Philippe Brem avril 2012 Efficacit nergtique Confidential ABB

Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 1

Efficacité énergétique Sommaire § Un peu de théorie § Un peu de pratique § Les variateurs ABB § Exemples vécus § Conclusion

Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique : un peu de théorie Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 3

Pourquoi se concentrer sur les moteurs? 65%

Potentiel d’économies d’énergie § § § Environ 40% de l’énergie sont consommés par les industries Les 2/3 de cette énergie sont utilisés par des moteurs électriques. Les variateurs de fréquence régulent la vitesse de rotation des moteurs Par exemple, dans les applications de ventilation et de pompage, les variateurs permettent l’ajustement précis du débit d’air ou de liquide à la demande. Dans ces applications, la consommation énergétique peut être réduite de 30 à 50%. Pourtant, seulement 10% des moteurs sont entraînés par un variateur de vitesse.

Pourquoi se concentrer sur les moteurs? 99%

Coût du cycle de vie d’un moteur électrique Coût d’achat Coût d’entretien Energie • La consommation énergétique d’un moteur électrique représente 99% de son coût total sur toute sa durée de vie § Le prix d’achat d’un moteur ne représente donc que 1% de son coût total sur toute sa durée de vie § § Ce qui correspond à 8/12 semaines de sa consommation électrique totale Les variateurs pouvant ajuster et optimiser la vitesse de rotation du moteur, sa consommation énergétique peut être réduite de 50% dans certaines applications.

Base installée de moteurs Répartition des moteurs dans une usine typique Puissance k. W % de la base installée % de l’énergie consommée 0. 75 - 4 58. 8 4. 8 >4. 0 - 15 26. 4 10. 4 >15 - 37 9. 1 12. 7 >37 - 75 2. 9 12. 7 >75 - 160 14. 8% >160 - 355 0. 7 15. 8 >355 - 700 0. 2 13. 4 >700 0. 1 15. 7 1. 8 84. 8% 14. 5 Source: United States Industrial moteur Systems Market Opportunities Assessment, December 1998

Pourquoi se concentrer sur les ventilateurs et les pompes? 50%

Les machines entraînées n Les pompes sont les plus gros consommateurs d’énergie dans la Communauté Européenne Pompes Autres s ur n e s o es rati r mp igé Co réfr de Compresseurs à air Ventilateurs

Applications prioritaires § Couple variable ou quadratique : § Fonctionnement suivant la loi du CUBE § Principalement: § Pompes centrifuges § Ventilateurs

La loi du cube 3 Y = k. X

La loi du cube § Petit exercice : § Données : Un moteur d’entraînement de ventilateur doit délivrer une puissance utile de 100 k. W à plein débit § Question : Quelle puissance utile doit délivrer le moteur lorsque le ventilateur tourne à mi-vitesse? § Réponse : tout le monde a trouvé 12, 5 k. W ? § Explication : § Puissance à pleine vitesse = 100 = k. Nn 3 § Puissance cherchée à mi-vitesse = P? = k(Nn/2)3 = k. Nn 3 x(1/2)3 § D’où P? = 100 x(1/2)3 = 100/8 = 12, 5

La loi du cube § Les ventilateurs et les pompes centrifuges sont de loin les machines les plus répandues, elles offrent le plus gros potentiel d’économies d’énergie § Les économies découlent du fait que la puissance décroît avec la vitesse et que les machines centrifuges suivent la loi du cube § A mi-vitesse, le débit est aussi moitié § Mais la puissance n’est plus qu’ 1/8 § Exemple pour une machine de 45 k. W: Vitesse (tr/mn) Vitesse (%) Débit (m 3/h) Puissance (k. W) Puissance (%) 1800 100 45, 00 100, 00 1620 90 90 32, 81 72, 90 1260 70 70 15, 44 34, 30 900 50 50 5, 63 12, 50

Economiser l’énergie en faisant varier la vitesse Courbe puissance/vitesse d’une machine à couple quadratique 100 Puissance (%k. W) 75 La Puissance est proportionnelle à (Vitesse)3 50 42. 1 25 12. 5 25 Vitesse (% tr/mn) 50 75 100

Vitesse fixe comparée à Vitesse variable Puissance nécessaire pour produire le débit utile Puissance absorbée par la pompe en vitesse fixe Puissance absorbée par le variateur Débit %

Régulation d’un ventilateur centrifuge Ventilateur Moteur Registres, ventelles, pales variables…

Ventilateurs § Potentiel d’économie d’énergie § jusqu’à 70% § Méthode de régulation : § PI en Pression ou Débit

Ventilateurs : où cher ?

