Facteur de coût «Energie» : comment le convertir en facteur de succès? Identifier, évaluer et mettre en oeuvre le potentiel d économies dans un processus intégré de gestion de l énergie Answers for industry.
Augmentation de la productivité grâce aux qualités intrinsèques des systèmes Des coûts énergétiques de plus en plus élevés, des réglementations environnementales de plus en plus strictes ou l obligation d obtenir une certification attestant du respect de la norme EN16001 relative à la gestion de l énergie les raisons sont nombreuses de préférer une gestion efficace de l énergie dans les installations industrielles. Toutefois, l un des facteurs se distingue des autres par son importance particulière : la gestion de l énergie joue un rôle décisif dans l accroissement de la productivité des installations, ce qui se traduit alors par une meilleure compétitivité de l entreprise, quel que soit son secteur d activité. 2
Table des matières Le processus de gestion de l énergie, la clé de l augmentation permanente de l efficacité énergétique d une usine 4 Identification 5 Evaluation 6 Mise en œuvre 7 Une efficacité énergétique optimisée... La gestion énergétique se définit par la coordination prédictive et systématique de l alimentation, de la conversion, de la distribution et de l utilisation de l énergie, avec l objectif de répondre aux demandes tout en respectant les directives écologiques et économiques. En d autres termes : prendre des mesures planifiées visant à gérer et à utiliser efficacement l énergie.* Le portefeuille le plus complet au service d un processus de gestion de l énergie efficace 8 Efficacité énergétique caractéristiques techniques : exemples concrets 10... grâce à une gestion plus efficace de l énergie Une gestion énergétique efficace est un processus qui, à l instar de la gestion de la qualité, est utilisé pour accroître en continu la productivité d une énergie utilisée. En notre qualité de partenaire, nous pouvons vous proposer une gamme de produits et solutions des plus complètes, susceptible de vous être utile dans ce processus. Le processus de gestion énergétique surveille en permanence l utilisation que fait votre installation de l énergie, réduisant ainsi les coûts énergétiques et de fonctionnement tout en diminuant l impact sur l environnement. La clé de cette réussite? L intégration parfaite de l ensemble de nos produits dans une architecture système ouverte, appelée Totally Integrated Automation : Du matériel et des logiciels permettant d acquérir, de visualiser et d analyser les flux énergétiques Des programmes permettant de déterminer avec précision le potentiel d économies énergétiques à tous les niveaux de production et d automatisation des processus Des produits et des systèmes qui permettent de réduire considérablement le besoin énergétique. Siemens AG Siemens AG Industry Sector Postfach 48 48 90026 NUREMBERG ALLEMAGNE betriebliches-energiemanagement Peut changer sans préavis 04/10 N de référence E20001-A20-M117-X-7700 DISPO 21505 WÜ/26815 GC.GC.HI.EEFF.52.0.01 WS 04103. Imprimé en Allemagne Siemens AG 2010 La présente brochure contient des descriptions générales et des caractéristiques de performance qui pourraient ne pas toujours correspondre aux conditions réelles d utilisation ou qui sont susceptibles de changer en raison du développement ultérieur des produits. Siemens n a l obligation de fournir les caractéristiques exactes que lorsque cela est explicitement stipulé par contrat. Tous les noms de produit sont des marques de commerce ou des noms de produit de Siemens AG ou de fournisseurs, si bien que, si de tierces personnes les utilisaient à leurs propres fins, elles pourraient le faire en violation des droits des propriétaires. *Source: VDI 4602 Energiemanagement Begriffe 3
Un aperçu du processus de gestion énergétique La gestion énergétique est un sujet d actualité. Siemens y répond de manière exhaustive et systématique. Nous avons divisé le processus de gestion énergétique en trois phases (Identification, évaluation et mise en œuvre) et nous vous assistons dans chacune de ces phases. A cette fin, nous sommes en mesure de vous offrir des solutions matérielles et logicielles qui vous permettront d afficher en toute transparence vos ressources énergétiques et de les contrôler de manière efficace. Identification Du matériel et des outils parfaitement adaptés permettent d obtenir, de visualiser et d analyser les flux énergétiques d un système ou d une usine. Ces flux deviennent plus