de conception récente, dont l’optique utilise au mieux le flux lumineux émis par les lampes.

L’Eclairage

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A l’extérieur, il est aussi possible de réduire l’éclairage (parkings, allées, accès) aux heures les plus sombres. prévoir un détecteur de niveau d’éclairement et une horloge pour tenir compte des heures de pénombre (au crépuscule l’oeil a besoin de plus d’éclairage artificiel que dans la nuit noire)

L’Eclairage

Supprimer les allumages inutiles

En fonction du niveau d’éclairement naturelTenir compte du fait que dans un bâtiment, les zones situées près

des fenêtres extérieures nécessitent moins d’apport lumineux que les zones intérieures commande de l’éclairage intégrant une mesure d’éclairement ou par des gradateurs insérés dans les luminaires qui font varier automatiquement le flux émis en fonction de la lumière extérieure

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L’Eclairage

Supprimer les allumages inutiles

En fonction de la présence des occupantsSauf éclairage minimum de sécurité, ne pas éclairer en permanence

des zones occupées par intermittence. (couloirs, escaliers et paliers, les entrepôts et locaux techniques sans présence humaine permanente)

La minuterie classique est déjà une source d’économie importante.Pour plus de performance et de confort: détecteurs de présence

(intégrables dans les luminaires)Concevoir un système automatisé de gestion de l’éclairage

Des systèmes automatisés communiquant avec les différents organes (luminaires, interrupteurs, détecteurs, appareils de mesure) permettent de commander des éclairages séparément, par zone géographique, par type de point lumineux, par fonction et individuellement. Ces systèmes sont paramétrables, reconfigurables et flexibles.

Système DALI

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L’Eclairage

Exemple

modification de l’installation d’éclairage des couloirs d’un grand hôtel

Remplacement de l’allumage permanent par allumage automatique sur détection de présence, et utilisation d’un interrupteur horaire programmable :

Les détecteurs utilisés ont un rayon de détection de 12 m, et commandent jusqu’à 500 VA de tubes fluorescents ou lampes fluocompactes. Ils sont installés en plafond tous les 20 m de façon àassurer le recouvrement des zones de détection.

L’interrupteur horaire commande le fonctionnement suivant : aux heures de passage intensif, 50 % des lampes sont allumées en permanence, et 50 % s’allument au passage d’une personne. Aux heures creuses, 50 % sont éteintes et 50 % s’allument au passage d’une personne.

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L’EclairageExemple

modification de l’installation d’éclairage des couloirs d’un grand hôtel

Coût de l’installation : 20 000 DhsEconomie annuelle : 50 % de l’éclairage des couloirs soit 1 2000 DhsTemps de retour de l’investissement : 1,7 an

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Amélioration du facteur de puissance: Une baisse des appels de courant sur le réseau électrique du site, Réduction des pertes par effet Joule sur tout le réseau,La réduction de la charge et de l’échauffement des transformateursRéduire la chute de tension en bout de ligne, Eviter les pénalités financières facturées par le distributeur d’énergie

Réduction du taux d’harmoniquesDes « harmoniques » courants sont générés par certains récepteurs dits «

non linéaires », notamment ceux qui comportent de l’électronique Ces harmoniques, renvoyés en amont sur le réseau, constituent une

pollution pour tous les autres récepteurs dont certains sont très sensibles. Ils sont aussi la cause de pertes d’énergie par effet Joule, qui peuvent

couramment atteindre 10 % dans les conducteurs, les transformateurs et tous les récepteurs.Préserver la qualité de l’énergie électrique (forme d’onde, fréquence…)

oblige à réduire ou éliminer ces harmoniques (filtres anti-harmoniques adaptés au réseau)

Réduction des pertes d’énergie électrique

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Réduction des pertes thermiques sur le réseau électriquePertes sont produites par le passage du courant dans toutes les parties du réseau

électrique du bâtiment (effet Joule).Le remplacement d’anciens appareils ou équipements par d’autres

matériels récents permet de réduire de manière significative ces pertes :les transformateurs de distribution (jusqu’à 3 MVA)

Les évolutions technologiques des matériaux et en particulier des tôles magnétiques permettent une réduction des pertes à vide de 15 à 20 % quelque soit le type de transformateur, immergé ou sec.

les tableaux et coffrets électriquesC’est une recherche sur leurs architectures de répartition qui a permis de réduire

les longueurs des conducteurs d’environ 40 % dans les tableaux généraux basse tension - TGBT – et ainsi leurs pertes par effet Joule d’environ 30 % Ces réductions peuvent éviter de climatiser le local électrique.les ASI (Alimentation Sans Interruption)

les technologies récentes ont permis une amélioration importante du rendement des onduleurs avec un facteur de puissance plus est élevé : 94% vs 80%. Il est donc possible de réaliser une économie appréciable en remplaçant des onduleurs anciens

Réduction des pertes d’énergie électrique

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Economie sur les fluides

Les systèmes de production et de distribution d’air comprimé, comme de vapeur, essentiellement développés pour les besoins des process, sont des gisements très importants d’économie d’énergie.

