cours audit ee ensem 2010
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Cours AuditTRANSCRIPT
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COURS D’AUDIT ET GESTION DE L’ENERGIEENSEM Casablanca
Fouad ELKOHEN2010 - 2011
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PLAN
I- La démarche d’audit énergétique
II- La mesure dans les installations électriques
III- Les solutions d’économie d’énergie
IV- Bilan, Indices d’efficience et Suivi
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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, …
Améliorer la performance à dépense d’énergie égale: plus de temps de fonctionnement utile, plus de productivité,…
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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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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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Pour quelle application?
Objectif
Trois familles d’application
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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
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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Le prédiagnostic: Des outils simples
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
Détermination des potentiels de gains « financiers »:-Optimisation de la puissance souscrite-Compensation d’énergie réactive-Analyse de la courbe de charge
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Le prédiagnostic: Des outils simples
Analyse par régression
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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Le prédiagnostic: Des outils simples
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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L’audit énergétique: Un process continu
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L’audit énergétique: Un process continu
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L’audit énergétique: Mesurer, pourquoi faire?
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I- L’audit énergétique
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Tableau des consommations: Les vecteurs achetés
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Tableau des consommations: Les vecteurs utilités
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Tableau des consommations: Les vecteurs
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Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les usages
21
Tableau des consommations: Les usages
22
Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les usages
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Tableau des consommations: Les variables d’activité
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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%.
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Répartition des Consommations: Vecteurs et utilités concernés
Vecteurs achetés• Electricité• Combustible
Utilités• Air comprimé• Froid• Vapeur
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Répartir l’électricité: 4 méthodes
• Méthode 1: Analyse des factures et relevés des compteurs
• Méthode 2: Répartition sur base des puissances absorbées (mesures)
• Méthode 3: Répartition sur base d’une estimation de la puissance utile
• Méthode 4: Répartition suivant la puissance installée
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Répartir l’électricité: Méthode 2 - Répartition sur base des puissances absorbées (mesures)
Mesure des puissances ou des courants
2
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Répartir l’électricité: Méthode 2
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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Répartir l’électricité: Méthode 2
Mesurer la puissance active 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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Répartir l’électricité: Méthode 2
Mesurer l’énergie active
Puissance moyenne ou Energie ?
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Répartir l’électricité: Méthode 3 - Répartition sur base d’une estimation de la puissance utileMéthode 3: Estimation de la puissance utilePuissance 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 4
Méthode 4: Calcul à partir des puissances installées•Inventaire des puissances installées•Limiter le travail aux plus grandes puissances•Retirer les moteurs de secours
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Répartir l’électricité: Méthode 4Méthode 4: Calcul à partir des puissances installéesRépartition au prorata des puissances
Moteurs•Puissance nominale <> Puissance utile•Surdimensionnement•Nbre d’heures de fonctionnement
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Répartir l’électricité: Méthode 4
Unité!!
Méthode la moins fiable
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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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Répartir l’électricité: Cas particuliers
L’Eclairage: les types
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Répartir l’électricité: Exemples
L’Eclairage - Normes
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Répartir l’électricité: Exemples
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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Répartir l’électricité: Exemples
L’Eclairage•Eclairage bâtiments: Liste des puissances installées
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Répartir l’électricité: Exemples
L’Eclairage•Calcul sur base de catégories d’éclairage
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Répartir l’électricité: Exemples
Pompage
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Répartir l’électricité: Exemples
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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Répartition des Consommations: Vecteurs et utilités concernés
Vecteurs achetés• Electricité• Combustibles
Utilités• Air comprimé• Froid• Vapeur
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Répartition des Consommations: Rappel théorique
Gaz Naturel / GasoilUnitésEnergie = 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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Répartition des Consommations: Rappel théorique
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Répartition des Consommations: Rappel théorique
Les Combustibles
1 kWh = 3600 kJ = 0,0036 GJ
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Répartition des Consommations: Rappel théorique
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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Combustibles: Chauffage dans un fourExemple: Acier
• "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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Combustibles: Chauffage dans un fourExemple: Acier
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Répartition des Consommations: Vecteurs et utilités concernés
Vecteurs achetés• Electricité• Combustibles
Utilités• Air comprimé• Froid• Vapeur
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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
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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
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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.
