Surveillance et mesurage

[55, Best practice programme, 1998, 56, Best practice programme, 1996, 98, Sitny, 2006].

La surveillance et le mesurage sont une partie essentielle de la vérification dans un SM2E (voir Section 2.1 (f) (i)), car on les trouve dans tout système de gestion de type « planifier – développer (réaliser) – contrôler (vérifier) - agir ». La présente section étudie certaines techniques possibles pour mesurer, calculer et surveiller les caractéristiques clés du fonctionnement et des activités susceptibles d'avoir un impact significatif sur l’efficacité énergétique. La Section 2.15.1 présente aussi la collecte des données, les bases de données et

l'automatisation des systèmes de contrôle et des équipements, en particulier plusieurs systèmes interconnectés, afin d'optimiser leur consommation d’énergie.

La mesure et la surveillance sont susceptibles de faire partie du contrôle des procédés (voir Section 2.8) et des audits (voir Section 2.11). La mesure est importante si l’on veut acquérir des informations fiables et traçables sur des points ayant une influence sur l'efficacité énergétique, à la fois pour les quantités (MWh, kg vapeur, etc.) mais aussi pour les qualités (température, pression, etc.), selon le vecteur (vapeur, eau chaude, refroidissement, etc.). Pour certains vecteurs, il peut être tout aussi important de connaître les paramètres du vecteur énergétique dans les circuits de retour ou les rejets d’effluents (par ex. rejets de gaz résiduaires, d'eau de refroidissement) pour pouvoir établir des analyses et des bilans énergétiques, etc. (voir la rubrique Exemples, Section 2.12).

Un aspect clé de la surveillance et de la mesure est de permettre l’établissement d'une comptabilité des coûts fondée sur les consommations d'énergie réelles, et non pas sur des valeurs arbitraires ou estimées (qui peuvent être périmées). Ceci crée une dynamique du changement aux fins d'améliorer l’efficacité énergétique. Toutefois, dans les usines existantes, il peut être difficile de mettre en œuvre de nouveaux dispositifs de surveillance, par exemple il peut s'avérer difficile de trouver les longueurs de tuyau requises pour offrir des zones basses de non turbulence pour la mesure du débit. Dans de tels cas, ou si les consommations d'énergie de l'équipement ou de l'activité sont relativement faibles (par rapport au système ou à l’installation plus grande dans laquelle ils se trouvent), on peut toujours utiliser des estimations ou des calculs.

La présente section ne traite pas de la documentation ni des autres procédures requises par tout système de management de l’efficacité énergétique.

En outre, les flux de matières sont souvent mesurés pour le contrôle des procédés, et ces données peuvent être utilisées afin d'établir des indicateurs de l’efficacité énergétique, etc. (voir Section 1.4).

2.10.1 Techniques de mesure indirecte Description

Le balayage infrarouge des machines lourdes fournit une preuve photographique des points chauds à l’origine de pertes d’énergie et de contraintes inutiles sur les pièces en mouvement.

Ceci peut être utilisé dans le cadre d'un audit.

La température de fonctionnement des équipements critiques ayant une incidence sur la consommation d'énergie, par exemple, des paliers, des condensateurs (voir Section 3.5.1) et d'autres équipements peut faire l'objet d'une surveillance continue ou à intervalles réguliers : lorsque le palier ou la capacité commencent à être défectueux, la température de leur carter s'élève.

Il est possible d'effectuer d'autres mesures pour d’autres changements qui se traduisent par des pertes énergétiques, comme une augmentation du bruit, etc.

Avantages obtenus pour l’environnement Économies d'énergie.

Effets croisés Aucun connu.

Données opérationnelles

Voir la rubrique Description, ci-dessus.

Applicabilité

Utilisation très répandue.

Aspects économiques Au cas par cas.

Agent moteur pour la mise en œuvre

En tant que partie de la maintenance préventive :

 évite une fermeture imprévue de l'usine

 permet un remplacement planifié des pièces

 prolonge la durée de vie des équipements, etc.

