CHAPITRE IV : ANALYSE DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE DE
4.5. Facteurs influençant la consommation électrique
4.5.3. Facteur de puissance
La norme impose un facteur de puissance de 0,90. On remarque que certains moteurs ne respectent pas cette norme, c’est le cas des moteurs Auxi broy + séparateur, le compresseur RENNER et GA55 FF ainsi que les moteurs
se trouvant à l’ensachage. Or la faible valeur du facteur de puissance réduit la durée de vie des moteurs et des transformateurs. En effet, un faible facteur de puissance est dû à un grand appel de puissance réactive. Cette puissance réactive supplémentaire entraîne l’existence d’un courant réactif plus élevé que la normale ; donc d’un intense courant apparent. Ce dernier, circulant dans les enroulements des moteurs et transformateurs, crée un échauffement supplémentaire (pertes cuivre). A long terme, cet échauffement entraîne la perte de résistance des enroulements et alors les moteurs ou transformateurs sont détruits.
En résumé, l’analyse du réseau ainsi faite nous a permis de connaitre les paramètres qui agissent sur la consommation électrique. Le chapitre qui suit nous présentera des mesures correctives pouvant permettre de diminuer cette surconsommation.
Chapitre V : Résultats et mesures correctives suite à l’analyse de la consommation électrique
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L’analyse énergétique des pôles de consommation électrique étudiés au chapitre précédent font ressortir des informations intéressantes quant à la gestion de l’énergie électrique au sein de la CIMBENIN S.A. Ce qui nous aide dans l’élaboration des recommandations. Le présent chapitre a donc pour but de donner des recommandations et suggestions au vu des résultats issus des analyses précédentes issues de cette première analyse.
5.1. Système d’éclairage
Le système d’éclairage de la CIMBENIN S.A souffre de plusieurs défaillances au niveau de l’usage des luminaires selon nos constats. Ces défaillances sont entre autres la négligence observée au niveau de l’extinction de l’éclairage lorsque le besoin ne se fait pas sentir ; un mauvais entretien des luminaires surtout au sein de l’usine ; l’efficacité des luminaires eux-mêmes etc.
5.1.1. Extinction & entretien des luminaires
Ce qui saute aux yeux lors d’une première analyse, est qu’il y a des luminaires allumés même lorsque l’on n’en a pas besoin notamment en pleine journée dans des zones éclairées telles que l’atelier central, la salle de permanence de l’usine etc…. Cette situation se fait surtout remarquer au niveau des luminaires commandés manuellement. Il faut noter aussi qu’à cause de la
CHAPITRE V :
RESULTATS ET MESURES CORRECTIVES SUITE A L’ANALYSE DE LA
CONSOMMATION ELECTRIQUE
Chapitre V : Résultats et mesures correctives suite à l’analyse de la consommation électrique
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quasi-existence en permanence de poussières, les luminaires extérieurs sont recouverts d’une couche de poussières qui limite l’efficacité de ceux-ci.
5.1.2. Efficacité des lampes
La grande majorité des lampes destinées à l’éclairage extérieur et quelques-unes de l’éclairage intérieur sont des lampes incandescentes. Or, ces lampes ne sont pas les plus efficaces disponibles aujourd’hui. Ce qui occasionne une surconsommation électrique du système d’éclairage. Il faut également noter que la poussière étant quasiment permanente au sein de l’usine, la plupart des lampes en sont recouvertes ; ce qui entraîne également des surcoûts.
Photo 5.1. : Lampe recouverte de poussière
5.1.3. Solutions d’économie financière & d’énergie
Le pôle de consommation ‘’luminaires’’ présente comme expliqué plus haut un certain nombre de situations dont la résolution entraîneront une baisse de la consommation énergétique de ce pôle, ces situations sont que plusieurs luminaires restent allumés aussi bien de jour comme de nuit. Par exemple, à l’ensachage, à l’atelier mécanique et au magasin d’outillage, les lampes restent allumées en permanence. Alors qu’en journée, l’éclairage est suffisant pour y
voir clair dans ces lieux. Partant de là, nous pouvons évaluer les gains qu’occasionnerait une correction à ce niveau-là.
En supposant que les lampes sont uniquement allumées de 18h à 7h, et allumées 2h par jour en moyenne pour des interventions ; on a :
Δ𝐸 = (24 × 0,04 + 0,05 × 4 + 14 × 0,02) × 9 × 365 Δ𝐸 = 4730,4 𝑘𝑊h en moyenne par an économisé.