faciles à comprendre, de sorte que la consommation d énergie du processus peut être optimisée. Tout en permettant d effectuer une évaluation préliminaire des possibilités d économie d énergie, les données obtenues constituent les fondements d une gestion intelligente et efficace sur le plan énergétique. Evaluation En tenant compte des paramètres de l usine et du système, de puissants logiciels calculent le potentiel d économies que récèle une application particulière ainsi que la rentabilité des mesures possibles - au niveau du système d entraînement, au niveau contrôle et supervision ainsi qu au niveau gestion d entreprise. Les options de financement et de crédit-bail permettent d acquérir les composants à économie d énergie à un prix avantageux, pour une installation ou un système. Identification Conseil en matière d efficacité énergétique Conforme à la norme EN 16001 Evaluation 4 Mise en œuvre L adoption de mesures adaptées permet d améliorer le rapport coût-efficacité. Dans ce cas, l accent est mis sur les techniques d entraînement, car ce sont elles qui utilisent les deux tiers de l énergie consommée par les industries. Des économies d énergie jusqu à 70 % sont tout à fait réalistes. Mise en œuvre
Identification Conseil en matière d efficacité énergétique Conforme à la norme EN 16001 Evaluation Identification : Visualisation des flux énergétiques dans l ensemble de la société Mise en œuvre Exemples de produits Dans cette phase, les données recueillies permettent de réaliser une première évaluation du potentiel d économies d énergie, et de poser ainsi les fondements d une gestion énergétique intelligente et efficace en supposant que l utilisation qui est faite de l énergie soit transparente. Que votre société utilise l énergie électrique ou toute autre forme d énergie, comme l eau, le gaz, l air comprimé, etc., il est nécessaire de recueillir sur une période assez longue des données précises de l utilisation énergétique et les caractéristiques de puissance pour ensuite les traiter afin d établir des comparaisons fiables et de définir des mesures d optimisation concrètes et réalistes. Une surveillance efficace de la consommation énergétique est indispensable dans l automatisation des processus et de la production, de même que dans le secteur de la construction, et ce, notamment pour les tâches complexes. Ce n est qu une fois que le système de surveillance a été mis en place que l on peut superviser et analyser de manière très précise les variables mesurées, telles que la consommation électrique, les profils de charge et les débits. SIMATIC powerrate : système de gestion de l énergie SIMATIC conçu pour WinCC et PCS 7 et permettant d acquérir, de calculer et d enregistrer en toute efficacité vos données énergétiques en vue d une optimisation de l utilisation énergétique. Logiciel SENTRON powermanager: Ce logiciel de gestion de l énergie, offert en solution autonome, s adapte à toutes les applications dans les bâtiments commerciaux, dans les installations industrielles de petite ou moyenne taille, partout où l automatisation est absente ou lorsqu il faut séparer le management de l énergie de l automatisation. SENTRON PAC : ces centrales de mesure polyvalents compacts et puissants acquièrent de manière précise et fiable toutes les données d utilisation de la distribution de l alimentation électrique et les affichent sur un écran graphique à cristaux liquides. Interrupteurs de charge SENTRON avec la technologie de mesure intégrée : en combinaison avec le SENTRON PAC, ces interrupteurs acquièrent les données mesurées et les transfèrent aux systèmes de gestion de l énergie de niveau supérieur. Disjoncteurs SENTRON communicants : la transparence la plus complète grâce à la communication des données énergétiques directement depuis l installation sans nécessiter d installation supplémentaire. PROFIenergy: norme basée sur PROFINET pour une acquisition granulaire des données mesurées au meilleur prix directement au niveau de la charge. 5
