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3méthodes pour réduire le coût total de possession des systèmes de pompage Résu

3méthodes pour réduire le coût total de possession des systèmes de pompage Résumé analytique La part des coûts énergétiques dans le coût total de possession (CTP) des systèmes de pompage industriels ne cesse d'augmenter. Ces coûts représentent en effet 40 % du CTP d'une pompe classique. Il est possible de réduire la consommation électrique d'au moins 30 % grâce à la mise en place d'une gestion énergétique appropriée et d'une réduction simultanée des coûts de maintenance. Ce document vous explique comment réduire le CTP (coût Total de Possession) avec un investissement limité. de Lionel Gaudrel et Arnaud Savreux 998-2095-02-19-14AR0 3 méthodes pour réduire le coût total de possession des systèmes de pompage Livre blanc Schneider Electric Révision 0 Page 2 Quel que soit l'environnement dans lequel le système de pompage est utilisé (bâtiments, installations de distribution d'eau/de traitement des eaux usées, installations pétrolières et gazières), la consommation d'énergie a un impact majeur sur les coûts; Bien que les coûts en énergie électrique représentent 40 % du coût total de possession des systèmes de pompage (voir Figure 1), nombreuses sont les entreprises qui rechignent à mettre en place les mesures permettant de réduire les coûts grâce à l'amélioration du rendement. Les principaux obstacles à ces améliorations doivent être identifiés et surmontés :  Absence de mesures adaptées – L'efficacité énergétique n'est généralement pas intégrée à l'évaluation des performances. Dans la plupart des entreprises, l'approvisionnement énergétique et l'amélioration du rendement des opérations sont gérés par des services différents et utilisent des mesures hétérogènes.  Lacunes – Du fait de la méconnaissance généralisée des possibilités d'amélioration de l'efficacité énergétique, les entreprises passent à côté de nombreuses économies et autres avantages.  Peur d'investir – Le personnel d'exploitation hésite généralement à proposer des investissements déterminants ou même mineurs au service financier. Ce document explique comment la mise en œuvre d'un plan de gestion de l'énergie, ne nécessitant qu'un investissement limité, permettrait de réduire le CTP d'un système de pompage sans renoncer aux objectifs de durabilité. Un plan énergétique solide doit prendre en compte les trois étapes suivantes : 1. Gestion de l'efficacité énergétique 2. Gestion des actifs 3. Gestion des coûts énergétiques Pour les besoins de ce document, le terme de “système de pompage” inclut tous les éléments associés entre le point de raccordement au fournisseur d'électricité et le point d'utilisation finale. Ce document montre comment le déploiement de meilleures pratiques en matière de gestion énergétique permettrait de réduire de 20 % le CTP et d'obtenir un retour sur investissement (ROI) en 24 mois. Introduction Figure 1 Profil de coût d'une pompe classique sur l'ensemble de sa durée de vie (Avec l'aimable autorisation de Hydraulic Institute and Pump Systems Matter) 3 méthodes pour réduire le coût total de possession des systèmes de pompage Livre blanc Schneider Electric Révision 0 Page 3 L'efficacité énergétique est aujourd'hui une priorité absolue au niveau international, dans les pays industrialisés, comme dans les pays émergents. La conférence de Rio et le Sommet de la Terre de 1992, ainsi que le protocole de Kyoto de 1997, ont donné lieu à la signature d'un traité international fixant des objectifs contraignants en matière d'émission de gaz à effet de serre. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) et différentes organisations gouvernementales et non gouvernementales (ONG) s'accordent pour dire que la commercialisation de produits et des systèmes éconergétiques permettrait de réduire les émissions de CO2 et et de réaliser des économies d'énergie. Les problèmes sont liés à la nature de la production dans des environnements industriels en perpétuelle évolution. Les cycles de production, par exemple, sont influencés par des variables telles que la demande du marché, les conditions météorologiques et les réglementations locales. De ce fait, les exploitants d'usines et de bâtiments doivent connaître le mode et la période de l'utilisation de l'énergie pour minimiser la consommation et les coûts associés. La méthode de gestion de l'énergie d'un système de pompage décrite dans ce document tient compte de la nature des pertes de rendement au niveau de chaque élément du système, mais également du système global. Dans un système de pompage, les inefficacités proviennent généralement :  d'une inadéquation entre la pompe installée et les besoins réels du système (par ex., pompe sous-dimensionnée ou sur-dimensionnée).  