Nous aboutissons à une économie financière annuelle de 368.971,2 FCFA (4730,4 × 78 lampes).
Un autre constat est que beaucoup de lampes utilisées au sein de l’usine sont des lampes à incandescence ou fluorescence. Nous proposons un remplacement systématique de toutes ces lampes par des lampes LED plus économiques.
5.1.4. Comparaison économique des deux types de lampes
Nous baserons nos comparaisons sur une durée de 7 ans (durée de vie des LED à utiliser), puis nous ferons la moyenne annuelle en termes d’économie.
Efficacité lumineuse
C’est la grandeur la plus importante lorsqu’il s’agit de comparer deux luminaires entre eux. Elle se définit comme le rapport entre le flux lumineux et la puissance consommée [2].
El = F/P
L’efficacité lumineuse des projecteurs LED est de 100 lm/W ; c’est-à-dire que les LED émettent un flux lumineux de 100 lm pour chaque watt consommé contre seulement 15 lm/W pour les anciens ballons à incandescence.
Durée de vie & cout d’acquisition
Les projecteurs LED ont une plus grande durée de vie de 30.000h pour une utilisation journalière de 13h, soit 13h × 365j = 4745h environs de fonctionnement par an pour un prix d’achat de 155000 FCFA. Le remplacement
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de ce type de projecteurs en usage à la CIMBENIN se fera donc tous les 6 ans et 4 mois environ (30.000/4745 = 6,32 ans)
PROJECTEUR LED : remplacer combien de fois ce type de projecteurs ?
Durée de vie en fonctionnement = 2000/4745 = 0,42 ans soit 154 jours environs. Au bout des 7 ans, il faudra remplacer 16 fois cet ancien type de lampadaires. Ce qui coûterait à l’entreprise un montant de (16 × 38669 FCFA) 618704 FCFA contre 155000 FCFA pour le seul projecteur LED utilisé. De cette analyse, il revient que la CIMBENIN S.A fait une économie de montant :
E = (618704 -155000) × 49 = 22.721.496 FCFA sur l’ensemble des 49 lampadaires incandescents.
Energie consommée & facturation
Les projecteurs LED ont une consommation énergétique annuelle de 374.4 kWh ; donc au bout de 7 ans, chaque projecteur LED aura consommée environs 2620.8 kWh. En basant nos calculs sur le tarif appliqué par la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) l’usine toujours en vigueur est de 78 FCFA/kWh, les LED coûteront à la société (78 × 2620.8) 204.422,4 FCFA environ ; soit 100.116.697,6 FCFA pour les 49 projecteurs.
En effectuant la même analyse pour les anciens lampadaires qui ont une consommation de 702 kWh chacun, au bout de 7 ans et pour 49 lampadaires, la CIMBENIN déboursera environ (702 × 7× 49 × 78) 18.781.308 FCFA.
Un simple coût d’œil permet de se rendre compte que les projecteurs LED font gagner à la CIMBENIN un montant de 81335389,6 FCFA si elles sont utilisées à la place des anciens projecteurs ; soit un gain de 104.056.885,6 FCFA (81335389,6 +22.721.496) d’économie réalisée au bout de 7 ans, soit en moyenne 14.865.269,371 FCFA par an.
En adoptant les mêmes considérations pour les tubes fluorescents de 20, 40 et 65 w à remplacer par des lampes LED, nous suggérons également à la CIMBENIN que le remplacement des lampes fluorescentes de 20W qui ont une durée de vie de 1000h et un flux lumineux de 60 Lm soit principalement fait par les ampoules LED de 7W qui ont une plus grande durée de vie de 20.000h pour une utilisation journalière de 13h, soit 13h × 365j = 4745h environ de fonctionnement par an pour un prix d’achat de 3.500 FCFA. Le remplacement de ce type de lampe LED en usage à CIMBENIN se fera donc tous les 4 ans et 3 mois environ (20.000/4745 = 4,22 ans)
Ampoule LED de 7W
Modelé : LED B22 E27
Faible consommation
Economise 85 par rapport à une ampoule classique
Chargement automatique de 5 à 10heures
Autonomie jusqu’à 4heures en cas de coupure électrique
Flux lumineux est 100Lm
Nous obtenons le tableau suivant : avec pour temps de fonctionnement annuel de 4745h par an.
