L audit énergétique en industrie. Bureau d études GIRUS

L audit énergétique en industrie Bureau d études GIRUS

Quelques chiffres GIRUS est une société SAS au capital de 1.500.000 détenu à 100% par ses cadres et dirigeants. GIRUS est indépendante de tout groupe industriel, financier, constructeur ou exploitant. 220 personnes dont 190 ingénieurs ou techniciens Des équipes : Pluridisciplinaires (domaines techniques, économiques et juridiques), Qualifiées (compétences et domaines d expertises variés) Sensibilisées aux enjeux environnementaux et sociétaux Un chiffre d affaires en progression constante : + 15% par an depuis 10 ans 16 M HT pour 2012

Ingénierie des Bâtiments et Infrastructures Construction de bâtiments Habitat, industrie, tertiaire Infrastructures - aménagements Ingénierie des énergies Production et distribution Utilisation rationnelle Gestion et valorisation Ingénierie de l environnement Gestion et traitement des eaux, des déchets, de l air Environnement et territoires

Ingénierie des énergies Energies et procédés industriels Chaufferie industrielle, vapeur, fluide thermique Ressource bois, biomasse, combustion, gazéification Réseaux de chaleur, de froid Valorisation thermique, traitement des gaz et des rejets Energies renouvelables, HQE Bâtiment à énergie positive Energies renouvelables Approche Haute Qualité Environnementale Electricité, courants faibles Réseaux MT, BT, courants faibles, VDI Automatismes, instrumentations Chaufferie bois Besançon (25) Fluides des bâtiments et génie climatique Chauffage, ventilation, traitement d air Production de froid, climatisation, traitements d eau Salles propres, conditionnées, laboratoires Éclairage naturel

L audit énergétique en industrie

Différentes approches pour différents projets 1 er exemple : problématique ciblée sur un éléments du process dans un objectif de gain de production 2 ème exemple : problématique multi-flux (énergie/matière) Optimisation des consommations de vapeur et valorisation des sous-produits Chaque industriel a des problématiques différentes L approche de l audit doit être ajustée à chaque situation

L audit énergétique en industrie Exemple d audit en papeterie

Définition du périmètre et des objectifs de l audit LA PAPETERIE dispose d une usine de papier recyclé fonctionnant 24h/24. Capacité de production de 200.000 Tonnes de bobines préfabriquées par an Consommation d environ 500.000 Tonnes de vapeur sur deux machines à papier Projet de mise en place sur le site d une centrale de cogénération biomasse équipée d une turbine à vapeur destinée à La production électrique à destination du réseau EDF La production de vapeur à destination de la papeterie OBJECTIF : Optimisation du fonctionnement de la turbine à vapeur afin d augmenter le rendement global du cycle

Etat des lieux - Mesures spécifiques Les machines à papier de la papeterie nécessitent pour leur fonctionnement De vapeur dite «motrice» à une pression de 14,5 bars(eff) De vapeur dite «process» à une pression de 10,5 bars(eff) La Papeterie dispose actuellement de moyens de production de vapeur via une chaufferie gaz délivrant un seul niveau de pression de 16,5 bars(eff) Aucun dispositif de comptage permettant d évaluer la consommation de vapeur «motrice» et la consommation de vapeur «process» Nécessité de mettre en place un système de comptage afin de définir la quantité de vapeur nécessaire au fonctionnement du process suivant les deux niveaux de pression de vapeur Analyse détaillée des consommateurs de vapeur afin d identifier les sources possibles d optimisation Nécessité de faire réaliser, par le fabricant des machines, une analyse détaillée de leur mode de fonctionnement

Analyse des résultats Réalisation d une campagne de mesures avec instrumentation (mise en place de débitmètres vapeur) des différentes lignes de vapeur qui a permis de définir avec précision : La consommation de vapeur «motrice» La consommation de vapeur «process» Analyse de l architecture des réseaux de distribution de vapeur à l intérieur de l usine : Possibilité de modification des réseaux afin de pouvoir délivrer séparément chacune des vapeurs aux machines à papier Analyse du mode de fonctionnement des machines à papier Identification d un thermo compresseur sur consommateur de vapeur «motrice» Modification possible des machines afin de réduire la consommation de vapeur «motrice» Nécessité d engager des travaux sur le process afin d optimiser la répartition de la consommation de vapeur