Identifizieren Conseil en matière d efficacité énergétique Conforme à la norme EN 16001 Evaluation Evaluation: Déterminer précisément les économies potentielles Mise en œuvre Une fois effectuées l acquisition, l évaluation et la visualisation des données de flux d énergie et identifiés les gros consommateurs d énergie, il faut calculer le potentiel spécifique d économie d énergie. Ce résultat permet d établir la rentabilité des mesures de potentiel pour l application concernée, et peut servir de base de prise de décision pour les investisseurs A tous les niveaux de l usine des ateliers jusqu à la direction, nous fournissons des outils vous permettant d obtenir des résultats significatifs, conférant à la prise de décision un degré de fiabilité élevé. Exemples de produits b.data: Outre l équilibrage en toute transparence de l énergie et des équipements des systèmes générant de l énergie et des charges, l allocation de coûts énergétiques en fonction de chaque consommateur et le transfert dans le système ERP (c.-à-d. SAP R/3 CO), des indicateurs clé de performance (KPI) sont générés à l aide d une analyse de données automatique. Ces KPI constituent la base pour augmenter l efficacité énergétique des usines et des systèmes de production. SIMATIC powerrate pour WinCC et PCS 7 pour les niveaux de commande et de supervision : Solution de gestion de l energie complète, transparente pour l utilisateur et totalement intégrée destinée à visualiser et analyser l ensemble de vos données énergétiques afin d identifier les économies d énergie potentielles. SinaSave: Outil logiciel complément de la technologie d entraînement, conçu pour les applications avec moteurs directement reliés au réseau (vitesse constante) ou au convertisseur de fréquences (vitesse variable). Cet outil calcule, en fonction des valeurs caractéristiques de votre équipement, le retour sur investissement d un moteur à économie d énergie IE2 ou IE3, un moteur à couple élevé HT direct ou un convertisseur de fréquences. En règle générale, l amortissement est obtenu en quelques mois. Energy Health Check: Il s agit d un ensemble de services intégrés visant à optimiser des usines entières d un point de vue énergétique en les considérant dans leur globalité. Dans ce cadre, on admet qu une mesure d optimisation est rentabilisée en moins de deux ans. En conséquence, les coûts énergétiques peuvent être réduits avec de faibles coûts induits. Siemens Financial Services: Options de financement et de crédit-bail pour les investissements visant à augmenter l efficacité énergétique. 6
Identifizieren Conseil en matière d efficacité énergétique entsprechend EN 16001 Evaluation Mise en œuvre: Utiliser pleinement le potentiel d optimisation Mise en œuvre Une fois les mesures optimales définies sur la base d une analyse de faisabilité économique, l étape suivante consiste à mettre en œuvre tout le potentiel identifié aussi efficacement que possible. Dans le cadre de notre offre exhaustive, nous vous offrons des produits, des systèmes et des technologies appropriés qui sont autant de leviers efficaces pour réduire de façon drastique les besoins en énergie de votre usine ou de votre système. Exemples de produits Une large gamme de moteurs à rendement élevé, dont l efficacité est jusqu à 7 % supérieure à celle des moteurs standard. La plus vaste offre du marché en convertisseurs de fréquences qui, grâce l utilisation de la variation de vitesse, permettent de réduire les coûts énergétiques jusqu à 70 % selon les applications. C est notamment le cas des pompes, des ventilateurs et des compresseurs, ces convertisseurs permettant d adapter avec précision leur vitesse de fonctionnement. Des convertisseurs de fréquences capables de récupérer de l énergie à l aide d une technologie novatrice d alimentation, permettant de restituer l énergie issue du freinage par réinjection dans le réseau. Par exemple, pour les appareils de levage, les bandes transporteuses et les centrifugeuses, les coûts énergétiques peuvent être réduits de 50 %. Des démarreurs et des démarreurs progressifs de moteurs pour réduire de 60 % les charges de pointe mécaniques et électriques avec des dissipations thermiques extrêmement faibles. Le système de gestion de l énergie b.data assure l optimisation des fonctionnements et des procédures en automatisant tous les processus pertinents pour l achat et la fourniture d énergie. Une analyse spécifique des données énergétiques et de production facilite la compréhension globale de votre consommation énergétique et de votre profil de consommation, ce qui vous permet d économiser des ressources précieuses. Vous pouvez ainsi optimiser en permanence vos structures de coûts et accroître globalement l efficacité. La gestion dynamique de l énergie avec PRO- FIenergy, le profil de communication non propriétaire de PROFIBUS & PROFINET International (PI), réduit les coûts énergétiques en supprimant totalement (même sur une courte durée) les charges qui ne sont pas utilisées lors des périodes non productives. Notre Service Clients vous accompagne dans la modernisation de vos systèmes d entraînement existants devenus coûteux, en vous proposant des moteurs efficaces et des systèmes d entraînements à vitesse variable. Une gestion intelligente de l énergie avec SIMATIC powerrate pour WinCC et PCS 7 pour limiter les charges de pointe et réduire ainsi les coûts en énergie. 7