Régulation de pompe Pompe Moteur Vanne, Dérivation, Tout ou rien

Pompes centrifuges § Potentiel d’économie d’énergie § jusqu’à 70% § Méthode de régulation : § PI en Pression ou Débit

Pompes : où cher ?

Applications secondaires § Couple Constant (la Puissance varie LINEAIREMENT avec la Vitesse) § § Exemples: § Convoyeurs § Extrudeuses § Compresseurs à vis § Pompes à piston § Pompes à vide § Packs Hydrauliques CES MACHINES NE SONT PAS LA CIBLE PRINCIPALE !

Couple constant Courbe Puissance/Vitesse 100 75 Puissance est proportionelle à la Vitesse 50 25 25 50 75 Vitesse (%RPM) 100

Philippe Brem, avril 2012 Efficacité énergétique : un peu de pratique Confidential © ABB Group March, 2010 | Slide 28

Où regarder : résumé

Outils et documents sur http: //www. abb. com/ Descendre avec l’ascenseur

Outils et documents sur http: //www. abb. com/ Cliquer sur Energy Efficiency

Outils et documents sur http: //www. abb. com/ Energy Efficiency : nombreuses informations

Evaluations énergétiques : deux catégories § Evaluations simples : § maximum 5 entraînements simples type ventilateur ou pompe centrifuge § étude au bureau sur base de données client § ou collecte de données sur site § Evaluations évoluées : § plus de 5 entraînements § nécessité d’inclure d’autres intervenants : OEM, Engineering… § processus complexes § partie de processus, unité complète voire usine complète § dépassent largement le cadre des moteurs et variateurs seuls

Outils de calcul d’économies d’énergie Pump. Save § pumpsave

Outils de calcul d’économies d’énergie Pump. Save Les données de base du calcul sont fournies par le client : § § § Données du système : § Densité du liquide (1000 kg/m 3 pour l’eau) § Hauteur statique (hauteur à laquelle le liquide pompé est élevé) Données de la pompe (voir courbes de la pompe et du système) § Hauteur nominale § Hauteur maximum § Débit nominal § Rendement de la pompe au point de fonctionnement Méthode actuelle de régulation du débit : § Etranglement, Marche/Arrêt ou couplage hydraulique

Outils de calcul d’économies d’énergie Pump. Save Les données de base du calcul sont fournies par le client : § § § Données moteur et alimentation (valeurs relevées sur la plaque moteur) § Tension d’alimentation § Puissance moteur § Rendement moteur Profil de fonctionnement = courbe de charge annuelle de la pompe : § Temps de fonctionnement annuel en nombre d’heures § Répartition dans le temps : pendant combien de pourcent du temps de fonctionnement le débit est-il de X% du débit nominal ( plage de 40% à 100%) Données économiques : § Prix moyen du k. Wh § Coût de l’investissement total (matériel + installation + mise en service + exploitation) § Taux d’intérêt § Durée d’utilisation prévue : durant combien d’années cette pompe va-t-elle fonctionner?

Outils de calcul d’économies d’énergie Fan. Save

Outils de calcul d’économies d’énergie Fan. Save&Pump. Save Le calcul présente les économies réalisables : § En MWh § En Tonnes de CO 2 § En Euros § Temps de retour sur investissement § NPV (Net Present Value) sur 10 ans, calculée avec le taux d’intérêt saisi § Présentation des résultats sous forme de tableau ou/et graphique

Philippe Brem, septembre 2011 Les variateurs de fréquence d’ABB © ABB Group 07 November 2020 | Slide 39

Notre offre LA PLUS GRANDE GAMME DU MARCHE © ABB Group 07 November 2020 | Slide 40 0, 18 à 5600 k. W/100 à 690 V

