LIVRE BLANC
Vers une performance énergétique optimale
des silos de stockage de céréales
A
ccompagner les coopératives agricoles dans l’amélioration de leur performance énergétique et environnementale : une des principales missions de La Coopération Agricole // Solutions+.À ce titre, nous avons audité, ces trois dernières années, plus d’une centaine de silos de stockage de céréales sur l’ensemble du territoire français.
Directement issu de cette période riche en obser- vations et en enseignements, ce livre blanc met en évidence les principales conclusions de ces audits.
Il présente la structure globale de la consommation énergétique des silos de stockage, les indicateurs de performance énergétique pertinents à suivre mais également les principales actions d’économies d’énergie envisageables, avec une indication sur le temps de retour sur investissement et le niveau d’économie attendu.
INTRODUCTION
Depuis 2015, de nombreuses coopératives agricoles sont soumises à la réglementation qui leur impose de réaliser, tous les 4 ans, des audits énergétiques sur un périmètre comprenant les activités ayant le plus gros impact sur leur facture énergétique globale.
Dans le cas précis des coopératives céréalières, ce sont les activités de stockage de céréales qui en sont les principales responsables.
Dans le cadre de ses missions d’accompagnement des coopératives agricoles, La Coopération Agricole // Solutions+ a réalisé, depuis 2019, des audits énergétiques de plus d’une centaine de silos de stockage de céréales. Ceux-ci ont permis d’établir un benchmark précis du parc de silos français.
En tant qu’acteur et partenaire privilégié des transitions du monde de la coopération agricole, nous avons souhaité partager les grandes conclusions de ces 3 années d’observations et d’expérience terrain uniques. L’enjeu ? Contribuer à l’atteinte de l’objectif Zéro Émission Nette en 2035 fixé par La Coopération Agricole en permettant la réalisation d’économies d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre importantes.
Ainsi, vous retrouverez dans ce livre blanc, la synthèse des connaissances acquises lors de l’ensemble des audits réalisés.
Nous aborderons tout d’abord le contexte et la méthodologie dans lesquels cette démarche s’est inscrite. Après une analyse de la structure de la consommation énergétique, nous présenterons les indicateurs de performance recommandés ainsi qu’un benchmark de ces indicateurs. Enfin, nous détaillerons les principales pistes d’économie d’énergie identifiées.
Plus qu’une synthèse, c’est avant tout une réflexion prospective sur les nouveaux outils de pilotage de la performance énergétique que nous avons souhaité initier avec vous à travers ce livre blanc.
Bonne lecture !
4 Vers une performance énergétique optimale des silos de stockage de céréales LIVRE BLANC — LA CoopérAtIoN AgrICoLE // SoLutIoNS+ 5
UNE DÉMARCHE SOUS HAUTES CONTRAINTES
CONTEXTE DES AUDITS
Les coopératives des Métiers du grain sont fortement consommatrices d’énergie élec- trique et thermique, en raison notamment de leurs activités de séchage, de travail et de conservation du grain.
Dans un contexte réglementaire et économique en pleine évolution, la performance éner- gétique des entreprises représente un enjeu crucial. pour répondre aux objectifs natio- naux et européens en termes de réduction des émissions de gaz à effet de serre, mais également pour augmenter leur compétitivité avec une facture énergétique qui augmente de manière régulière, l’amélioration de l’efficacité énergétique devient une priorité.
L’ADEME estime ainsi que les gisements d’économies d’énergie dans l’industrie agro-ali- mentaire pourraient représenter jusqu’à 300 M€/an pour un investissement de l’ordre de 600 M€.
Il est donc particulièrement essentiel pour les coopératives des métiers du grain de mettre en place une véritable démarche de maîtrise de l’énergie avec comme objectif prioritaire la réduction significative de leurs consommations.
MÉTHODOLOGIE
Les audits énergétiques que nous réalisons respectent les normes NF EN 16247-1 et -3 qui sont les méthodes de référence d’audit énergétique pour les domaines de l’industrie.
Elles viennent en appui à la règlementation qui rend obligatoires les audits énergétiques pour les grandes entreprises.
LE COÛT DE L’ÉNERGIE
Le prix du gaz et de l’électricité énergies subit une augmentation régu- lière depuis une dizaine d’années.
Malgré une légère baisse constatée pendant 2 ans pour des raisons conjoncturelles, on observe une hausse très importante des coûts de l’énergie depuis le 2ème semestre 2021. En effet, au cours de cette an- née, le prix du pétrole a subi une hausse de +80%, le prix du gaz naturel de +280%, et celui de l’électricité de +450%. une hausse qui devrait se poursuivre dans les prochaines années du fait de la raréfaction des énergies fossiles, de l’ouverture des marchés et des contraintes règle- mentaires (taxe carbone, quotas Co2 …).