Un portefeuille complet de solutions pour un processus énergétiquement performant : Identification Evaluation Mise en œuvre Plus d informations PROFIenergy Fonctionnalité de prise de mesure pour acquérir des valeurs énergétiques Charges spécifiquement coupées lors des arrêts de production. profinet b.data Acquisition transparente et visualisation des flux d énergie de l entreprise. Affichage des tendances et de rapports SIMATIC powerrate Visualisation et transparence des flux d énergie d une usine. Archivage, rapports Equilibrage transparent de l énergie et définition de KPI spécifiques. Allocation et facturation des coûts énergétiques selon la charge particulière Evaluation des charges à forte demande en énergie Potentiel d optimisation grâce à des prévisions précises de la demande en énergie et du profil de charge Gestion de charges, configuration/ordonnancement efficace des processus (délestage/relestage intelligents) bdata powermanagementsystem Logiciel de gestion de l énergie SENTRON powermanager Logiciel autonome de visualisation transparence des flux énergétiques d une usine, archivage, rapports SIMATIC WinCC et SIMATIC PCS 7 Acquisition et archivage des valeurs mesurées des énergies électriques et non électriques Affichage des tendances et des évolutions rapports et consignations de l utilisation de l énergie Soutien pour une configuration efficace des processus, l allocation des centres de coûts et le contrôle des états de fonctionnement powermanagementsystem simatic-wincc simatic-pcs7 Appareils de mesure polyvalents SENTRON PAC Acquisition précise et fiable des valeurs électriques et des autres valeurs énergétiques Les valeurs mesurées servent à évaluer l état de l usine et la qualité de l alimentation powermanagementsystem Appareils de commutation et de protection SENTRON Fonction de mesure pour l acquisition de valeurs énergétiques Convertisseurs de fréquence SINAMICS Acquisition des données de puissance prélevées par le système d entraînement Convertisseurs de moyenne tension SINAMICS et ROBICON Acquisition des données de puissance prélevées par le système d entraînement Jusqu à 70 % d économie d énergie dans le cas des pompes, des ventilateurs et des compresseurs. Jusqu à 50 % d économie d énergie lors de l utilisation des convertisseurs permettant une récupération de l énergie, comme avec les applications de convoyage et de levage Jusqu à 70 % d économie d énergie dans le cas des pompes, des ventilateurs et des compresseurs. Jusqu à 50 % d économie d énergie lors de l utilisation des convertisseurs permettant une récupération de l énergie, comme avec les applications de transport et de levage www.siemens.com/sentron sinamics robicon-perfect-harmony 8
Identification Evaluation Mise en œuvre Plus d informations Convertisseur de fréquence DYNAVERT T Acquisition des données de puissance prélevées par le système d entraînements Jusqu à 70 % d économie d énergie grâce au fonctionnement à vitesse variable loher-dynavert-t SinaSave Potentiel d économie d energie dans les technologies d entraînement et délai de retour sur investissement SIMATIC ET 200S FC, ET 200pro FC Acquisition des données de puissance prélevées par le système d entraînement SIRIUS Innovations Fonction de mesure pour l acquisition des valeurs énergétiques Départs-moteurs et démarreurs progressifs SIRIUS Fonction de mesure pour l acquisition des valeurs énergétiques Système de gestion de moteur SIMOCODE pro Fonction de mesure pour l acquisition des valeurs énergétiques Moteurs à induction basse tension et moteurs antidéflagrants Moteurs HT direct Motoréducteurs MOTOX Siemens Financial Services Energy Health Check Economie d énergie grâce au fonctionnement à vitesse variable. Economie d énergie grâce à la récupération d énergie Les dissipations thermiques réduites et extrêmement basses ont pour conséquence une baisse de la consommation d énergie. Commutation active, par exemple, pour la gestion des charges permet de réaliser des économies jusqu à 25 % Commutation active. Réduction de la consommation d énergie jusqu à 92 % en utilisant des démarreurs progressifs avec