Exemples

 Utilisation très répandue, par ex. Aughinish Alumina (AAL), Ireland.

 Voir Sections 3.2, 3.7, etc.

Références bibliographiques

[161, SEI, 2006, 183, Bovankovich, 2007]

2.10.2 Estimations et calculs Description

Il est possible d'effectuer des estimations et des calculs de la consommation d'énergie des équipements et des systèmes, qui se fondent habituellement sur les spécifications des fabricants ou des concepteurs. Les calculs reposent souvent sur un paramètre facile à mesurer, par exemple avec un compteur de fonctionnement–heures sur les moteurs et les pompes. Toutefois, dans de tels cas, d'autres paramètres, tels que la charge ou la hauteur de charge et les rpm (rotation par minute) doivent être connus (ou calculés) car cela a un effet direct sur la consommation d'énergie. Le fabricant d'équipements fournit, en principe, ces informations.

Un large éventail de calculateurs sont disponibles sur Internet (voir la rubrique Références bibliographiques ci-dessous, et dans des sections spécifiques de ces documents). Ils sont généralement destinés à évaluer les économies d'énergie pour divers équipements.

Avantages obtenus pour l’environnement

Facilite l'identification des possibilités d'économie d'énergie et la réalisation d’économies d’énergie.

Effets croisés Aucun connu.

Données opérationnelles

Voir la rubrique Description, ci-dessus.

Applicabilité

Utilisation très répandue. L'application de calculateurs devrait être prise en considération par rapport aux possibilités d'économies de coûts avec une mesure ou un comptage plus précis, même sur une base temporaire.

Redoubler de prudence avec les calculateurs en ligne :

 Ils peuvent avoir pour fonction de comparer le coût des utilités provenant de différents fournisseurs

 le conseil énoncé à la Section 2.2.2 est important : il faut tout d'abord prendre en considération l'ensemble du système dans lequel l'équipement est utilisé plutôt qu'une partie d’équipement individuel

 les calculateurs en ligne peuvent être trop simplistes et ne pas tenir compte de la charge, de la hauteur de charge, etc. (voir la rubrique Description, ci-dessus).

Un problème rencontré avec les estimations et des calculs réside dans le fait qu'ils peuvent être utilisés de manière répétée, d'une année sur l'autre, et que la base initiale risque d'être perdue, vide ou inconnue. Ceci peut conduire à des erreurs coûteuses (Voir Exemples, à l’Annexe 7.7.1). La base des calculs doit être révisée régulièrement.

Aspects économiques

Aucun investissement en équipement n’est requis ; le temps consacré par le personnel à effectuer des calculs précis doit être pris en compte, de même que l’analyse des coûts et des risques imputables à des erreurs.

Agent moteur pour la mise en œuvre Économies de coûts.

Exemples

Utilisation très répandue. Pour des exemples de calculateurs en ligne, voir la rubrique Références bibliographiques ci-dessous.

Références bibliographiques [270, Tempany, 2008]

Une recherche sur Internet portant sur les « calculateurs d'efficacité énergétique industriels » a donné les résultats suivants qui n'ont pas été validés (remarque : ces sites peuvent changer au fil du temps ou cesser d'exister) :

 centre de calculateurs en ligne. Liste importante de calculateurs : http://www.martindalecenter.com/Calculators1A_4_Util.html

 Le site ci-après est conçu comme un guide pour les directeurs des petites et moyennes usine de fabrication afin de leur permettre d’évaluer les économies potentielles d’énergie et d’argent qu’ils peuvent obtenir grâce à une mesure de conservation de l’énergie :

http://www.ceere.org/iac/assessment%20tool/index.html

 calculateurs d’énergie et outils d’analyse comparative :

http://energypathfinder.blogspot.com/2007/02/energy-calculators-and-benchmarking.html

 activités générales, éclairage, équipements, équipements de bureau.