FoCuS éLECtrICIté - La tendance globale sur 10 ans (entre 2004 et 2014) du prix de l’électricité est une hausse de l’ordre de 40% pour les industries en France. L’augmentation a donc été en moyenne de 4% par an entre 2004 et 2014.
FoCuS gAZ NAturEL - La tendance globale sur 10 ans (entre 2004 et 2014) du prix du gaz naturel correspond à une hausse de l’ordre de 52%
pour les industriels de taille moyenne soit une augmentation moyenne de 5,2% par an entre 2004 et 2014.
ZOOM SUR
ANALYSE DE LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE DES SILOS
SILOS À GRAIN : PÉRIMÈTRE D’ACTIVITÉS
Les sites de stockage et de séchage de grain ont pour objet de conserver et de valori- ser les produits végétaux (céréales, oléagineux, protéagineux, ...) issus des exploitations agricoles. Ces sites intègrent des équipements de traitement du grain permettant d’une part de le conserver aux meilleures conditions et d’autre part, de répondre aux différentes exigences des clients.
Ces activités engendrent des consommations importantes d’énergie électrique et ther- mique, principalement du gaz naturel et du gpL.
LE POINT SUR LES USAGES ÉNERGÉTIQUES DES SILOS DÉFINITION DES USAGES ÉNERGÉTIQUES L’activité travail du grain a été découpée selon les usages suivants :
énergie usages principaux
énergétiques équipements
Conservation Ventilateurs de conservation Manutention transporteurs, convoyeurs, élévateurs électricité Séchage Ventilateurs de séchoirs
Aspiration Ventilateurs d’aspiration Air comprimé Compresseurs
éclairage tubes t8, gamelles, projecteurs extérieurs gaz naturel, gpL Séchage Brûleurs de séchoirs
RÉPARTITION PAR USAGE DE LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE Cette répartition est établie à partir d’un échantillon de 113 silos de stockage et de séchage du grain.
La consommation de gaz est exclusivement dédiée au séchage du grain. Les principaux usages énergivores sont le séchage et la venti- lation de conservation.
À noter : lorsque les silos ne disposent pas de séchoirs, la part de la ventilation de conservation tend à être supérieure. Dans certains cas, celle-ci représente jusqu’à 80% de la consommation électrique globale.
Aspiration 13% Séchage 13%
Autres (air comprimé…) 5%
Manutention 22%
Conservation 47%
Répartition de consommation électrique selon les usages
EN BREF
8 Vers une performance énergétique optimale des silos de stockage de céréales livre blanc — la coopération agricole // solutions+ 9 RÉPARTITION TEMPORELLE DE LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE
Ces profils moyens ont été établis sur la base de 15 silos de stockage et de séchage du
grain.
LES INDICATEURS DE PERFORMANCE
ÉNERGÉTIQUE DES SILOS
0%
5%
10%
30%
25%
20%
15%
Juillet Août Sept. Oct. Nov. Déc. Janvier Février Mars Avril Mai Juin
0%
10%
20%
50%
40%
30%
Juillet Août Sept. Oct. Nov. Déc. Janvier Février Mars Avril Mai Juin Profil de consommation électrique
Profil de consommation de combustible
La consommation de combustible est localisée sur les mois d’octobre et de novembre, période qui correspond au séchage du maïs.
De même, la consommation d’électricité est également très importante aux mois d’octobre et de novembre mais le profil est plus équilibré.
Enfin, la consommation est significative de juillet à janvier, période de réception des produits (juillet à novembre) et de fonctionnement de la ventilation de conservation (juillet à janvier).
LISTE DES INDICATEURS DE PERFORMANCE
Indicateur de performance unité Valeur
énergétique (IpE) moyenne
IpE électrique global kWh/t de grain 9,5
IpE électrique conservation kWh/t de grain 4,5
IpE électrique manutention kWh/t de grain 2,1
IpE électrique aspiration kWh/t de grain 1,2
IpE gaz/gpL séchage kWh pCI/t d’eau évaporée 973 EN BREF
PERFORMANCE ÉLECTRIQUE GLOBALE
L’indicateur de performance électrique globale correspond à la consommation totale d’électricité rapportée au tonnage réceptionné dans le silo.
