Améliorer la performance énergétique des procédés industriels. Michel Dancette Directeur Innovation et RSE de Fives

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1 Améliorer la performance énergétique des procédés industriels Michel Dancette Directeur Innovation et RSE de Fives

2 L usine de demain sera économe en énergie et se construit aujourd hui Réglementation Attentes des parties prenantes INDUSTRIE Etude IFOP pour Fives Mai 2012 : Pour les Français, l usine de demain doit être innovante (pour 88% d entre eux), tournée vers l international (85%), économe en énergie (81%), propre (77%) et sûre (74%)

3 Les industriels intègrent ces attentes dans leur façon de produire INDUSTRIE Engagements (volontaires ou contraints) de réduction des impacts environnementaux Intégration d objectifs environnementaux pour les fournisseurs L intégration de ces enjeux environnementaux et de leur évolution est, à terme, un enjeu de performance opérationnelle et un levier de différenciation, donc un enjeu économique

4 L efficacité énergétique est l un des leviers principaux permettant d optimiser la performance environnementale de l usine Consommation de ressources non renouvelables (énergie, eau, matières premières, etc.) Emissions (CO 2, NO x ) 4

5 En matière d énergie, les secteurs industriels ne sont pas égaux Consommation finale énergétique de l industrie (2009) : 32,7 Mtep (21 % de l énergie finale totale consommée en France) Evolution de la consommation finale énergétique : France + 20,8 % Industrie française -21,7 % Source : Ministère de l Écologie, du Développement Durable et de l'énergie 5

6 mais pour toutes les industries, il existe trois niveaux sur lesquels travailler pour optimiser sa facture énergétique Usine Process complet Equipement 6

7 Pour quels résultats? Maximisation de l intégration énergétique, utilisation de combustibles de récupération, écologie industrielle Moindre dépendance aux fluctuations des prix de l énergie, aux défaillances des réseaux électriques, aux enjeux géopolitiques : usine autonome Pilotage optimisé, usine flexible et «intelligente» Augmentation de la rentabilité de l usine par une réduction des coûts liés à l énergie, voire une génération de revenus : vente d électricité, de crédits carbone, monétisation de sa capacité d effacement 7

8 1. Au niveau de l équipement : travailler sur un élément clé du process 8

9 Au premier niveau, on peut analyser l impact et l efficacité énergétique de l équipement, indépendamment du système dont il fait partie. Un équipement peut être remplacé par une nouvelle technologie innovante, à haute performance énergétique (par exemple : le chauffage par induction, les fours ultra rapides, l intégration des énergies renouvelables dans les procédés, etc.). 9

10 Deux niveaux d action sont possibles : Optimisation des procédés conventionnels Améliorer le système habituel pour réaliser la même fonction Intégration d innovations de rupture Repenser totalement le mode de réalisation de la fonction que l on souhaite réaliser 10

11 Optimisation des procédés conventionnels Travail sur la fonction principale Exemple dans le ciment Un broyeur qui utilise un procédé de broyage par compression, permet d économiser entre 15 et 35 % d énergie par rapport à un broyeur à boulets classique Travail sur les auxiliaires Exemple dans l acier Une bonne connaissance de la technique du laminage permet de réduire la quantité d huile utilisée, donc de moins essorer et de gagner sur la consommation d électricité (-3% sur la consommation totale du laminoir) 11

12 Intégration d innovations de rupture Exemple du chauffage par induction (chauffage de pièces conductrices en électricité en les soumettant à un champ magnétique) Ce procédé présente de nombreux atouts en matière d efficacité énergétique : Rapidité de chauffage liée à la possibilité d'obtenir des densités de puissance très élevées Localisation précise de l'effet thermique grâce à une conception d'inducteur et une fréquence de fonctionnement adaptée à la pièce à chauffer Précision de la quantité d énergie induite à l intérieur de la pièce à chauffer Possibilité de chauffer à des températures très élevées avec un rendement pratiquement indépendant de la température 12

13 2. Développer des synergies entre les différents blocs process 13

14 Les procédés industriels sont des gisements d optimisation de l efficacité énergétique Optimisation des échanges thermiques Analyse globale de l utilisation de l énergie dans un procédé dans son ensemble Identification des inefficacités énergétiques et des possibilités d amélioration pour toutes les installations industrielles qui disposent de systèmes énergétiques complexes Valorisation / Récupération d énergie perdue Utilisation de sousproduits comme combustibles alternatifs Mutualisation / élimination d étapes du procédé 14