http://www1.eere.energy.gov/femp/procurement/eep_eccalculators.html

 calculateurs pour variateurs de vitesse (EVV) : ventilateurs, pompes, eau chaude/refroidie, tour de refroidissement :

http://www.alliantenergy.com/docs/groups/public/documents/pub/p010794.hcsp

 éclairage :

http://www1.eere.energy.gov/femp/procurement/eep_hid_lumen.html

 chaudières, CVC, éclairage, variateur de vitesse :

http://www.alliantenergy.com/docs/groups/public/documents/pub/p013446.hcsp

 calculateur d’intensité énergétique - gigajoule :

http://oee.nrcan.gc.ca/commercial/technical-info/tools/gigajoule.cfm ?attr=20

 rendement des chaudières :

http://oee.nrcan.gc.ca/industrial/technical-info/tools/boilers/index.cfm ?attr=24

 pertes thermiques, bâtiments industriels

http://www.energyideas.org/default.cfm ?o=h,g,ds&c=z,z,2633

2.10.3 Systèmes de mesure et systèmes de mesure avancée Description

Les compteurs d’utilités classiques mesurent simplement la quantité d’un vecteur d’énergie consommé dans une installation, une activité ou un système. Ils permettent d’établir des factures d’énergie pour les installations industrielles et sont, en principe, relevés manuellement.

Toutefois, les progrès technologiques modernes se sont traduits par des compteurs meilleur marché, qui peuvent être installés sans que soit interrompue la fourniture d’énergie (lorsqu’ils sont montés avec des capteurs de courant à noyau ouvrant) et nécessitent beaucoup moins d’espace que les compteurs plus anciens.

Les systèmes Advanced Metering Infrastructure (Infrastructure de comptage avancée, AMI) ou Advanced Metering Management (Management de comptage avancé, AMM) font référence à des systèmes qui mesurent, recueillent et analysent l’utilisation de l’énergie, grâce à des dispositifs modernes tels que les compteurs d’électricité, les compteurs de gaz, et/ou les compteurs d’eau, par le biais de divers moyens de communication à la demande ou selon un calendrier prédéfini. Cette infrastructure comprend des matériel et logiciel pour la gestion des communications, des systèmes associés aux clients et des données relevées aux compteurs.

Les centres de comptabilisation de l’énergie sont des unités sur le site dans lesquelles la consommation d'énergie peut être reliée à une variable de production telle que le volume de production (voir Section 1.4). La Figure 2.8 représente un exemple de structure d’un système de mesure avancé.

Un système de mesure avancé est indispensable pour des systèmes de gestion de l’énergie automatisés, voir Sections 2.15 et 2.15.2.

Figure 2.8 : Structure d’un système de mesure avancé [98, Sitny, 2006]

Avantages obtenus pour l’environnement Meilleur contrôle de l’utilisation de l’énergie.

Effets croisés Aucun.

Données opérationnelles

Permet une mesure précise de la consommation d’énergie au bénéfice des centres de comptabilisation de l’énergie, au sein d’une installation, avec des unités et des systèmes spécifiques.

Applicabilité

Là où il existe plusieurs systèmes unitaires utilisant de l’énergie

Plusieurs études montrent qu’il existe une raison majeure pour ne pas mettre en œuvre les techniques d’efficacité énergétique, à savoir que l’incapacité des responsables d’unité individuelle à identifier et à contrôler leurs propres coûts énergétiques. C’est pourquoi, ils ne retirent aucun bénéfice des actions qu’ils entreprennent.

Aspects économiques

Allocation des coûts en fonction de l’utilisation.

Agent moteur pour la mise en œuvre Voir la rubrique Aspects économiques.

Exemples

Voir Annexe 7.7.1

Références bibliographiques [183, Bovankovich, 2007]

Verrerie Schott : [127, TWG]

Hôpital Atrium, Heerleen, NL [179, Stijns, 2005].