IPE électrique = kWh électrique Tonnage réceptionné
Le graphique ci-dessous représente cet indicateur en fonction du taux de rotation du site (tonnage réceptionné/capacité de stockage).
PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE POUR LA VENTILATION DE CONSERVATION
L’Indicateur de performance énergétique (IpE) pour la ventilation de conservation est le ratio entre la quantité d’électricité consommée pour la ventilation et le tonnage ventilé.
IPE conservation = kWh ventilation Tonnage ventilé
Le graphique ci-dessous représente l’IpE conservation en fonction du taux de rotation du site (tonnage réceptionné/capacité de stockage).
Taux de rotation
IPE électrique (kWh/tonne)
45
0,5
0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
40 35 30 25 20 15 10 5 0
IPE global électrique
Taux de rotation
IPE conservation (kWh/tonne)
0,5
0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
14 12 10 8 6 4 2 0 IPE conservation
D’après le graphique, la performance tend à s’améliorer (indicateur plus bas) avec le taux de rotation. une amélioration majoritairement dûe à l’impact de la ventilation du grain.
EN BREF
Il faut souligner ici que l’indicateur est d’autant plus bas que le taux de rotation du site est élevé. Cela s’explique par le fait que plus ce taux de rotation est élevé, moins le grain est stocké longtemps, il a donc moins le temps d’être refroidi.
EN BREF
12 Vers une performance énergétique optimale des silos de stockage de céréales livre blanc — la coopération agricole // solutions+ 13 PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DE LA MANUTENTION
L’IpE pour la manutention correspond à la quantité d’électricité consommée rapportée au tonnage réceptionné dans le silo.
IPE manutention = kWh manutention Tonnage réceptionné
Le graphique ci-dessous représente l’IpE manutention en fonction du taux de rotation du site (tonnage réceptionné/capacité de stockage).
PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DE L’ASPIRATION DES POUSSIÈRES L’IpE préconisé pour le poste aspiration correspond à la quantité d’électricité consom- mée rapportée au tonnage réceptionné dans le silo.
IPE aspiration = kWh aspiration Tonnage réceptionné
Le graphique ci-dessous représente l’IpE aspiration en fonction du taux de rotation du site (tonnage réceptionné/capacité de stockage).
IPE manutention
On remarque que les principaux facteurs influençant le niveau de cet indicateur sont le nombre moyen de circuits empruntés par le grain au cours de son passage au silo, ainsi que la compacité du site : plus le site est étendu spatialement, plus la consommation tend à être élevée pour emmener le grain d’un point à l’autre.
on observe ici que l’indicateur d’aspiration est très dépendant de l’ar- chitecture des systèmes d’aspiration qui peut être plus ou moins com- plexe d’un site à l’autre. Il dépend également beaucoup du temps global du fonctionnement de la manutention. Cela explique pourquoi l’indica- teur varie de 0 à 4 kWh/t, et ce, indépendamment du taux de rotation.
Taux de rotation
IPE manutention (kWh/tonne)
7
0,5
0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
6 5 4 3 2 1 0
Taux de rotation
IPE aspiration (kWh/tonne)
4,5
0,5
0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 IPE aspiration
EN BREF EN BREF
PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DU SÉCHAGE DU GRAIN
L’IPE préconisé pour le poste séchage est la Consommation Thermique Spécifique (CTS), c’est-à-dire la quantité de gaz nécessaire à l’évaporation d’une tonne d’eau. La consom- mation de gaz est exprimée en kWh pCI.
IPE séchage = CTS = kWh gaz Tonnes d’eau évaporée
Plus cet indicateur est bas, plus le séchage est performant énergétiquement.
L’IpE du séchage est calculé à partir du tonnage d’eau théorique à évaporer pour abaisser le taux d’humidité du grain humide jusqu’à 15% dans le cas du maïs. Cet indicateur ne représente donc pas uniquement la performance d’un séchoir donné, mais l’ensemble du processus de séchage. Ainsi, si un mauvais pré-stockage du grain entraîne une augmen- tation de son humidité - et donc de la quantité d’eau à évaporer - cela se traduira par une augmentation de cet indicateur, et entraînera donc une baisse de la performance énergétique. Cet indicateur est parfois difficile à obtenir en l’absence d’enregistrement des données nécessaires dans certains silos stockeurs.
Le graphique ci-dessous indique la répartition des séchoirs par valeur de l’IpE séchage. Il a été établi sur la base des 31 silos sécheurs pour lesquels les données étaient suffisam- ment précises pour en permettre le calcul.