15 Optimisation des échanges thermiques Valorisation / Récupération d énergie perdue Utilisation de sousproduits comme combustibles alternatifs Mutualisation / élimination d étapes du procédé Exemple de l utilisation d échangeurs à plaques en aluminium ou en acier inox : Des échanges thermiques 5 fois plus performants qu avec des échangeurs à tubes traditionnels 15

16 Optimisation des échanges thermiques Valorisation / Récupération d énergie perdue Utilisation de sousproduits comme combustibles alternatifs Mutualisation / élimination d étapes du procédé Exemples de solutions industrielles : cycles vapeur, cycles organiques de Rankine (ORC) Aujourd hui, des gisements sont encore exploitables et des solutions sont à l étude (exemple des matériaux thermoélectriques) 16

17 Optimisation des échanges thermiques Valorisation / Récupération d énergie perdue Utilisation de sousproduits comme combustibles alternatifs Mutualisation / élimination d étapes du procédé Deux exemples : Valorisation de gaz pauvres issus de la sidérurgie Utilisation en cimenterie de sousproduits d autres industries comme déchets (pneus, huiles usagées, etc.) 17

18 Optimisation des échanges thermiques Valorisation / Récupération d énergie perdue Utilisation de sousproduits comme combustibles alternatifs Mutualisation / élimination d étapes du procédé Exemple du procédé I-BAL (Induction Bright Annealing Line) pour la production acier Inox, qui permettrait notamment : 1 équipement au lieu de 2 suppression de la phase de décapage en amont (une étape à fort impact environnemental) équipement très compact 18

19 3. Au niveau de l usine tout entière : adapter l outil de production à la production réelle 19

20 Cette réflexion doit être menée à trois stades de la vie de l usine Phase de conception Optimiser l usine pour les différents modes et régimes de production prévus Phase d exploitation Utiliser l usine au meilleur niveau de performance pour lequel elle a été conçue Modifications de production Adapter le procédé lorsque les caractéristiques de production changent 20

21 Phase de conception Dimensionnement La conception de l usine est-elle bien adaptée à la capacité et aux conditions de production réelles? Penser à la production réelle et non uniquement à la production maximale, prévoir les cas de production non standard Cela peut conduire à la conception de procédés plus flexibles, qui pourront par exemple permettre d adapter l outil de production aux variations de charge Exemple : motorisation à vitesse variable 21

22 Phase d exploitation Optimisation du fonctionnement L outil de production est-il piloté de façon optimale? Deux facteurs permettent d optimiser le pilotage de l usine : des systèmes de contrôle innovants : affichages d alertes et d indicateurs environnementaux (par exemple, la consommation d énergie affichée en temps réel, des instructions de maintenance) une vérification régulière par des audits et opérations de maintenance, et une formation des opérateurs à l éco-pilotage du procédé 22

23 Modifications de production Adaptation L outil est-il toujours adapté aux conditions de production? Adapter le procédé lorsque les caractéristiques de production changent (variation de charge, évolution du mode de production, coût de l énergie, etc.) Eviter les inefficacités dues à un fonctionnement à basse charge ou au vieillissement des équipements 23

24 L usine du futur Réduction de la consommation de ressources non renouvelables (énergie, eau, matières premières, etc.) Cogénération d électricité et de chaleur Produits finis à haute performance environnementale Limitation des émissions (CO 2, NO x ) Certaines industries ont déjà pris le virage

25 Cogénération d électricité et de chaleur L exemple d une sucrerie de canne éco-conçue SUCRE t CO2 crédits carbone COGENERATION 215 GWh/an Ville habitants voitures km/an ETHANOL hl Usine de canne tc/j / campagne 180 j/an 2,700,000 tc/an Gain annuels: plus d 1M /an Bilan CO2 neutre

26 Produits finis à haute performance environnementale Des lignes de production d acier à haute performance Technologie révolutionnaire de refroidissement ultra rapide à haute teneur en hydrogène Destinée à la production des nouveaux aciers à haute résistance pour l industrie automobile, qui contribuent à l allègement des véhicules, qui consommeront ainsi moins d énergie Un véhicule dont la structure sera allégée de 25% émettra 5% de moins de GES 26

27 Fives, un groupe d ingénierie industrielle qui accompagne les entreprises dans leur choix d équipements et de procédés adaptés Plus de 30% des investissements R&D et la moitié des innovations brevetées en 3 ans sont liés à la performance environnementale 2010 : Lancement du programme Engineered Sustainability qui distingue les technologies combinant excellence opérationnelle et haute performance environnementale (analyse des impacts environnementaux sur le cycle de vie, optimisation de la combinaison économique et environnementale, vérification quantifiée du bénéfice de la technologie) CIMENT 27