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Tableau 5.1. : Remplacement des tubes fluo par des LED
Pnomfluo/PnomLED
40/20 303 57509,4 4485733,2 28754,7 2242866,6 28754,7 2242866,6
65/20 11 3392,675 264628,65 1043,9 81424,2 2348,775 183204,45
Total 36655,125 2.859.099,75
En somme, les recommandations concernant les luminaires rapporteront à la CIMBENIN S.A, la somme de :
B = 14.865.269,371 + 368.971,2 + 2859099,75 ; soit 18.093.340,321 FCFA par an.
Cette économie ne représente certes pas grand-chose pour l’industrie au vu de tout ce qu’elle engrange comme bénéfice de la vente du ciment, mais elle lui permet tout de même de réduire ses charges, et donc d’augmenter ses bénéfices.
Enfin, on constate un entretien quasi nul de certaines lampes comme celles de hall à clinker par exemple. Dans des enceintes pareilles où la poussière et la chaleur sont quasi permanentes, un entretien plus poussé doit être apporté à ces lampes qui, du fait de la chaleur et de la poussière, consomment plus d’énergie.
5.2. Climatisation
5.2.1. Problèmes liés à la climatisation
La climatisation représente un poste important de consommation d’énergie électrique. Ainsi, toute négligence en ce qui concerne la gestion efficiente de l’énergie dédiée à ce poste est une énorme perte. Mais avant de parler des irrégularités observées, il serait opportun de notifier à l’actif de la CIMBENIN que la plupart des bureaux disposent de baies vitrées. Ce qui limite grandement les infiltrations d’air extérieur dans ces bureaux. Quand on rentre dans certains bureaux, ce qui retient tout d’abord l’attention, c’est la température des lieux. Nous avons donc comme remarques, en climatisation :
La température trop basse en certains endroits. Nous avons relevé des températures descendant jusqu’à 16°C. Ceci occasionne une consommation électrique supplémentaire si l’on sait de manière empirique qu’une augmentation de 3°C entraîne une réduction de 10% de la consommation électrique du climatiseur [7] ;
les ouvertures créées lors de la pose des climatiseurs fenêtres ne sont pas bien refermées. Il s’ensuit donc une infiltration qui augmente donc la charge du climatiseur ;
dans quelques bureaux, il a été pratiqué, sur les baies vitrées, des petits trous. Selon toute évidence, leur utilité serait de pouvoir communiquer avec l’extérieur. Mais puisque ces trous ne lient pas deux espaces climatisés, l’infiltration tend également à augmenter la charge du climatiseur ; nous préconisons, dans ce cas, l’utilisation de ventilateurs plafonniers dans ces salles où la présence d’ouvertures est nécessaire.
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Photo 5.2. : Type d’ouverture augmentant la consommation électrique au niveau des climatiseurs
Photo 5.3. : Condenseur d’un climatiseur encrassé
L’entretien des climatiseurs ne se fait pas de façon régulière, d’où le colmatage des condenseurs au fil du temps et par ricochet une plus grande consommation d’énergie ;
la lampe est laissée allumée dans certains bureaux qui bénéficient déjà de la lumière naturelle. Ces luminaires dégagent de la chaleur et cette chaleur vient s’ajouter à la charge que représentait le bureau ;
dans certains bureaux, les occupants oublient d’éteindre la climatisation en rentrant chez eux ;
quelques locaux climatisés disposent encore de fenêtres à volets non étanches lorsque fermées.
Le cumul de ces divers points que nous avons pu relever représente un important facteur de gaspillage d’énergie électrique.
5.2.2. Solutions d’économies au niveau des climatiseurs
Il est à noter, d’autres situations moins significatives que celles énumérées ci-dessus, mais qui pourraient être évitées toujours dans le souci d’économiser de l’énergie.
L’utilisation de thermostat dans la plupart des salles sera par exemple à reconsidérer.
Très peu d’usagers et même certains artisans frigoristes formés sur le tas comprennent l’utilité d’un thermostat, à plus forte raison son utilisation. Dans la perception générale, plus la température est basse, plus le climatiseur est performant et produit plus de frigories. Ainsi, les climatiseurs munis de commande sont réglés à 18°C, voire quelques fois 16°C, alors que pour ceux à commande manuelle, le bouton de réglage est poussé à fond. Il a été déterminé, de façon empirique, que des gains substantiels allant jusqu’à 40% de réduction du temps de fonctionnement, et donc d’économie d’énergie, peuvent être réalisés pour une consigne qui passe de 18°C à 23-24°C [10].