LES PRINCIPALES
PISTES D’ÉCONOMIE D’ÉNERGIE
pendant 3 ans, la réalisation de l’ensemble de ces audits énergétiques a permis d’iden- tifier un grand nombre d’actions permettant de réaliser des économies d’énergie. Ces actions sont dépendantes de l’état initial de fonctionnement du silo de stockage. Leur rentabilité, quant à elle, est dépendante de l’activité de chaque silo.
Les principales pistes identifiées sont recensées dans les tableaux ci-après. Elles sont classées par typologie d’action, par importance de gisement d’énergie et par temps de retour sur investissement moyen.
DES SILOS MOINS ÉNERGIVORES
À l’évidence, la majorité des séchoirs a une performance située entre 800 et 1200 kWh pCI/tonne d’eau évaporée. Les séchoirs les moins performants ont une consommation de gaz supérieure de plus de 50%
à celle des séchoirs les plus performants énergétiquement.
0%
5%
10%
30%
25%
15%
20%
764 à 850 851 à 950 951 à 1050. 1051 à 1150 1151 à 1250 1251 à 1330 Répartition des séchoirs audités en fonction de l’IPE séchage (kWh pCI/tonne d’eau évaporée)
EN BREF
16 Vers une performance énergétique optimale des silos de stockage de céréales livre blanc — la coopération agricole // solutions+ 17 potentiel usage gain Invest. temps Autres gains
concerné éner. de retour Pilotage des installations
Limitation des Manutention + €€€ > 5 ans marches à vide des
équipements de manutention en utilisant des pinces ampèremétriques permettant de couper les moteurs aux moments opportuns
réduction du Aspiration + - Immédiat
temps paramétré de marche à vide de l’aspiration après l’arrêt des équipements de manutention
Mise en place de Aspiration + €€ Variable
variateurs de suivant le
vitesse sur les fonction-
moteurs des venti- nement
lateurs d’aspiration, du site
et d’électrovannes sur certaines zones du réseau d’air (par exemple les nettoyeurs- séparateurs) et modulation du débit d’air aspiré en fonction du nombre de points aspirés
Augmentation des Séchage ++ - Immédiat Augmentation
températures d’air du débit de
chaud paramétrées séchage et donc
pour le séchage de la capacité
dans le respect de traitement
des exigences des du site
clients potentiel usage gain Invest. temps Autres gains
concerné éner. de retour Amélioration des comportements
Formation des Conservation ++ € < 1 an Amélioration
opérateurs à un de la qualité
pilotage efficace nutritive et
énergétiquement technologique
de la ventilation des grains
de conservation
Formation des Séchage ++ € < 1 an opérateurs à un
pilotage efficace énergétiquement du séchage des grains
Extinction du Air comprimé ++ - immédiat compresseur hors
des périodes de fonctionnement du silo
Mise en place Air comprimé + + < 1 an de campagnes
de détection et réparation de fuites d’air
potentiel usage gain Invest. temps Autres gains concerné éner. de retour
Pilotage des installations
Suivi régulier de général +++ - Immédiat la courbe de charge
électrique et vérification de l’absence de talon de consommation significatif
Installation de Air comprimé + + < 1 an vannes sur les
portions du réseau d’air comprimé souvent inutilisées (ex. départ séchoir).
Fermeture de ces vannes lorsque les équipements alimentés en air ne sont pas utilisés
Modification des équipements et process
Isolation thermique Séchage ++ €€€ > 5 ans des parois
extérieures des séchoirs à grain
Installation d’un Conservation + €€€ > 5 ans système de
ventilation de conservation réfrigéré intégrant un groupe froid
remplacement éclairage + €€€ > 5 ans des éclairages
existants par de la technologie LED à intensité lumineuse équivalente potentiel usage gain Invest. temps Autres gains
concerné éner. de retour Pilotage des installations
Mise en place de Séchage +++ €€ Entre 1 Amélioration
variateurs de et 5 ans de la qualité
vitesse sur les nutritive et
moteurs des technologique
ventilateurs des des grains
séchoirs et modulation du débit d’air ventilé en fonction de la température de l’air extrait et de la phase de collecte
Extinction des Séchage +++ - < 1 an ventilateurs de
séchoirs lors des arrêts de séchoirs dès que le grain stocké dans la colonne est refroidi
pilotage Conservation +++ € < 1 an automatique des
ventilateurs de conservation à l’aide de thermostat
utilisation au Conservation ++ - Immédiat Amélioration de
maximum des l’efficacité de
opportunités de ventilation pour
ventilation de une meilleure
conservation conservation
en multi-cellule des grains
Mise en place de Conservation ++ € Entre 1
sondes de pression et 5 ans
dans la galerie de ventilation et sélection des cellules à ventiler en fonction d’un
20 Vers une performance énergétique optimale des silos de stockage de céréales LIVRE BLANC — LA CoopérAtIoN AgrICoLE // SoLutIoNS+ 21
VERS DES OUTILS DE PILOTAGE DE LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE
DÉDIÉS AUX ACTIVITÉS DE CONSERVATION DU GRAIN
La ventilation du grain est le premier poste de consommation électrique des silos. Elle a pour but d’abaisser la température du grain à un niveau suffisamment bas pour limiter voire supprimer le risque de prolifération d’insectes. Elle est majoritairement réalisée en envoyant de l’air ambiant dans le grain, lorsque la température extérieure est suffisam- ment basse.