Puissance k. W Notre offre 0, 18 à 5600 k. W 5600 3400 2800 2400 1900 1450 500 400 355 200 132 110 75 55 11 8 7. 5 5. 5 4 2. 2 1. 5 1. 1 0. 75 0. 55 0. 37 0. 18 100 120 200 240 380 480 500 690 V monophasé © ABB Group 07 November 2020 | Slide 41 triphasé § Variateurs de fréquence § Variateurs courant continu § Variateurs pour éoliennes § Onduleurs solaires § Outils logiciels § Outils d’économies d’énergie § Services § Expérience / Expertise

Une croissance continue © ABB Group 07 November 2020 | Slide 42 § Croissance annuelle en nombre d’unités: 20% § Croissance annuelle en MVA: 20%

Les variateurs ABB économisent l’énergie ! § En 2009, la base installée de variateurs ABB a permis d’économiser 220 TWh, soit l’équivalent de la consommation annuelle de 54 millions de foyers européens § Ces 220 TWh représentent une réduction d’émission de CO 2 de 180 millions de tonnes, soit l’émission annuelle de 45 millions de voitures © ABB Group 07 November 2020 | Slide 43

Variateurs ABB pour. . . Les bâtiments Les Industries Les machines © ABB Group 07 November 2020 | Slide 44

Variateurs de fréquence ABB 0, 18 à 5600 k. W § § ABB machinery drives 0, 18 à 160 k. W § ABB component drives : ACS 55 -ACS 150 § ABB general machinery drives : ACS 355 § ABB high performance machinery drives : ACSM 1 ABB standard drives 0, 37 à 355 k. W : § § § ACS 310 -ACS 550 -ACH 550 ABB industrial drives 0. 55 à 5600 k. W : ACS 800 § single drives : ACS 800 -01/02/11/17/31/37 § drive modules : ACS 800 -04/04 M – ACS 850 -04 § multidrives : ACS 800 multidrives ABB wind turbine converters : ACS 800 -77

Efficacité Energétique Histoires vraies

HVAC : Tours de refroidissement, Ventilateurs § Les tours de refroidissement utilisent typiquement des batteries de ventilateurs, chaque batterie alimentant des cellules de refroidissement § Dans les cellules, le ventilateur déplace l’air extérieur à travers un brouillard d’eau, permettant ainsi à la chaleur de se dissiper § Avec la vitesse variable, les économies d'énergie peuvent atteindre 60% § Soit pour une puissance de 100 k. W fonctionnant 4000 h/an: Economie d'énergie Environ 200 MWh/an Réduction d'émission CO 2 100 tonnes/an Segment et application HVAC, ventilateurs

Agro-alimentaire : Fabrication de sel, Ventilateur § Dans une usine anglaise de production de sel, pour un coût total de seulement 20 000 £, les économies d’énergie représentent 20 000£ d’économies, chaque année § En remplaçant sur un seul ventilateur le moteur surdimensionné par un moteur plus petit entraîné par un variateur, la consommation énergétique d’un sécheur a diminué de plus de 60% Economie d'énergie Environ 1 640 MWh/an Réduction d'émission CO 2 721, 6 tonnes/an Segment et application Agro-alimentaire, ventilateur

Agro-alimentaire : Boulangerie, Pompes § Un producteur anglais de pain économise plus de 30 000£ par an avec 3 variateurs ABB § L’usine stocke ingrédients et produits finis dans de grosses unités de réfrigération § Les réfrigérateurs sont alimentés par de l’eau de refroidissement pompée par trois moteurs de 75 k. W Economie d'énergie Environ 517 MWh/an Réduction d'émission CO 2 228 tonnes/an Segment et application Agro-alimentaire, pompes

Agro-alimentaire : Boulangerie, Ventilateurs § Dans une boulangerie britannique, deux machines de vidage utilisent un système de vide pour retirer les pains de leurs supports § Le vide était produit dans des chambres avec des ventilateurs de 15 k. W à vitesse fixe § La mise en place de variateurs ABB a permis de contrôler la vitesse des ventilateurs et donc le vide généré Economie d'énergie Environ 135 MWh/an Réduction d'émission CO 2 67, 5 tonnes/an Segment et application Agro-alimentaire, ventilateurs

