L’efficacité énergétique industrielle arrive à maturité grâce à la transformation numérique

Alors que les consommateurs qui utilisent moins d’énergie pendant la pandémie de COVID-19 ont fait des nouvelles, une plus grande source d’économies d’énergie potentielles se développe dans les coulisses chaque jour sur l’ensemble des industries : près de 63 % de l’énergie perdue créée pour les marchés de l’électricité, du transport, de l’industrie, du commerce et du résidentiel.

Alors que les entreprises évaluent leur feuille de route pour atteindre leurs objectifs d’émission zéro, cette perte d’énergie est un « fruit à portée de main » qui peut stimuler l’élan et les mesures immédiates vers un objectif vital de durabilité.

Une partie de l’énergie créée par une source de combustible telle que le gaz ou le charbon, l’énergie perdue est rejetée ou gaspillée, souvent sous la forme de chaleur perdue, comme la chaleur d’une centrale au charbon, d’un moteur de voiture ou d’une ampoule incandescente. Les recherches montrent que dans toute usine industrielle, près des deux tiers (environ 67,5 %) de l’énergie produite est perdu avant d’atteindre son objectif prévu , en raison de l’encrassement des échangeurs de chaleur, du mauvais contrôle de la combustion, des fuites d’air comprimé ou des défaillances des purgeurs de vapeur. L’efficacité de nos installations de fabrication, de nos voitures et de nos ampoules détermine la quantité de chaleur perdue produite et la quantité de carburant et d’électricité pouvant être utilisées de manière productive.

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Ecoute de Mike Train, directeur du développement durable d’Emerson, explique le diagramme de Sankey de l’énergie américaine


Étant donné que le secteur industriel représente 23 % de la consommation énergétique totale et qu’une usine industrielle typique dépense 30 à 50 % de son budget d’exploitation en énergie, il est essentiel de se concentrer sur l’efficacité énergétique industrielle pour réduire les pertes d’énergie. Les données d’Emerson montrent que les entreprises industrielles peuvent réduire leur consommation d’énergie de 5 % à 15 % en utilisant des technologies et des logiciels de gestion de l’énergie qui permettent un meilleur rapport, mesure, surveillance et ciblage de l’énergie. En fin de compte, ces économies s’additionnent : un client d’une raffinerie a réalisé des économies d’énergie de plus de 20 millions de dollars US en un an.

Une gestion forte des émissions a un effet d’ondulation et, dans l’ensemble, les entreprises du quartile supérieur consomment 20 % d’énergie en moins et ont moins de la moitié de l’intensité énergétique de celles du quartile inférieur.

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Il existe des stratégies clés que les entreprises peuvent mettre en œuvre pour atteindre la gestion de l’énergie du quartile supérieur.

Technologies numériques avancées fournir une visibilité en temps réel des performances énergétiques afin que les opérateurs puissent prendre des mesures correctives. Les capteurs intelligents, en particulier les appareils sans fil, assurent depuis des années une meilleure surveillance des équipements, ce qui permet une détection précoce des défaillances potentielles qui pourraient affecter les performances et entraîner une plus grande consommation d’énergie. Les technologies de jumeau numérique permettent d’optimiser la conception et l’exploitation des installations, en introduisant de nouveaux protocoles pour économiser de l’énergie sans affecter les performances de l’usine. Et même les nouveaux éclairages à LED peuvent faire économiser des milliers de dollars en énergie dans des usines industrielles massives..

La plus grande avancée de ces dernières années est probablement ce que nous appelons le « moniteur d’activité de l’énergie industrielle », un système d’information de gestion de l’énergie (EMIS). Historiquement, les usines industrielles ont examiné les données mensuelles de la consommation d’énergie au fil du temps pour surveiller les pertes d’énergie. Un système EMIS fournit des informations pertinentes et à la minute près sur la consommation d’énergie d’un site afin de mieux identifier les inefficacités et les irrégularités, en fournissant des données et des analyses en temps réel pour la prise de décisions, ce qui peut faire des millions d’économies annuelles.

Prenez les usines d’Abqaiq de Saudi Aramco, qui fournissent 15 % de la production mondiale de pétrole. Saudi Aramco a mis en œuvre le système EMIS d’Emerson pour optimiser ses opérations et mieux gérer sa consommation d’énergie. Le système a permis d’améliorer la visibilité des performances opérationnelles, de réduire considérablement les délais de résolution des problèmes et d’identifier les meilleures valeurs et points de consigne, ce qui a permis de réaliser des économies d’énergie de 22 millions de dollars US par an.