d'une utilisation impropre des vannes de régulation et des technologies à clapet pour contrôler l'écoulement des fluides. Ces deux éléments montrent que le mode de contrôle d'un système de pompage joue un rôle majeur dans l'amélioration de son rendement. Les systèmes de contrôle sont également dotés d'éléments matériels et logiciels. Parmi les premiers, les entraînements à vitesse variable sont le principal vecteur d'amélioration du rendement. Figure 2 Énergie économisée avec des systèmes d'entrainement à vitesse variable/fixe à un débit de 100 % et de 60 %, selon la hauteur statique et la taille de la pompe. Le point de fonctionnement est représenté par l'intersection entre la courbe de la pompe et la courbe du système. Étape 1 : Gestion de l'efficacité énergétique 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 % Head % Flow Pump curve 100% speed System curve 0 0 20 40 60 80 100 % Flow 120 100 80 60 40 20 % power Throttled system curve at 60% flow 77.2% speed 46% savings Static head Friction head 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 % Head % Flow System curve 0 0 20 40 60 80 100 % Flow 120 100 80 60 40 20 % power Throttled system curve at 60% flow 100% Flow Pump curve 100% speed 92.6% speed 36% savings 20% savings 79.4% speed Scénario 1 Hauteur statique = 50 % de la hauteur du système Pompe adaptée au système Scénario 2 Hauteur statique = 85 % de la hauteur du système Pompe sur-dimensionnée pour le système 3 méthodes pour réduire le coût total de possession des systèmes de pompage Livre blanc Schneider Electric Révision 0 Page 4 L'exemple de la figure 2 de la page 3 compare deux installations (l'une dotée d'un entraînement à vitesse variable, l'autre d'un système de régulation mécanique avec entraînement à vitesse fixe) dans lesquelles les hauteurs statiques (différence de hauteur entre la source et l'utilisation finale) sont différentes.  À vitesse fixe (le système étranglé, par exemple), il est nécessaire d'ajouter une vanne de régulation dans le circuit hydraulique. Cette technique permet de régler le débit en augmentant ou en diminuant la résistance à l'écoulement. La courbe du système est ainsi modifiée. En revanche, la vitesse reste identique ; la courbe de la pompe ne change donc pas. Le débit est correct mais la hauteur est beaucoup plus élevée que celle nécessaire, ce qui donne lieu à de faibles économies d'énergie.  Si un entraînement à vitesse variable est utilisé, la courbe du système ne change pas. La courbe de la pompe change en fonction du débit et du point de fonctionnement de la pompe (règles d'hydraulique qui expriment la relation entre des variables intervenant dans la performance de la pompe, comme la hauteur, le débit volumétrique, la vitesse de l'arbre et la puissance). Le réglage de vitesse en fonction des besoins du processus permet de réaliser des économies d'énergie significatives. Les économies d'énergie dépendent de la hauteur statique : plus elle est basse, plus les économies sont importantes (de même que la plage de variation de la vitesse). Pour obtenir une action de pompage, il faut produire suffisamment de puissance pour compenser la hauteur statique. La perte de charge est la hauteur nécessaire pour pousser le liquide dans la conduite et les raccords. Elle dépend du débit, de la taille de la conduite et de la viscosité.  Scénario 1 (Figure 2) : la hauteur statique représente 50 % de la hauteur du système et la pompe est adaptée à la hauteur et au débit du système. À un débit de 100 %, la puissance consommée par la pompe est la même avec un entraînement à vitesse fixe et à vitesse variable. À un débit de 60 %, les économies d'énergie résultant de l'utilisation de l'entraînement à vitesse variable représentent 46 %.  Scénario 2 (Figure 2) : la hauteur statique représente 85 % de la hauteur du système et la pompe est sur-dimensionnée de 20 %. Dans la pratique, 75 % des pompes sont surdimensionnées (de 10 à 30 %) afin de répondre au pic de production prévu sur la durée de vie de la pompe, d'anticiper les besoins futurs ou de rationaliser le stock de pièces détachées. Un entraînement à vitesse variable permet de faire 20 % d'économies d'énergie à un débit de 100 % et 36 % à un débit de 60 %. Le changement du point de fonctionnement sur la courbe de la pompe modifie également le rendement de la pompe. La pompe atteint son rendement maximum à pleine capacité. C'est ce que l'on appelle le point de rendement maximal (PRM). En termes de conception et de fonctionnement d'une installation, l'objectif est de s'approcher le plus du PRM. uploads/Management/3meth-reduc-cout-pomp.pdf