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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
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Utilités: La Vapeur: Contenu énergétique
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Utilités: La Vapeur: Contenu énergétique
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
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Utilités: La Vapeur: Contenu énergétique
Déperditions thermiques – tuyauterie 20mm isolant
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Utilités: Le Froid: Principe
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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)
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Utilités: Le Froid: Principe
Evaporateur
Condenseur
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Utilités: Le Froid: Principe
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
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Utilités: Le Froid: Principe
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Utilités: Le Froid: Coefficient de performance
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Utilités: Le Froid: La pompe à chaleur
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Utilités: Le Froid: Exemple de COP
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Utilités: Le Froid: Exemple de COP
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II- Mesurer, pourquoi faire?
Pendant et après l’audit….« mesurer pour : diminuer les factures
d’électricité, améliorer la qualité des produits finis, améliorer la continuité de service,
améliorer la maintenance, refacturer, réaliser la comptabilité analytique, … et… calculer les
indices d’efficience énergétique»
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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.
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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.
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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
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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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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
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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
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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
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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
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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
AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE
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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
AMELIORATION DE LA CONTINUITE DE SERVICE
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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
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
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Client
?EN50160
la norme EN50160 = tensiondéfinit et décrit les valeurs caractérisant la tension d ’alimentation fournie
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Perturbations - Rappel
Flicker
Variations Variations dd’’amplitudeamplitude > 1 > 1 cyclecycletransitoirestransitoiresppéériodiquesriodiques
Creux Interruptions
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Perturbations - Rappel
variations d’amplitude périodiques < 1 cycleHarmoniques
Transitoires <1 cycleHaute fréquenceTransitoires
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- 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
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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 ……..
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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
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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
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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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II- 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 »
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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.
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Que faut-il mesurer?
■■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
Surveillance des installations électriques
Management des coûts énergétiques
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□□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
Surveillance des installations électriques
Management des coûts énergétiques
Que faut-il mesurer?
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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).
10
Comment mesurer?
10
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.
10
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)
10
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
10
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)
10
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
10
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.
10
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)
11
Précision de mesure des TC
Extraits du catalogue TC de Circutor - Selon la norme IEC 60 044 -1
11
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
11
III- ARCHITECTURES DES SYSTEMES DE MESURE ET DE POWER-
MONITORING
11
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
11
Installation avec un système de gestion d’énergie
Protocole ethernetProtocole modus ;
Légende :
11
ProtocolesSystèmes de Gestion d’Energie
11
Exemple d’architecture de Système de Gestion d’Energie
11
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
11
PM800
PM700
PM9
CM 3000 / CM 4000
ME
La gamme des centrales de mesure PowerLogic
11
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
12
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)
12
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
12
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
12
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
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 sur Rail DINCVM-MINICVM-MINI-ITFCVM-MINI-ITF-RS485-C2CVM-MINI-ITF-HAR-RS485-C2
Centrale de mesure CVM-Mini
Mesure locale / distante
Consommation Energie
Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output (2) Modbus RS485
Class 1
APPLICATIONS CARACTERISTIQUES ENTREES/SORTIES COMMUNICATION PRECISION
12
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
12
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
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 locale / distante
Consommation Energie
Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output Modbus RS485
Class 1
APPLICATIONS CARACTERISTIQUES ENTREES/SORTIES COMMUNICATION PRECISION
12
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
12
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
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 locale / distante
Consommation Energie
Mesure I,U,P,Q,E,F,Pf Pulse Output Modbus RS485
Class 1
APPLICATIONS CARACTERISTIQUES ENTREES/SORTIES COMMUNICATION PRECISION
ITF-Ext
12
Quelle architecture de solution de mesure pour quelle application?
12
Pour quelle application?
Mesurer, pour quoi faire ?