Ciment : Ventilateurs § Un cimentier grec pilote ses ventilateurs de 630 k. W avec des variateurs ABB § D’importantes économies d'énergie ont été réalisées par rapport à l’ancienne régulation de débit par registres § La consommation d’énergie a été réduite de 163 k. W Economie d'énergie Environ 1 250 MWh/an Réduction d'émission CO 2 625 tonnes/an Segment et application Ciment, ventilateurs

Ciment : Ventilateurs § Un cimentier mexicain a remplacé la régulation de débit avec registres par des variateurs ABB sur ses deux ventilateurs de 735 k. W § Le gain de productivité s’est chiffré à environ 900 000$ § Les coûts de maintenance ont été réduits d’environ 97% Economie d'énergie Environ 5 300 MWh/an Réduction d'émission CO 2 2 650 tonnes/an Segment et application Ciment, ventilateurs

Mine : Ventilateurs § Une mine de fer mexicaine a équipé de variateurs ABB ses ventilateurs de refroidissement 1250 k. W, auparavant à vitesse fixe § Résultat : réduction de la consommation énergétique de 23% Economie d'énergie Environ 2 300 MWh/an Réduction d'émission CO 2 1 150 tonnes/an Segment et application Mine, ventilateurs

Mine : Pompes § Une mine chinoise a installé 2 variateurs ABB pour remplacer les vannes de 2 pompes à sable 185 k. W et 55 k. W § L’installation fonctionne 8000 heures par an § Retour sur investissement : environ 1 an Economie d'énergie Environ 630 MWh/an Réduction d'émission CO 2 315 tonnes/an Segment et application Mine, pompes

Mine : Moteurs § La société minière suédoise LKAB voulait réduire la consommation énergétique de ses 15 000 moteurs § Grâce aux robustes moteurs à haut rendement d’ABB, le client a engrangé les bénéfices des économies d’énergie générées § Temps de retour sur investissement : moins de deux ans Economie d'énergie 16 000 k. Wh/moteur/an Réduction d'émission CO 2 8 000 tonnes/moteur/an Segment et application Mine

Métal : Aciérie, Ventilateurs § Une aciérie britannique a installé des variateurs ABB sur ses deux ventilateurs d’extraction 1200 k. W auparavant à vitesse fixe § Economie d'énergie : 37% Economie d'énergie Environ 4 680 MWh/an Réduction d'émission CO 2 2 340 tonnes/an Segment et application Métal, ventilateurs

Métal : traitement des fumées, Ventilateurs § Un métallurgiste économise annuellement 130 000£ avec des variateurs ABB § Une évaluation énergétique de l’installation de traitement des fumées a révélé le potentiel d’économies d’énergie sur un ventilateur 250 k. W et trois ventilateurs 132 k. W Economie d'énergie Environ 3 300 MWh/an Réduction d'émission CO 2 1 500 tonnes/an Segment et application Métal, ventilateurs

Métal : Décalaminage, Pompes § Un sidérurgiste taiwanais utilisait une vanne by-pass pilotée par un régulateur PID externe pour contrôler la pression d‘eau des pompes de décalaminage du train à chaud § L‘installation de variateurs ABB a permis de considérables économies d‘énergie et d‘eau § La consommation annuelle d‘eau a diminué d‘environ 65 000 m 3 Economie d'énergie Environ 3 000 MWh/an Réduction d'émission CO 2 1 500 tonnes/an Segment et application Métal, pompes

Métal : soufflante de haut-fourneau § Un sidérurgiste suédois a remplacé une turbine à vapeur alimentant la soufflante du haut-fourneau par un variateur ABB de 6 MW § Ce remplacement a apporté une économie d'énergie estimée à 16 GWh Economie d'énergie Environ 16 000 MWh/an Réduction d'émission CO 2 8 000 tonnes/an Segment et application Métal, soufflante de haut-fourneau

