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Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v

Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 1/34 - Energétique avancée Process integration and exergy analysis Dr Francois Marechal Audit énergétique industriel Objectifs Ce cahier présente de manière succincte la méthodologie de l’audit énergétique d’un procédé industriel. Il couvre les points suivants : qu’est ce qu’un audit énergétique, quelle méthodologie adopter, quelle est la place de la méthode d’intégration énergétique dans cette démarche. Ce cahier est rédigé en Français Contenu Mise en situation - Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Approche du problème : holistique ...................................................................................... Le système énergétique ..................................................................................................... 1 Définition des objectifs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Méthodologie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Choix d’une année de référence et sélection du système.......................................................... Participants..................................................................................................................... Analyse des consommations énergétiques Energy Consumption Analysis (ECA).......................... Identification des solutions................................................................................................. Plan d’actions.................................................................................................................. Avantages – difficultés de l’approche proposée ..................................................................... Description du procédé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flowsheet.................................................................................................................... Energy flow diagram.......................................................................................................... Définitions des besoins................................................................................................... Définition du contexte opérationnel..................................................................................... Collecte des données. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facture........................................................................................................................... Data sheets...................................................................................................................... Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 2/34 - Relevés et système de contrôle ........................................................................................... Targeting monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références Bibliographiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 3/34 - Mise en situation - Introduction Vous êtes nouveau venu dans l’industrie x, revenant d’un congrès aux USA, votre patron a constaté par un calcul rapide que les performances énergétiques du procédé dont vous avez la charge ne sont probablement pas aussi bonnes que celles de vos concurrents. Il vous demande donc d’établir un plan d’actions afin de quantifier et d’améliorer les performances du procédé. Avec évidemment un minimum d’investissements ! Pouvez-vous néanmoins vérifier la faisabilité de la technologie “machin” dans notre procédé ? Approche du problème : holistique Confronté à ce problème, il convient d’adopter une méthodologie qui permettra d’étudier et d’analyser l’utilisation de l’énergie dans un système industriel. Pour l’audit énergétique, le problème qui se pose concerne différents aspects donnés ci.- dessous. Ceux-ci seront abordés de manière systémique i.e. on se réfèrera toujours au système : • qualifier et quantifier l’utilisation de l’énergie dans le système industriel étudié cette opération concernera tant la qualité de l’énergie utilisée : type de combustible, niveau de température, type de fluide, prix de revient ; que la quantité : débits (quantité par seconde) et quantité (annuelle ou par unité de produit) ; • calculer les performances du ou des procédés afin de pouvoir comparer ces performances avec d’autres procédés concurrents ; • calculer les performances des équipements afin de pouvoir identifier les sources d’inefficacités ou les unités qui sont « limite » ; • identifier les pistes d’amélioration de l’utilisation de l’énergie dans le procédé. Le système énergétique Il est important de toujours considérer le système étudié dans son ensemble et de préférence de choisir le système le plus large possible. Dans la plupart des cas, on se réfèrera à une frontière géographique. Qui identifie le système de production étudié. Dans la plupart des cas, cela représente également l’entité économique (émetteur et receveur de factures). Dans certains cas , il sera utile de considérer des systèmes très large. Par exemple dans le cas d’une entreprise internationale qui se lancerait dans de grands projets de cogénération : la vente d’électricité entre les sites de productions étend la limite du système au delà des frontières géographiques. Cela suppose bien sur de disposer d’un réseau de transfert d’énergie (électrique, gaz, transport, chauffage urbain,...). Comme le montrent les figures suivantes, un système peut-être de taille et de complexité différente suivant les cas. Un système énergétique peut être un équipement intégré (livré dans une « boite »), un procédé de production ou un ensemble de procédés de production sur un site de production. Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 4/34 - Système pile à combustible : exemple d’équipement intégré comprenant une unité de transformation du combustible (fuel processing), une unité de production d’électricité (pile à combustible à proprement parlé) et un système de post combustion dont l’énergie est utilisée pour satisfaire les besoins énergétique des autres unités (fuel processing). L’ensemble est intégré par l’intermédiaire non seulement des débits de matière mais également par les échanges de chaleur transférée au sein et entre les différents sous-systèmes. Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 5/34 - Exemple de procédé de production représenté par les sous sections courantes d’un procédé industriel : préparation des réactifs, transformation, purification, recyclage, traitement et conditionnement. Il est important de constater que les limites du système correspondent aux entrées et sortie dans les conditions d’ « équilibre » avec l’environnement, à savoir l’état des matières premières telles que livrées et l’état des produits tels que livrés aux transporteurs. Energétique Avancée – Process integration nom du chapitre Francois Marechal - v5.1.2004 - 6/34 - Dans le cas de site de production, le système comprend plusieurs procédés (5 dans l’exemple). Certain de ces procédés peuvent être endothermiques et d’autres exothermiques de sorte qu’ils sont intégrés à la fois au niveaux de débits de matières (souvent les sites de production sont justifiés lorsque certains sous-produits d’une fabrication permettent de produire d’autres produits valorisable sur le marché) mais sont également couplés d’un point de vue énergétique ( l’énergie de l’un est utiisée dans un autre). Dans ces systèmes, les besoins énergétiques (nets) sont satisfaits par une unité centralisée de transformation d’énergie et dans la plupart des cas, un vecteur énergétique est utilisé pour transporter l’énergie à l’endroit ou elle est utilisée (par exemple un réseau vapeur, de l’huile chaude ou de l’eau chaude). 1 Définition des objectifs La première étape d’un audit énergétique est la définition des objectifs : pourquoi désire-t-on réaliser un audit ? L’audit énergétique est en effet souvent réalisé non seulement pour réduire la facture énergétique d’un procédé mais de manière plus large pour augmenter les performances du ou des procédés étudiés. Nous donnons ci-dessous quelques objectifs qui peuvent être poursuivis lors de la réalisation d’un audit énergétique. Energétique Avancée – Process uploads/Industriel/ cahier-audit-2 1 .pdf