Cependant, les nombreux audits techniques sur la conservation du grain, réalisés dans des silos de stockage au cours de nos missions, révèlent qu’il existe de nombreux leviers pour améliorer la performance des installations de conservation. Ces leviers permettent de gagner en moyenne 1 kWh/tonne, et peuvent, dans certains cas, aller au-delà de 75%
de la consommation énergétique initiale de la ventilation, pour des silos très mal pilotés.
Les surconsommations observées sont majoritairement dues à des modes de pilotage inadaptés, et ne sont souvent pas identifiées par les organismes stockeurs, lorsque le système de suivi est inexistant.
Considérant l’importance des silos dans la collecte de céréales en France, l’optimisation du pilotage de la ventilation des grains des coopératives céréalières représente donc un enjeu majeur pour l’amélioration de leur impact sur l’environnement.
Sur la base de la collecte de grain nationale, soit environ 70 millions de tonnes par an, l’amélioration du pilotage de la ventilation permettrait en effet d’économiser environ 1kWh/t, soit 70 gWh, ce qui représente près de 4000 t Co2 eq.
Dans ce contexte, La Coopération Agricole // Solutions + développe de- puis 2021 la solution logicielle optiVentil.
EN chiFFRES
OPTIVENTIL
OptiVentil, c’est la solution d’affichage et d’interprétation des consommations d’énergie liées à la conservation des grains.
L’OBjECTIF ? Améliorer la performance de la conservation afin de permettre une réduction de la consommation énergétique ainsi qu’une baisse de l’usage d’insecticides de stockage. Cet outil se base sur l’analyse des courbes de charges de silos, l’identification des phases de ventilation sur la courbe de charge grâce à un algorithme développé avec des techniques de Data Science, et le croisement de ces informations avec la température extérieure et la température du grain.
L’ENjEU ? Fournir en temps réel et sans instrumentation une analyse de la performance de la ventilation afin de permettre au chef de silo de réaliser les bons choix de pilotage. optiVentil comprend également un suivi du niveau du talon de consommation du silo, destiné à assister le chef de silo dans la réalisation d’économies d’énergie liées à la réduction de ce talon, qui représente en moyenne 10% de la consommation électrique d’un silo. un système d’alerte permet de prévenir l’utilisateur dès l’apparition d’une dérive de fonctionnement et de chiffrer l’impact énergétique de cette dérive afin d’inciter à l’action. Le déploiement d’optiVentil est en cours depuis décembre 2021 sur une dizaine de coopératives.
ZOOM SUR
Vue du tableau de bord de suivi de la ventilation
CONCLUSION
Il existe un potentiel d’économies d’énergie important, représentant de l’ordre de 10 à 15% de la consommation d’énergie des silos stockeurs de céréales. une grande partie des actions envisageables sont liées à l’installation d’équipements peu onéreux.
parmi eux : des thermostats pour piloter la ventilation, la suppression d’erreurs de pilotage – nécessitant du personnel bien formé – et la diminution des dérives de consommation, aujourd’hui difficiles à identifier faute d’outil adapté ou de temps disponible en interne.
La Coopération Agricole // Solutions+ s’impliquera de manière forte dans les années à venir dans la formation des agents de silo, le développement d’outils d’aide à la décision et dans l’accompagnement technique des coopératives.
Notre objectif ? Les aider à améliorer leur performance énergétique et à maintenir celle-ci à un niveau durablement élevé.
Les économies d’énergie générées, et les émissions de Co2 ainsi évitées s’inscriront pleinement dans l’objectif stratégique de Zéro émission Nette de Carbone en 2035 porté par La Coopération Agricole.
https://fr.linkedin.com/company/lca-solutions-plus
www.solutionsplus.coop
formation@solutionsplus.coop