Pétrole et Gaz : Réservoirs de pétrole, Pompes § Une installation de stockage de pétrole aux Emirats Arabes Unis souhaitait contrôler le pompage du pétrole entre réservoirs, des réservoirs vers les bateaux et des bateaux vers les réservoirs § La solution ABB mise en place comprenait 20 pompes centrifuges de 350 k. W pilotées par un multidrive ABB avec deux unités d’alimentation Economie d'énergie Environ 580 MWh/an Réduction d'émission CO 2 290 tonnes/an Segment et application Pétrole et Gaz, pompes

Pétrochimie : Soufflante § Une raffinerie argentine a remplacé une turbine à gaz pilotant une soufflante par un moteur à induction ABB et un variateur ABB § L’indice EII (Energy Intensity Index) s’est amélioré de 10. 5% en un an Economie d'énergie Environ 7 560 MWh/an Réduction d'émission CO 2 3 780 tonnes/an Segment et application Pétrochimie, soufflante

Energie : Ventilateur § Une centrale électrique américaine alimentant une université a remplacé les vannes d‘entrée d‘un ventilateur par un variateur ABB § L‘Efficacité énergétique s‘est améliorée de 25% § Les coûts de maintenance ont diminué de 10 000$/an Economie d'énergie Environ 1 460 MWh/an Réduction d'émission CO 2 Environ 730 tonnes/an Segment et application Energie, ventilateur

Energie : Pompes de chaudière § Une centrale à charbon allemande a remplacé les coupleurs hydrauliques régulant deux pompes à eau de chaudières par deux variateurs ABB de 5, 8 MW chacun § Réduction de la consommation énergétique : environ 30% Economie d'énergie Réduction d'émission CO 2 Segment et application * 0, 8 kg/k. Wh for carbon Energie plants Environ 6 000 MWh/an Environ 4 800 tonnes/an* Energie, pompes

Energie : Ventilateurs § Une centrale énergétique de la compagnie suédoise Kraftingen Produktion AB voulait réduire la consommation énergétique de trois ventilateurs à vitesse fixe, dont le débit était régulé par registres § La mise en place de moteurs et variateurs ABB a permis au client d’économiser plus de 22 000€ § Temps de retour sur investissement : 3 -4 ans Economie d'énergie 400 MWh/an Réduction d'émission CO 2 200 tonnes/an Segment et application Energie, ventilateurs

Energie : Pompes de chauffage urbain § La société suédoise Mälarenergi AB a remplacé par des variateurs ABB les résistances et moteurs à bagues de ses pompes pour le chauffage urbain. § Puissance de chaque moteur : 1765 k. W. § Temps de retour sur investissement : moins d’un an. Economie d'énergie 1 008 MWh/an Réduction d'émission CO 2 504 tonnes/an Segment et application Energie, pompes

Pétrochimie : Pompes de Raffinerie § Une raffinerie saoudienne a été modernisée pour répondre à la future demande interne de produits raffinés § Plusieurs pompes à vitesse fixe ont été équipées de variateurs ABB Economie d'énergie Environ 18 700 MWh/an Réduction d'émission CO 2 Environ 9 350 tonnes/an Segment et application Pétrochimie, pompes

Chimie : Pompes et Ventilateurs § Une usine chimique chinoise a équipé ses pompes et ventilateurs à vitesse fixe de 8 variateurs ABB, pour une puissance installée total de 977, 5 k. W § Les applications tournent environ 8 000 heures par an § Economie d'énergie moyenne : 37% § Temps de retour sur investissement : environ 6 mois Economie d'énergie Environ 1 200 MWh/an Réduction d'émission CO 2 600 tonnes/an Segment et application Chimie, pompes et ventilateurs

Chimie : Ventilateurs § Un des principaux producteurs européens de fertilisants et de phosphates pour nourriture animale a équipé cinq ventilateurs de process avec des moteurs et variateurs ABB § Remplacement des moteurs existants et de la régulation mécanique du débit § La réduction annuelle de consommation d’électricité dépasse les 4 000 MWh § Baisse annuelle du coût énergétique : environ 150 000 € Economie d'énergie Environ 400 MWh/an Réduction d'émission CO 2 2 800 tonnes/an Segment et application Chimie, ventilateurs