by-pass intégré Commutation active. Plus grande disponibilité de l installation grâce à une transparence accrue du contrôle complet. Jusqu à 25 % d économies d énergie Large gamme de moteurs basse tension à haut rendement à partir de 0,09 kw; efficacité jusqu à 7 % supérieure à celle des moteurs standard, répondant aux éxigences de rendement IE2 et IE3 dans la plage comprise entre 0,75 et 375 kw. Egalement disponibles, des moteurs antidéflagrants dans la plage comprise entre 0,75 et 375 kw pour la classe de rendement IE2 Très haute efficacité à l aide d un raccordement direct jusqu à 3 % de plus que les moteurs classiques. Plus grande efficacité du système avec SINAMICS Disponibles avec des moteurs à haut rendement, IE2 (ou IE3) jusqu à 375 kw Solutions de financement avec des coûts planifiables pour les investissements dans une technologie Siemens énergétiquement efficace Optimisation de l énergie des usines et des systèmes industriels approche intégrée et globale pour améliorer, dans le respect du développement durable, l efficacité énergétique des usines et des systèmes industriels www.siemens.com/sinasave et200 sirius-innovationen www.siemens.com/industrial-controls simocode motoren www.loher.de ht-direct motox financing industry-solutions 9
Efficacité énergétique Exemples de projets réalisés Les exemples concrets suivants démontrent les économies d énergie obtenues grâce à la mise en œuvre de nos produits, systèmes et solutions énergétiquement performants. Par ailleurs, ces exemples illustrent le retour sur investissement à court terme si vous investissez dans nos technologies de pointe. Un système de gestion énergétique de 30 000 tendances de données énergétiques Industrie chimique : Infracor GmbH Marl, Allemagne Pour Infracor GmbH, la gestion efficace de l énergie est centrale pour la fourniture d énergie au complexe chimique de Marl (Marl Chemiepark). Dans ce gigantesque complexe, la demande moyenne en électricité de toutes les installations est d environ 300 mégawatts et 700 à 1100 tonnes de vapeur par heure. Trois centrales spécialisées comportant au total cinq unités de production et trois stations d alimentation de 110 kilovolts connectées au réseau public servent à alimenter le complexe. Infracor utilise le système de gestion de l énergie b.data depuis huit ans maintenant dans ce remarquable environnement énergétique. b.data permet de mesurer, de contrôler et d optimiser les flux énergétiques. Depuis sa commercialisation, b.data n a cessé d évoluer. A l heure actuelle, il est possible d acquérir environ 30 000 tendances de données énergétiques et de les extraire à la demande. Dans certains cas, les archives remontent 15 ans en arrière. Cette perspective intégrée et globale sert de base à une optimisation élargie. Actuellement, b.data est l outil de contrôle principal de tous les processus de planification énergétique en matière d alimentation et de distribution et permet d optimiser l utilisation de toute l énergie consommée. Les démarreurs progressifs réduisent les coûts de fonctionnement de 20 à 25 % Industrie de l eau : usine de traitement des eaux usées de Minden-Leteln, Allemagne La société qui exploite l usine de traitement des eaux usées de Minden-Leteln a investi dans un système de contrôle-commande pour les nouvelles turbines d aérateur afin d éviter les pics d utilisation. Dans le cadre de leur modernisation, le contrôle-commande des turbines électriques ont été équipées de démarreurs progressifs 3RW44 et le système de contrôle-commande a été modernisé à l aide de SIMATIC PCS 7. Ainsi, l alimentation utilisée dans la zone de traitement biologique de l usine a été réduite de 20 à 25 %. En outre, la solution du démarreur progressif a diminué les risques de défaillances ainsi que la durée de l entretien courant du groupe d engrenages. Cet investissement s est avéré rentable en très peu de temps et contribuera à réduire significativement les coûts de fonctionnement au cours de 10 à 20 prochaines années. Une commande d entraînement efficace permet d économiser 70 000 francs suisses par an Dans son usine située dans le canton suisse du Valais, l entreprise néerlandaise DSM Nutritional Products AG a remplacé les pompes à vitesse constante équipées de vannes mécaniques par des pompes à vitesse variable. Des convertisseurs de fréquences MICROMASTER 440 reliés à la salle de commande principale de l usine par l intermédiaire de PROFIBUS adaptent le débit du flux. La nouvelle solution permet non seulement d optimiser la régulation de l usine, mais aussi de réduire la consommation d énergie. Les économies attendues s élèvent à 70 000 francs suisses par an. Industrie pharmaceutique : DSM Nutritional Products AG, Pays-Bas 10