Trois familles d’application
13
Architecture simple: management des coûts énergétiques
Montage avec concentrateur d’impulsions
Légende : Protocole modus ;
Protocole ethernet
13
Architecture de sous-comptage
13
Exemple de système de Power-monitoring: WAGES & PRODUCTVITE
13
Application de Surveillance de l’installation
Protocole ethernetProtocole modus ;
Légende :
13
La surveillance des installations électriques
13
Architecture avancée: Analyse de la qualité d’énergie
Protocole ethernetProtocole modus ;Légende :
13
Analyse de la qualité d’énergie
13
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
13
exemple d’architectures de communication
13
SOLUTION BASIQUE: 1 POSTE
14
Systèmes de Gestion d’Energie
LANExemple de bus RS232-RS485
14
SUPERVISION AU NIVEAU DU RESEAU LOCAL (LAN)
14
LANExample bus RS485 - Ethernet
Systèmes de Gestion d’Energie
14
ENTERPRISE A RESEAU ETENDU (WAN)
14
WANSystèmes multipoints
Systèmes de Gestion d’Energie
14
ENTERPRISE A RESEAU ETENDU (WAN)
14
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
14
Source: Energy Cost Savings Council Study 1998-1996, Building Operating Management Online
Retour sur investissement
14
IV- Comment interpréter?
LE MANAGEMENT DES COÛTS ENERGETIQUES
14
L’EFFICACITE ENERGETIQUE DANS L’INDUSTRIE ET LE BATIMENT
15
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
l’Efficacité énergétique dans l’industrie
15
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.
Efficacité énergétique dans l’industrie
15
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
15
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
15
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:
15
- 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
15
- les pénalités
Dépassement de la puissance souscrite
Mauvais cos phi
Non respect du contrat = pénalité = surcoût
B/ SUIVI de CONTRAT TARIFAIRE et FACTURATION
15
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:
15
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
15
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
16
- 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
16
- contrat : plages ou zones horairesFixes Fluctuantes
Rapport des
Coûts
Electriques
Calendrier saisonnier à l'avanceTop horaires HC / HP
B/ SUIVI de CONTRAT TARIFAIRE et FACTURATION
16
- 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
16
- détecter l'anormalAnalyser les courbes
Charge anormale
Charge anormale
Charge de nuit~200kW
AprèsAvant
La consommation de nuit et de week-end semble excessive
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
?
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
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
- choisir le bon tarif
Lisser en éliminant
Puissance souscrite
Consacrer beaucoup de soin àla connaissance du process
L'anormalLes pointes de surconsommation
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
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
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
- 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
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
- suivre et améliorer le cos phi
Réduire la consommation
Eliminer le risque de pénalité
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
16
- anticiper les risques de surconsommations
Estimation des moyennes prévisionnelles
Calcul de tendance
Dépend des fonctionnalités du système ou des analyseurs :
Valeurs effectives
Valeurs prévisionnelles
C/ ELIMINATION DES SUR-CONSOMMATIONS
17
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
17
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
17
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
17
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.
Substitution des sources d’énergie
17
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.
Substitution des sources d’énergie
17
Exemples de coefficients de substitution
Substitution des sources d’énergie
17
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.
Substitution des sources d’énergie
17
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
Efficacité énergétique dans l’industrie
17
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
Efficacité énergétique dans l’industrie
17
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%
Efficacité énergétique dans l’industrie
Exemple des Moteurs
18
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.
Efficacité énergétique dans l’industrie
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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
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).
18
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
18
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,..)
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment: Les Acteurs
18
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.
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Les Besoins
18
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
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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
18
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.
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Les sources d’énergie
18
L’analyse de l’ensemble des factures d’énergie est la première démarche conduisant àdes réductions des coûts énergétiques pour l’exploitant
L’Efficacité Energétique dans le bâtiment:Les sources d’énergie
18
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
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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
19
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
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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
19
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)
Economie dans le système de CVC Chauffage
19
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
Economie dans le système de CVC Chauffage
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.
19
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
Economie dans le système de CVC Chauffage
19
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
Economie dans le système de CVC Chauffage
19
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 »
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Economie dans le système de CVC La réfrigération de l’air ambiant « climatisation »
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
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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 »
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Economie dans le système de CVC La réfrigération de l’air ambiant « climatisation »
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
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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.
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Etude de Cas: Régulation de la température ambiante
Evolution des températures et de la puissance appelée par le chauffage/clim.
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Etude de Cas: Régulation de la température ambiante
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,
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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.
Etude de Cas: Régulation de la température ambiante
Interprétation
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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.
Etude de Cas: Régulation de la température ambiante
Interprétation
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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.
Etude de Cas: Régulation de la température ambiante
Conclusion
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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