2.10.4 Mesure de débit avec faible perte de charge dans les canalisations Description

La mesure de débit est utilisée dans les fluides tels que les matières premières et les produits liquides et gazeux, l’eau (eau brute, eaux des chaudières et des procédés, etc.), vapeur, etc. En règle générale les débits sont mesurés en créant artificiellement une perte de charge à travers un diaphragme, un tube venturi ou tube de Pitot, ou par un débitmètre à induction. Cela se traduit habituellement par une perte de charge permanente, en particulier pour les diaphragmes et les venturi, c’est-à-dire par une perte d’énergie dans le système.

Les débitmètres de la nouvelle génération réduisent considérablement les pertes de charge, avec une précision accrue.

Les mesures par ultrasons peuvent être utilisées pour les liquides qui sont des conducteurs d’ultrasons et qui ont un écoulement relativement bien établi (non turbulent). Les dispositifs peuvent être installés à demeure ou fixés sur la canalisation. Cette dernière fonction est utile pour vérifier les débitmètres existants, vérifier et étalonner des systèmes de pompage, etc.

Comme ils ne sont pas intrusifs, ils n’ont pas de perte de charge. Les débitmètres à ultrasons peuvent avoir une précision de 1 - 3 % sur une valeur mesurée à 0,5 %, avec un étalonnage du procédé en fonction de l’application.

Avantages obtenus pour l’environnement

Les débitmètres et les tubes de Pitot de nouvelle génération ont une précision très élevée et un potentiel de réduction des pertes de charge, avec une perte d’énergie de 1 +/- 2 % de celle d’un diaphragme classique, et environ 8 % de celle d’un tube de Pitot classique.

Effets croisés Aucun.

Données opérationnelles Données de base

Centrale électrique avec vapeur haute pression

Incinération des déchets avec vapeur surchauffée

Q max (t/h) 200 45

T (°C) 545 400

P (bar abs.) 255 40

Diamètre int. (mm) 157 130,7

Pressions différentielles en mbar (approximatives) :

Diaphragmes 2580 1850

Tubes de Pitot jusqu’ici 1770 595

Tubes de Pitot de nouvelle

génération 1288 444

Chute de perte de charge permanente en mbar et par système de mesure en mbar (approximative) :

Diaphragmes 993 914

Tubes de Pitot jusqu’ici 237 99

Tubes de Pitot de nouvelle

génération 19,3 7,3

Perte d’énergie cinétique par système de mesure en kWh/h (avec 100 mbar ≈ 67,8 kWh/h) (approximatifs) :

Diaphragmes 673 620

Tubes de Pitot jusqu’ici 161 67

Tubes de Pitot nouvelle

génération 13 5

Tableau 2.5 : Exemples de perte de charge provoquée par différents systèmes de mesure

Applicabilité

Nouvelles installations ou modernisations importantes.

Il y a lieu d’être prudent avec les mesures par ultrasons et de s’assurer qu’il y a un minimum de turbulence et d’autres effets dans le liquide (tels que les interférences provoquées par les particules en suspension) lors de la mesure.

Aspects économiques

Le coût d’un dispositif de mesure de nouvelle génération, installation comprise est d’environ 10 000 EUR. Ce coût varie en fonction du nombre de dispositifs installés. Le retour sur investissement (ROI) est habituellement inférieur à une année.

Agent moteur pour la mise en œuvre

Économies de coût. Précision des données pour le contrôle des procédés et potentiel d’optimisation (voir Section 2.6)

Exemples

Voir la rubrique Données opérationnelles, ci-dessus ; utilisation très répandue dans tous les secteurs.

Il existe d’autres exemples, à savoir les compteurs à ultrasons (aucune donnée opérationnelle communiquée) et les capteurs de Poetter.

Références bibliographiques www.flowmeters.f2s.com/article.htm

Dans le document Efficacité énergétique (Page 130-137)