Bien que l’EMIS offre un regard complet sur la gestion de l’énergie, il existe d’autres applications très spécifiques qui prouvent que l’ancien adage est vrai : vous ne pouvez pas gérer ce que vous ne pouvez pas mesurer. Lorsqu’elles sont combinées à des logiciels tels que des outils d’analyse, les mesures fournissent les données nécessaires à une meilleure prise de décisions afin d’améliorer l’efficacité énergétique, la sécurité et la fiabilité. Voici cinq priorités de mesure clés en matière de gestion de l’énergie.
 

• Surveillance des purgeurs de vapeur. La plupart des usines industrielles utilisent la chaleur de vapeur pour fournir l’énergie qui alimente leurs opérations. Une facture d’énergie typique d’une usine peut être de 20 à 30 millions de dollars US par an. Les milliers de purgeurs de vapeur qui ont laissé l’eau condensée sortir des systèmes de vapeur dans ces usines sont trop souvent négligées. Dans les systèmes à vapeur qui n’ont pas été entretenus pendant trois à cinq ans, entre 15 % et 20 % des purgeurs de vapeur ont été défaillants, selon le ministère américain de l’Énergie. Les coûts peuvent s’additionner : une centrale électrique, par exemple, a découvert qu’un purgeur de vapeur qui fuit leur coûtait 2 200 $ US par jour. Généralement inspectés manuellement une fois par an, les purgeurs de vapeur peuvent désormais être surveillés acoustiquement à l’aide d’appareils intelligents pour alerter les opérateurs de la défaillance des équipements. Cette perte d’énergie peut être capturée en surveillant les purgeurs de vapeur. La société sud-africaine de pétrochimie Sasol Technology a installé des moniteurs acoustiques sur seulement 20 de ses purgeurs de vapeur les plus critiques et a économisé 42 000 $ US en coûts de vapeur et 15 000 $ US en coûts de maintenance chaque année. Les moniteurs intelligents ont rentabilisé en moins de trois mois.
• Mesure des fluides de service tels que l’eau, l’air, le gaz et la vapeur. Bien que les opérateurs de l’usine sachent la quantité de gaz naturel qu’ils achètent chaque année, ils ne savent pas toujours quelle quantité est utilisée par chaque unité de procédé. Les débitmètres permettent de détecter les fuites ou les changements inhabituels dans la consommation d’énergie, d’équilibrer le flux d’énergie pour utiliser des points et de hiérarchiser les actions d’économie d’énergie. Une usine de pâte à papier de la Nouvelle-Angleterre a mis en œuvre des technologies de mesure de débit et représente désormais presque toute la consommation d’énergie dans l’usine. Le projet s’est rentabilisé en moins de huit mois, avec des économies de plus d’un million de dollars en coûts énergétiques au cours de la première année.
• Mesure de l’air comprimé Les systèmes d’air comprimé sont d’importants utilisateurs d’énergie et peuvent également être les principales sources de fuites. Face à l’augmentation des coûts d’exploitation, à l’augmentation de la capacité et aux inquiétudes concernant les pénuries d’air comprimé, une usine chimique d’Amérique du Sud a ajouté des technologies de mesure de débit et a constaté une amélioration de 10 % de l’efficacité globale du système d’air comprimé et une réduction annuelle de 750 000 $ US des coûts d’électricité.
• Contrôle précis des niveaux d’eau des chaudières à vapeur. L’objectif est que les chaudières fonctionnent de manière fiable sans cycles coûteux d’arrêt, de purge et de redémarrage. Une usine de papier aux États-Unis perdait de sa production et encourait des coûts d’électricité accrus en raison des arrêts des chaudières, mais après l’ajout de technologies de mesure avancées, l’usine bénéficie désormais d’une efficacité accrue, d’une réduction des arrêts non planifiés et d’une production accrue.
• Amélioration des performances des échangeurs de chaleur. Les installations industrielles peuvent avoir des centaines d’échangeurs de chaleur qui peuvent s’encrasser avec le temps, réduisant la capacité de production et augmentant les coûts de maintenance et la consommation d’énergie. En collaboration avec Emerson, Chevron a mis en place une solution de surveillance sur le cloud pour les échangeurs de chaleur de l’une de ses raffineries. Au lieu de vérifier manuellement les échangeurs de chaleur, les technologies de mesure avancées ont fourni aux opérateurs Chevron des données de transfert de chaleur, d’encrassement et d’autres données de dégradation pour maintenir les échangeurs de chaleur en fonctionnement à des performances optimales.

Jamais auparavant les installations industrielles n’avaient disposé de logiciels, d’analyses de données et de technologies de mesure avancées pour vraiment comprendre aujourd’hui l’optimisation énergétique dynamique en temps réel qui peut considérablement aider les entreprises à atteindre leurs objectifs de réduction nette zéro. Si le secteur adopte collectivement ces technologies, les répercussions seront rapides et significatives.