Des coûts énergétiques réduits de 3 000 euros par mois à l aide des convertisseurs de fréquences Industrie du pétrole et du gaz : Shell Deutschland Oil GmbH, Allemagne Installation de fourniture et de distribution : Usine municipale de Chemnitz, Allemagne Industrie automobile : Groupe ALRO, Belgique Secteur public, association Murimoos, Suisse Dans son immense parc à réservoirs de stockage de Kaiserwörthhafen, en Allemagne, Shell Deutschland ne souhaitait plus gaspiller l énergie en utilisant des vannes mécaniques. Pour s assurer que les principales pompes à diesel fonctionnent toujours à leur point de fonctionnement maximum, des convertisseurs de fréquences Siemens d une puissance nominale de 132 kw et des moteurs 1LG4 pour le système de pompage redondant ont été utilisés. Le logiciel SinaSave a clairement établi que la mise en place de convertisseurs de fréquences serait rentabiliséé dans un délai d environ 14 mois. L usine a réduit ses dépenses énergétiques de 3 000 Euros par mois. Avantage supplémentaire, les divers processus ont été optimisés et les contraintes subies par le réseau de tuyauterie ont diminué par la minimisation des coups de bélier, ce qui a réduit les frais de maintenance et accru la disponibilité de l installation. 35 % d économie de coûts énergétiques grâce à la modernisation En raison de la demande fluctuante de l installation de chauffage du district, l usine municipale de Chemnitz (entreprise de services publics de Chemnitz, en Allemagne) a souhaité optimiser l équilibre énergétique de l installation de chauffage du district. Les groupes motopompes surdimensionnés de fourniture d eau chaude avec couplage du liquide ont été remplacés par des systèmes d entraînement à vitesse variable utilisant des moteurs basse tension N-compact robustes et à haut rendement et les convertisseurs de fréquences SINAMICS G150 correspondants. Les dépenses énergétiques pour l alimentation des pompes d eau chaude ont diminué d environ 35 % grâce à l utilisation de systèmes d entraînement à vitesse variable couplés à des moteurs adaptés et plus économes. La régulation de débit en circuit fermé, plus précise, constitue un avantage supplémentaire et permet de moins solliciter le système mécanique en supprimant des pics de pression. Réduction des coûts de près de 20 000 euros par mois en utilisant les convertisseurs de fréquences Dans l usine de Genk, la société belge ALRO a fait des recherches sur le potentiel d économie d énergie des pompes et des ventilateurs du système de peinture des pièces automobiles. A l origine, une analyse de potentiel stochastique a été effectuée pour toutes les pompes et les ventilateurs d une puissance nominale de 5 kw ou plus qui étaient préalablement contrôlés à l aide de registres et de vannes. Leur remplacement par des convertisseurs de fréquences Siemens a été effectué. L analyse a indiqué que 19 870 euros pouvaient être économisés par an en utilisant les convertisseurs de fréquences pour les 12 systèmes d entraînement. Le délai de rentabilité est inférieur à 18 mois. Nouveau système de chauffage utilisant des copeaux de bois : la demande en chauffage est couverte à 100 % à l aide de matériaux de récupération Dans le cadre de la rénovation de son alimentation en chauffage et en énergie, l association «Murimoos, werken und wohnen» recherchait une technologie de pointe capable de commander un nouveau système de chauffage utilisant des copeaux de bois d un indice de protection thermique de 600 kw. La solution : un système SCADA utilisant SIMATIC WinCC qui contrôle tous les systèmes produisant et consommant de l énergie. Le meilleur fournisseur d énergie est choisi au cas par cas, par exemple en fonction de la disponibilité et du cours de l énergie. L avantage du nouveau système de chauffage avec des copeaux de bois est le suivant : les résidus de bois générés par l activité de l association et le stock de compost régional couvrent totalement leur besoin en combustible sans qu il soit nécessaire d acheter des copeaux de bois. Le remplacement du mode de chauffage au fioul a eu un impact financier positif tout en réduisant les émissions de CO 2. Souhaitez-vous obtenir plus de renseignements sur notre éventail de produits à efficacité énergétique? Consultez le verso de cette brochure. 11