Evaluation des solutions techniques Conservation du fonctionnement actuel des machines à papier Mise en place d une turbine à vapeur disposant d un seul soutirage à une pression de 15,5 bar(a) Production électrique turbine à vapeur : 110 600 MWh/an Production thermique : 302 711 MWh/an Modification des machines à papier Mise en place d une turbine à vapeur disposant de deux soutirages, chacun à un niveau de pression différent, Production électrique turbine à vapeur : 115 400 MWh/an Production thermique : 302 711 MWh/an Augmentation de +5% de la production électrique annuelle

Evaluation des investissements Modifications pour réduire la consommation de vapeur motrice des thermos : 200 000 Modifications nécessaires pour une alimentation vapeur en 10,5 et 14 bars : 100 000 Fourniture et installation d'un nouveau barillet vapeur : 200 000 Surcoût turbine avec 1 soutirage supplémentaire et 2 réseaux vapeurs : 500 000 Investissements à réaliser = 1 000 000 Gain généré par la modification du process Vente supplémentaire d électricité au réseau EDF : 750 000 /an Temps de retour de l investissement : < 2ans

L audit énergétique en industrie Exemple d audit en Agroalimentaire

Définition du périmètre et des objectifs de l audit INDUSTRIE AGROALIMENTAIRE : production annuelle de l'unité est d'environ 42 000 t de produits finis (principalement frites) obtenus à partir de 75 000 t de pommes de terre. dans le cadre du projet d'extension de son unité de production, souhaite mener une réflexion globale sur La partie énergétique de son process La valorisation du biogaz produit par l'unité de méthanisation des effluents. OBJECTIF DE L AUDIT: Analyse de la production et de la distribution de la vapeur Examen des potentiels de récupération d énergie Opportunité de valorisation du biogaz

PHASE 1 : Etat des lieux de la production et la distribution de la vapeur Etat des lieux des équipements de production OBJECTIF : Dans le cadre de l'augmentation de la production de produits finis du site il est apparu intéressant, d'une part de savoir si la capacité de cette chaudière est suffisante et d'autre part de détecter les améliorations possibles sur la distribution ou l'utilisation de la vapeur, pour remplir les conditions suivantes : CONDITIONS A REUNIR : Une disponibilité permanente de cette vapeur. Une qualité de cette vapeur en terme de pression et de débit suffisant. Une fiabilité des installations pour ne pas engendrer d arrêt de la production. Etat des lieux des équipements de production portant sur les équipements suivants : Générateur de vapeur Bâche alimentaire et dégazeur thermique Barillet général de distribution Circuits de livraison de la vapeur Circuits de retour condensats Postes terminaux de livraison de la vapeur

PHASE 1 : Etat des lieux de la production et la distribution de la vapeur Analyse technique Points Forts Les installations de production de la vapeur sont en bon état et leur fonctionnement correspond aux besoins des utilisateurs. Les installations de distribution de la vapeur sont relativement bien conçues, pas de problèmes particuliers sensibles, comme : Les coups de bélier au démarrage, Un désaérage difficile qui se traduit généralement par des performances diminuées des échangeurs, Une vapeur de mauvaise qualité sur les récepteurs, humide avec des entraînements de gouttelettes (Peu d'impact car une grande partie de la vapeur est utilisée directement en réchauffage de bains). Les purges sont correctement dimensionnées, avec filtre, purgeur adapté, contrôleur visuel et vannes de sectionnement. Les pentes réseaux sont correctes pour un acheminement des condensats vers les points des purges.

PHASE 1 : Etat des lieux de la production et la distribution de la vapeur Analyse technique Points Faibles Les purges continues du générateur sont simplement rejetées aux eaux usées par l'intermédiaire d'une bouteille d'éclatement. La récupération de la chaleur de ces boues (revaporisation) permettrait de préchauffer en partie l eau alimentaire Le fonctionnement du dégazeur n'est pas optimum : pertes par revaporisation très importantes. Remplacement du diaphragme de contrôle de l'écoulement des condensats par un purgeur à flotteur Sur le process du "Peleur" les pertes de vapeur sont très importantes à chaque phase de décompression de l'étuve. Distribution sur tous les circuits en vapeur haute pression, poste de détente à proximité de l'application, Il serait préférable de détendre au départ et transporter de la vapeur à plus basse pression.