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En prenant en compte le fait que certains utilisateurs règlent déjà correctement la température de leur bureau, nous avons fixé à 15% les économies découlant de cette mesure.
L’économie d’énergie engendrée par l’augmentation du point de consigne dépend cependant de plusieurs facteurs à savoir :
La saison (chaude ou froide). Le COP et la demande frigorifique sont liés à l’écart de température entre le local et l’extérieur ;
Le dimensionnement du climatiseur par rapport à la charge thermique. Si la capacité du climatiseur est supérieure à la demande de pointe, il peut y avoir des risques de surconsommation lorsque le thermostat est réglé à une température trop basse. Par contre, si le climatiseur a été sous dimensionné (effet plus ressenti en saison chaude), le relèvement du point de consigne n’apportera pas d’amélioration, ni dans le confort des occupants du local, ni dans la consommation énergétique ; le thermostat ne coupera jamais.
L’expérience dans le domaine de la climatisation au Bénin, où plusieurs prestataires de service ne maîtrisent pas les techniques de climatisation, est de sur dimensionner les équipements pour se mettre à l’abri des plaintes des clients.
Ainsi, le relèvement du point de consigne est une mesure capitale.
La plupart des climatiseurs sont équipés de thermostats à priori fonctionnels.
L’implantation de la mesure va toutefois nécessiter une vérification du fonctionnement des thermostats et le remplacement de ceux défectueux. La vérification, le réglage et la gestion des thermostats seront confiés aux agents assurant la maintenance des climatiseurs. Ils seront dirigés par un superviseur.
La méthodologie à mettre en œuvre consistera à la sensibilisation des usagers, des visites régulières pour s’assurer du respect des consignes qui devront faire l’objet d’une procédure écrite.
Certaines salles de l’usine telles que les guichets et la guérite nécessitent des ouvertures pour communiquer avec l’extérieur. Ces ouvertures entraînent une surconsommation au niveau des climatiseurs dans ces
salles ; nous recommandons donc le remplacement des climatiseurs dans ces salles par des ventilateurs plafonniers, ce qui entraînera une baisse globale de la consommation électrique.
Une sensibilisation s’avère nécessaire pour informer les usagers de la CIMBENIN sur le risque de trop baisser la température au niveau des climatiseurs, généralement, une différence de 5° C avec la chaleur extérieure suffit au confort des salariés et des clients. D’ailleurs, une trop grande différence entre la température intérieure et extérieure comporte des risques pour la santé. D’autres attitudes d’économie d’énergie dans le bâtiment sont entre autres :
aux heures chaudes, ouvrir les fenêtres tôt le matin pour faire circuler l'air.
humidifier l’air en plaçant des points d’eau à proximité des ventilateurs de façon à provoquer une évaporation naturelle (quand l'eau passe de l'état liquide à la vapeur, elle absorbe de la chaleur)
les plantes vertes dans les locaux contribuent aussi au rafraîchissement de l’air intérieur.
éviter d'utiliser des sources de chaleur, telles que les halogènes.
entretenir et faire contrôler régulièrement les équipements afin de les conserver dans un état de marche optimal et d’éviter tout risque sanitaire. Nous avons remarqué sur le terrain, une insuffisance quant à la fréquence d’entretien des climatiseurs, compte tenu du nombre réduit de personnes allouées à cette tâche ; plusieurs condenseurs sont colmatés par du ciment et évacuent donc difficilement la chaleur dans le milieu extérieur.
Contrôler régulièrement et réparer, les cas échéants, les fuites de fluides frigorigènes qui sont une cause de la baisse de performances de l’installation (vérification annuelle obligatoire de l’étanchéité).
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5.3. Moteurs électriques
Le bilan énergétique nous montre que les moteurs constituent indéniablement les premiers consommateurs de l’énergie électrique dans l’entreprise. Il a fallu donc se pencher un peu plus sur ceux-ci car une réduction, ne serait-ce que d’un petit pourcentage de leur consommation, influerait beaucoup sur la facture d’électricité. Ce qui nous frappe, en premier lieu, est que certains moteurs ont une durée d’utilisation utile qui atteint à peine la moitié de leur durée de fonctionnement. Cet état des choses se vérifie surtout au niveau des moteurs réservés au chargement de matières premières. On se rend également compte que les filtres situés au pied de l’élévateur de matières premières et sur la bande M1.6 démarrent automatiquement lors de n’importe quel chargement. Or, ces filtres ont été installés à cause du clinker qui produit beaucoup de poussière. Il en ressort donc que les moteurs de ces filtres utilisent de l’énergie inutilement en ces instants-là.
