Optimisation des canalisations électriques et des armoires de distribution

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1 Supporté par: Optimisation des canalisations électriques et des armoires de distribution Vincent Mazauric Jean-Paul Gonnet Direction Scientifique et Technique Introduction? Objectifs:? Améliorer l'efficacité énergétique des équipements: global et durable? Anticiper l'évolution du marché des organes de distribution: marketing stratégique? Accompagner le développement de services: accroître le ROE Exemple des Data-Centers? Plan:? Produire: courant alternatif? Distribuer: surconsommation? Optimiser: méthode PEEC forme agencement? Enjeux: énergétique Analyse du cycle de vie? Perspectives DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

2 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Conversion électromécanique Energie fournie? Utiliser le minimum d'énergie pour:? déplacer entre deux positions de repos? une masse donnée m? en un temps défini Conférer la plus grande énergie cinétique possible dès le départ e opt Les processus dissipatifs sont limitatifs m e t opt Temps de transfert de E p en E c? Les phénomènes électromagnétique satisfont à l'optimum énergétique:? adiabatique dégradation thermique minimale chauffage? réversible flux tendu entre la source et le mobile stockage A Loi de Faraday B e min Art du concepteur Travail: énergie cinétique Chaleur: énergie dissipée par la machine t Produire et Distribuer e P = opt opt (? Convertir, c'est arbitrer entre:? dissipation thermique? travail fourni Méthode des éléments finis ) = f=/? Distribuer, c'est minimiser les puissances dissipées dans les conducteurs:? DC: fonction paire du courant effet Joule? AC: répartition inhomogène des courants effet de peau effet de proximité W P fournie = 36% 4% opt? Produire, c'est optimiser P fournie :? sous contrainte de coût (fabrication, énergie consommée...)? Concevoir, c'est rechercher opt? Localiser? Paramétrer en fonction de l'agencement et de la forme les pertes par effet Joule Partial Element Electrical Circuit DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

3 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Optimisation de jeux de barres Armoires de distribution? Jeu de barres horizontaux? Alimentation en énergie? Jeu de barres verticaux? Répartition de l énergie Jeu de barres horizontal? Effet de proximité prépondérant? Optimisation d agencement Effet de proximité 603 W 442 W Densités de courant (A/mm_),8,8,6,6,4,4,2,2 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0, ,68 0,68 0,06 0,06 Solution Initiale Solution Initiale Effet de peau Continu (min. théorique) 0,23 0,06 Solution Optimisée? Méthode PEEC + Optimisation? Gain de 23% sur les pertes à cuivre constant DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

4 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Jeu de barres vertical? Effet prépondérant: effet de peau? Optimisation de forme,2,2 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,04 0, 0,04 0, Effet de Effet proximité de proximité Effet de Effet peaude peau 0,02 0,08 Continu Continu (min. théorique) (min. théorique) 00 Solution Solution Initiale Initiale Solution Optimisée? Méthode PEEC + Algorithmes Génétiques? Gain de 0 à 5% sur les pertes à cuivre constant Enjeux d utilisation? Marché Marché Schneider Electric 500 km/an Part Schneider Electric 0% du marché mondial? Le volume de conducteurs 5000 km/an? Consommation moyenne 78 W / m en moyenne? Énergie consommée? Durée de vie 5 ans? Facteur d utilisation 0% fonctionnement moyenné à /3 courant nominal 00% du temps? Impact énergétique? L énergie consommée par l ensemble des conducteurs installés sur un an est de =,68 TW.h = 2,9 MTeP =,7 RNSE (=800MW) DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

5 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Optimisation? Sur Différentes la puissance stratégies dissipée d optimisation exclusivement possibles? Objectif Nécessité optimisation d une analyse globale plus = fine -30 % sur la puissance dissipée? Notion Optimisation de cycle de d agencement vie des produits = -25 % Optimisation de forme= -0 à 5 %? L économie d énergie accessible sans croissance du marché canalisations Fabricationpréfabriquées: Utilisation 3.5 TW.h Recyclage Conception ( Fin de vie) 7.6% des.4 TWh/an d économies attendues sur l action MDE Process Matière Entretien Consommation? Analyse plus fine:? Outil = EIME Environmental Information and Management Explorer? Scénarios d optimisation Démontage Traitement toxiques Perspectives? Organes de distribution:? considérer les enveloppes: blindages réaction d'induit? affiner l'optimisation: lieu de fabrication lieu d'utilisation facteur de marche pic de consommation? élargir le marché accessible: canalisations vs cables levier? Généraliser la méthode... à la conversion électromécanique DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

6 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars 2004 Co-hosting data center Mobil network Tendency WAN Netwok Switch center Now Future Switched telephone network Enterprise network Computer room Tendances Market trends Large sites >2000m_ WW Qt/year Medium sites >200m_ & <2000m_ Small sites >0m_ & <200m_ Ultra Small sites <0m_ Small Application Sites projects>0m? <000m? Puissance de l'ordre de MVA/site DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

7 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Décomposition des consommations Air conditioning system Electrical distribution system? Ordinateurs (serveurs, mainframe )? Communications internes ultra-rapides? interface réseau? Sécurité, éclairage? Alimentations sécurisées (UPS )? Air conditionné Operation supervision Computer bays HVAC chilled water plant 25% Lighting 4% Computer loads 47% Data Center HVAC Air movement 25% UPS losses 2 % MV panels and MV/LV transformers Equipements MV & LV LV power distribution panels Active harmonic filtering and compensation Power and lighting busways. DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars

8 DST - Mazauric & Gonnet - 23 mars Enjeu des alimentations sécurisées Probability of the appearance of a fault in a year (%) 85% 63% 0% 8.8hr Traditional economy 53 min Sensitive process Annual risk of interruption 32s Digital economy Coûts horaires d'indisponibilité: téléphonie mobile réservations aériennes transactions bancaires transactions boursières % 99.9% 99.99% % Availability Activité à haute valeur ajoutée Optimiser l'efficacité énergétique des équipements accroît la marge