PHASE 2 : Propositions d amélioration Deux axes de réflexion Les opération nécessaires pour assurer une production correcte et fiable de vapeur. Les opérations permettant d améliorer le fonctionnement et de réduire les coûts d exploitation des installations. Fiabilisation de la production vapeur : Régulation de pression mesureuse Mise en place d une vanne deux voies motorisée et d une régulation modulante de remplissage Coût des travaux 12 000 HT Récupération sur les purges de la chaudière Mise en place d un pot d éclatement des purges d extractions de la chaudière, y compris le purgeur largement dimensionné en sortie de vase. La modification de la bâche avec la mise en place d une canne d injection de la vapeur de revaporisation. Coût des travaux 12 000 HT

PHASE 2 : Propositions d amélioration Récupération d énergie sur les condensats haute pression, Mise en place d'un vase de revaporisation y compris accessoires (Soupape, ligne de purge etc ), pour chaque ligne de retour des condensats, Modification hydraulique pour raccordement des condensats, Mise en place d'un barillet de vapeur BP, Modification barillet vapeur HP, Mise en place d'un poste de détente HP/BP, Mise en place des ligne vapeur BP, Mise en place d'un échangeur Vapeur BP / Eau alimentaire, Modification de la bâche et du dégazeur. Coût des travaux 75 000 HT Récupération d énergie sur le peleur Mise en place ballon de revaporisation Coût des travaux 75 000 HT

PHASE 3 : Opportunité de valorisation du biogaz OBJECTIF : étudier la possibilité d'étendre le poste méthanisation actuel aux déchets semi-solides: Trois types de process ont été plus particulièrement analysés : Digesteur infiniment mélangé (Completely Stirred Tank Reactor,CSTR), cuverie importante pour une fermentation extensive. Process bi-étape, plus compact et plus intensif. CSTR avec adjonction d'un substrat régulateur de fermentation et destiné à augmenter la productivité en gaz.

PHASE 3 : Opportunité de valorisation du biogaz Méthodologie de l étude Caractérisation du gisement à traiter Identification du tonnage à traiter Spécification physico-chimique du gisement Etude technique des différents scénarios et technologie possible à mettre en œuvre Bilan des investissements à réaliser options T brut Annuité Invest global t/an keur/an 8,5 t/h 11 000 3420,5 316 12,5 t/h 16 170 4334 401 8,5 t/h 20 327 co-dig 4319 399 12,5t/h 29 890 co-dig 4522 418 Investissement Eur/tonne/an 23 28,7 21 24,7 17,5 19,6 12,8 14

PHASE 3 : Opportunité de valorisation du biogaz Bilan des coûts d exploitation et de maintenance options Tonnage brut t/an Production en milliers KWel/an* Production en milliers KWth/an** Puissance installée kw*** Coût entretien groupes Coût exploitation Eur Coût exploitation / tonne 8,5 t/h 11 000 1 382,5 + 1686,7 3069** 1777,5 + 2168,5 3946 184,3 409 55242 0,018* 152934 13,9 12,5 t/h 16 170 2 032,4 3719 2613 4781,5 271 495 66942 0,018 187160 11,57 8,5 t/h co-dig 20 327 2 848 4534,7 3661,6 5830 380 605 77090 0,017 235044 11,56 12,5 t/h co-dig 29 890 4 187 5873,7 5383,3 7551,8 558 783 88105 0,015 277610 9,3

PHASE 3 : Opportunité de valorisation du biogaz Bilan de la recette prévisionnelle de la vente d électricité Economies sur la consommation de gaz naturel Bilan environnemental Substitution au gaz naturel de chauffage : Substitution à l'électricité du réseau d'origine fossile : 1500 à 3000 Teq CO2 évitées par an suivant le process retenu

CONCLUSION GENERALE Les clés de la réussite d un audit Bien identifier le souhait du Maître d Ouvrage lors de la rédaction du cahier des charges Audit sur l ensemble du process Diagnostic détaillé sur un point particulier déjà identifié Recueillir le maximum d éléments nécessaires à la réalisation de l étude et notamment : Caractéristiques techniques (Fiches technique matériel, PID, Schéma,,,) Cartographie des flux énergie et matière Bilan de la consommation du site sur plusieurs années, corrélation avec la production Identification des évolutions à court ou moyen terme (augmentation production, remplacement équipement, etc., ) Bilan de tous les comptages existants, compilation des données disponibles, Données d exploitation Plus la demande sera précise et la documentation exhaustive, plus l audit sera pertinent et détaillé! Choisir le bon partenaire Maitrise et transversalité des connaissances techniques Retour d expérience Rigueur méthodologique

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