La distribution économique de ces fluides obéit aux mêmes règles :

Adaptation de la pression de consigne au niveau strictement nécessaire au bon fonctionnement,

Réglage automatique du régime des pompes à la demande, et diminution du nombre de démarrages avec l’emploi de variateurs de vitesse sur les moteurs des pompes,

Détection et élimination de toute fuite qui ferait fonctionner inutilement les pompes,

Arrêt des pompes pendant les périodes de non-occupation.Réduction des pertes de charges

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Avantages d’une bonne maintenance

La plupart des systèmes de confort et utilités du bâtiment doivent bénéficier d’une maintenance périodique préventive

Elle peut être complétée par un contrôle continu de l’état des systèmes.

Exemple lorsqu’un moteur électrique commence à avoir un

fonctionnement anormal à cause d’un défaut de fabrication, d’un dépassement de ses conditions normales de fonctionnement ou d’usure, cela se traduit presque toujours par des échauffements anormaux, un ralentissement, une baisse de son facteur de puissance et une surconsommation.

La maintenance limite le nombre et la durée des interruptions de service, et elle permet de maintenir le rendement des différents équipements dans les plages nominales.

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L’Efficacité énergétique dans le bâtiment doit être basée sur uneapproche durable et à long-terme.

75 % des coûts sur un cycle de vie de 25 ans d’un bâtiment vontdans les coûts de fonctionnement du bâtiment et dans les dégradations subies par les équipements et le bâtiment.

Operation50%

Construction &Finance

25%

Alterations25%

Efficacité énergétique dans le bâtiment

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Les Rénovations des bâtiments existant peuvent rapporter jusqu’à30% d’économies d’énergie .

Une maintenance préventive et à long terme peut maintenir ceséconomies pendant la durée de vie du bâtiiment.

D’où l’intérêt d’un système de gestion technique centralisée dubâtiment

Efficacité énergétique dans le bâtiment

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Conclusion

Les 3 domaines clés pour l’économie d’énergie dans le bâtiment sontdonc:

- HVAC, ( ou CVC : Climatisation, Chauffage, Ventilation)- L’éclairage, - les systèmes de gestion intégrée du bâtiment.

Cependant, le chauffage d’eau, la génération d’énergie sur site, le stockagede froid dans le bâtiment et l’appareillage représentent également des économies potentielles.

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1- Equipements pour l’IndustrieProcess

Variateurs de vitesse électroniques (pompes, compresseurs, ventilateurs, process à vitesse variable): -25%Moteurs à haut rendement: -15%Maintenance préventive (filtres, courroies,…): -5%Automatismes industriels - régulation: -20%

Qualité d’énergie Batteries de compensationFiltres d’harmoniquesCompensateurs actifsOnduleurs – stabilisateurs de tension

Gestion du contratDélesteurs automatiques (dépassement P souscrite)Système de power monitoring: -5%

UtilitésUnités de Cogénération: -15%Eclairage: Abaisseurs de tension ,Lampes et ballons fluorescentsIsolation thermique – systèmes de récupération de chaleurDétection des fuites (Eau, Air comprimé) – pertes de charge

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2- Equipements pour le Bâtiment

EclairageLampes à basse consommation: -70%Gradateurs de lumière: -25%Détecteurs de présence, détecteurs de mouvement: -20%Automatismes de bâtiment: -10%

Chauffage - ClimatisationVariateurs de vitesse électroniques: -25%Pompes à chaleur: -30%Systèmes de Gestion Technique de Bâtiment: -15%Chauffage par énergie solaire: -80%

LevageVariateurs de vitesse électroniques: -25%Moteurs à haut rendement: -15%

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QUELQUES SOLUTIONS POUR L’EFFICACITE ENERGETIQUE

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1- Type de mesures d’économie -Temps de mise en oeuvre

Immédiat : PsychologiqueComportement du personnelPlanification de la productionProcédure de fabrication ...

Court terme : MaintenanceEntretien : chaudières, échangeurs ...Pertes d ’énergie à l’ambiance : fuites de vapeur, isolation thermique...Électricité...

Moyen terme : Réseau de distribution et d’utilisation de la chaleurURE : Réduire la consommation d’énergie noble : électricité, thermique HT.URE : Accroître l’utilisation d’énergie BT.Contrôle automatique et optimisé des unités de production et d’utilisation.Récupération des pertes HT aux moyen d ’économiseurs.etc.

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1- Type de mesures d’économie -Temps de mise en œuvre (Suite)

Moyen terme : ingénierie de process (gros investissements)Procédé discontinu � procédé continuChauffage par effet Joule � chauffage par inductionChauffage thermique � chauffage par micro-ondesetc.

Long terme : changement du principe de fabrication

Long terme : intégration de procédésModification des flux énergétiques, optimisation.Symbiose avec d’autres entreprises.etc..

Très long terme : Objectifs sociaux et techniquesModification des habitudes de consommation

cous audit énergétique ensem-070113

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