Au vu de nos remarques, nous recommandons des moteurs à haut rendement dont nous faisons une étude de réalisabilité ci-dessous.
5.3.1. Solutions technologiques
Les moteurs électriques sont les gros consommateurs d’énergie au sein de la CIMBENIN S.A avec un pourcentage de 81,7% de l’énergie totale consommée à tous les pôles de l’entreprise.
Les moteurs électriques efficaces sont, en apparence, identiques aux moteurs standards. Ils utilisent toutefois moins d’électricité pour produire le même travail que les moteurs électriques standards. Ils s’utilisent de la même manière et s’installent aux mêmes endroits. Théoriquement, l’efficacité d’un moteur idéal est de « 1 », ce qui signifie que 100 % de l’énergie électrique consommée par le moteur serait transmise dans son arbre. En pratique, il y a des pertes énergétiques dues à la résistance électrique des enroulements du moteur et aux frictions mécaniques des parties mobiles. Ces pertes se diffusent en chaleur.
Les moteurs les plus efficaces sont ceux dont le rendement à charge nominal est le plus près possible de 1.
Une autre variante, qui permet d’économiser encore plus d’énergie, est l’utilisation de moteurs électriques efficaces à régime variable, c’est-à-dire que la vitesse de rotation du moteur s’ajuste à la demande de puissance. Cette option permet d’obtenir un rendement optimum en tout temps.
En résumé, l’efficacité énergétique dans le cas d’un moteur électrique présente trois aspects :
- Faites fonctionner le moteur entre 70% à 80% de leur puissance nominale;
- Adaptez la vitesse de rotation du moteur à la vitesse des machines qu’il entraine par des variateurs électroniques de vitesse ;
- Pensez aux moteurs à pertes réduites (moteur à haut rendement) qui améliorent le rendement de 2 à 5% ainsi que celui du facteur de puissance.
- De plus, la gestion des actionneurs du process est un peu plus délicate car il faudra prendre en considération l’usage qu’on en fait. Néanmoins, nous avons noté plusieurs paramètres sur lesquels on peut agir pour diminuer la consommation énergétique :
Sensibiliser les opérateurs afin qu’ils évitent de laisser les moteurs tourner à vide en l’absence de matières (transport de matières, élévateurs, aéroglissières etc) ;
Sensibiliser les opérateurs afin que les auxiliaires des moteurs principaux des ateliers soient mis à l’arrêt quand le moteur principal ne fonctionne pas (transport poussière, bandes transporteuses, auxiliaires du broyeur) ;
- Dans le cadre de notre travail et au vu des analyses sur le terrain, nous proposons comme solution l’utilisation des moteurs à haut rendement vu que ces moteurs sont en fonctionnement continu. Le tableau 5.2 ci-dessous présente l’avantage de l’utilisation de ceux-ci.
Chapitre V : Résultats et mesures correctives suite à l’analyse de la consommation électrique
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Tableau 5.2. : Comparaison entre un moteur efficace et un moteur à haut rendement [5]
5.3.2. Estimation des économies à réaliser par l’utilisation des moteurs à haut rendement
Considérons un moteur standard de 75kW et un moteur à haut rendement de même puissance avec les caractéristiques ci-après :
Moteur standard :
Puissance nominale 𝑃𝑛 = 75kW
Rendement Rs = 85,5% (Aux vues de la vieillesse de la plupart des moteurs actuels à la CIMBENIN S.A)
Moteur à haut rendement : Puissance nominale 𝑃𝑛 = 75kW Rendement Rh = 94%
Temps de fonctionnement moyen par année : T= 6000 heures Rapport de charge RC des moteurs : RC = 75%
Coût de l’énergie : C = 78 FCFA le kWh Prix du moteur standard : 1 250 000 FCFA
Prix du moteur à haut rendement : 1 425 000 FCFA Calcul des kW épargnés
kW épargnés = 𝑃𝑛 × [1
𝑅𝑠− 1
𝑅ℎ] = 75 × [ 1
0,855− 1
0,94 ] = 7,93 kW Calcul de l’économie financière sur l’énergie :
0,94 ] = 7,93 kW Calcul de l’économie financière sur l’énergie :