Eau : Pompes de surpression § Un fournisseur chinois d’eau devait améliorer le rendement des pompes de surpression dans un station alimentant 200 000 personnes § Le système de vannage a été remplacé par des variateurs ABB § Résultat : environ 30% d’économie d'énergie Economie d'énergie Environ 1 000 MWh/an Réduction d'émission CO 2 500 tonnes/an Segment et application Eau, pompes

Eau : Pompes § Un fournisseur anglais d’eau a remplacé trois vieux variateurs (20 ans d’âge), qui étaient inefficaces, peu fiables et bruyants § Resultats : plus de 65% d’économie d'énergie et un temps de retour sur investissement de seulement sept mois Economie d'énergie Environ 143 MWh/an Réduction d'émission CO 2 63 tonnes/an Segment et application Eau, pompes

Eau : Pompes § Une ville néerlandaise exploite une station de traitement des eaux usées § Un ensemble de pompes transporte après collecte les eaux usées vers l’installation de traitement § 15 pompes fonctionnant auparavent en tout ou rien ont été équipées de variateurs ABB § Les économies d'énergie sont réalisées par temps sec Economie d'énergie Environ 150 MWh/an Réduction d'émission CO 2 75 tonnes/an Segment et application Eau, pompes

Eau : Pompes de distribution § Un fournisseur d’eau thaïlandais alimentant 11 millions de personnes en eau potable, devait améliorer l’efficacité de ses stations de pompage pour la distribution § 13 variateurs ABB, totalisant 13, 5 MW, ont remplacé les variateurs à courant de Foucault § Economies d'énergie : de 15 à 30% Economie d'énergie Environ 2 000 MWh/an Réduction d'émission CO 2 1 000 tonnes/an Segment et application Eau, pompes

Arcelor. Mittal : chaudières Arcelor. Mittal, France Une évaluation d’efficacité énergétique conduite par ABB dans une aciérie française d’Arcelor. Mittal a identifié 53 opportunités d’économies d’énergie représentant un montant potentiel d’économie de 13, 9 MUSD. Les économies en gaz ont été estimées à 8, 3 MUSD et celles en électricité à 6 MUSD. « Nous sommes très satisfaits des résultats, car ABB a clairement identifié les gisements d’économies d’énergie et comment les valoriser. Ce travail a vraiment été apprécié, c’est mieux qu’un audit » Jeroen van Lishout, Energy Manager, Arcelor. Mittal Europe

Arcelor. Mittal : chaudières § Arcelor. Mittal, résultats de l’audit énergétique d’ABB : § 2009 : passage de la 1ère chaudière en vitesse variable § 2011 : passage de la 2 e chaudière en vitesse variable § 2012 : 3 e chaudière? § Pour chaque chaudière : § Ventilateur de tirage : 1 variateur ACS 800 -07 -2120 -7 – 1700 k. W/690 V § Ventilateur de soufflage : 1 variateur ACS 800 -07 -0870 -7 – 710 k. W/690 V § Ventilateurs du shelter : 4 variateurs ACS 355 -03 E-12 A 5 -4 – 5, 5 k. W/400 V § Le tout mis en shelter spécifique

Arcelor. Mittal Fos : chaudières

Philippe Brem, septembre 2011 Efficacité énergétique : conclusion © ABB Group 07 November 2020 | Slide 95

Efficacité énergétique : contexte § Sans actions appropriées, on prévoit que la consommation mondiale d’énergie doublera entre 2010 et 2050 § A moyen ou long terme, les prix de l’énergie vont augmenter § Une croissance non maîtrisée de l’énergie fossile accélérera les changements climatiques

Efficacité énergétique Une approche gagnant-gagnant § La demande énergétique et les prix de l’énergie augmentent § L’Efficacité énergétique est une question fondamentale aussi bien au niveau national qu’international § C’est une exigence globale § Pour les utilisateurs l’Efficacité énergétique est une opportunité multiple § § Réduction des coûts § Contribution au développement durable § Image publique positive pour l’engagement environnemental Pour ABB l’Efficacité énergétique est § Un point-clé de notre mission § Une contribution au développement durable

Confidential © ABB Group January, 2009 | Slide 98