Comment identifier les économies d'énergie les plus faciles à réaliser dans votre installation

Wade Thompson, expert en mesure d'énergie

Wade Thompson est un spécialiste Fluke de la qualité du réseau électrique qui travaillait auparavant pour RPM et BMI. Il est spécialisé en dépannage des problèmes de qualité du réseau électrique dans les centres de données, les systèmes embarqués, les réseaux de distribution de l'électricité et les installations industrielles.

Q : En quoi les mesures concernent-elles les économies d'énergie ?

Il s'agit avant tout de retour sur investissement et de bénéfices nets. Les installations ont besoin de consommer une certaine quantité d'énergie pour produire un travail : un produit, une donnée, quoi que ce soit. Mais la plupart des installations consomment bien trop d'énergie. Ce sont des consommateurs d'énergie inefficaces. Jusqu'à la dernière décennie, les responsables d'infogérance, en tant que secteur, ne s'en souciaient pas vraiment, car l'énergie était bon marché. Dès que l'énergie est devenue onéreuse, les responsables se sont intéressés aux moyens de réduire leur facture d'énergie, mais cette perspective devait être présentée d'un point de vue commercial : où se situe le point de retour sur investissement, où le gaspillage est suffisamment important pour qu'il soit rentable de s'y attaquer ? Pour répondre à cette question, vous devez déterminer combien d'énergie vous consommez sur les différents types de travaux (systèmes) de votre bâtiment et comparer ces chiffres aux normes. Cela vous indiquera la quantité d'énergie gaspillée. Des mesures supplémentaires peuvent vous permettre d'identifier les causes de ce gaspillage. La quantité d'énergie gaspillée ajoutée à la cause et aux coûts de réparation sont les trois points à mettre en équation pour obtenir le retour sur investissement.

Q : Quand savoir si cela est nécessaire, pour quels types d'installations, à quels endroits ?

La réduction de la consommation d'énergie est nécessaire pour les installations qui souhaitent réduire leurs coûts généraux afin d'augmenter leur productivité ; pour des installations qui souhaitent faire plus avec moins et pas seulement dépenser moins. L'analyse énergétique identifie les possibilités d'amélioration de l'efficacité et offre au gestionnaire de l'installation toutes les données pour comprendre où il est logique de chercher à réaliser des économies selon les principaux objectifs de l'installation, et où le retour sur investissement n'est pas suffisant ou est trop éloigné des priorités. Les meilleures possibilités résident généralement dans des installations équipées de systèmes anciens, imposants, qui consomment beaucoup d'énergie et n'ont pas été optimisés. Les autres candidats à considérer sont les installations de production qui n'ont pas installé beaucoup d'automatisation ou de commandes, ainsi que les installations équipées de systèmes de vapeur ou d'air comprimé importants.

Q : Combien est-il possible d'économiser ?

J'aimerais promettre que chaque installation peut réduire sa facture d'énergie de 25 %. Il s'agit du potentiel d'économie moyen courant, selon le Ministère américain de l'énergie (DOE). Les économies réellement obtenues dépendent de quelques facteurs. Premièrement, quels types de systèmes et d'activités se trouvent dans l'installation ? Les charges importantes qui n'ont jamais été mises en corrélation avec les tarifs des fournisseurs d'énergie afin de profiter des horaires moins onéreux offrent la promesse d'économies significatives. Une installation qui fait fonctionner des charges plus réduites n'aura peut-être pas la même opportunité. Deuxièmement, quel est le degré d'inefficacité des systèmes du bâtiment  ? Une installation récente et bien entretenue ne permettra pas de réaliser autant d'économies qu'une installation plus ancienne, où les systèmes et les équipements se sont éloignés des réglages et des pratiques de maintenance recommandés.

Q : Lorsque je pense à un gaspillage d'énergie, j'imagine de l'air froid qui passe à travers une fenêtre ou de vieilles ampoules à remplacer par des ampoules fluorescentes compactes. Quel type de « gaspillage d'énergie » a lieu dans une installation de production ou une installation polyvalente ?

Vos exemples sont de bonnes analogies, car ils représentent tous les deux des processus d'utilisation d'énergie pour alimenter des processus inefficaces. Utiliser de l'énergie pour chauffer ou refroidir de l'air et le faire circuler dans le système de ventilation, juste pour qu'il s'échappe par la fenêtre, c'est ce qui force le système à surproduire et donc à surconsommer. Combien d'autres systèmes dans l'installation travaillent plus qu'ils ne le devraient, à cause de filtres bouchés, de moteurs surdimensionnés ou d'autres défauts ? Utiliser de l'énergie pour alimenter des ampoules incandescentes est inefficace à cause du pourcentage élevé d'énergie consommée qui ne se transforme qu'en perte de chaleur. Extrapolez cette situation à tous les équipements (potentiellement) anciens de l'installation qui consomment plus d'énergie pour fonctionner que les nouveaux modèles hautement efficaces.

Donc oui, une installation de production ou polyvalente peut très bien souffrir de gaspillages à la fois au niveau des lampes et de l'isolation du bâtiment. Mais ces problèmes sont-ils les premiers à traiter ? Vous ne pouvez pas répondre à cette question avant d'avoir analysé la consommation d'énergie au niveau de toutes les charges majeures, de l'avoir mis en parallèle avec les tarifs des fournisseurs d'énergie et le planning d'exploitation et d'avoir calculé le retour sur investissement. Souvent, une installation peut réaliser suffisamment d'économies au niveau de l'exploitation et de la maintenance sur des grands équipements, pour, après quelques années, avoir les moyens d'accélérer le remplacement des équipements par des modèles plus efficaces.

Q : Par quoi commencer ? Les budgets, le temps et les ressources sont tous limités.

Travaillez à partir d'un point de référence.

Pour commencer, identifiez où et quand l'énergie est utilisée, et par quoi. Une fois que le propriétaire de l'installation, les responsables et les techniciens comprennent exactement combien d'énergie est nécessaire pour faire tourner l'installation par rapport à la quantité d'énergie gaspillée, ils peuvent alors prendre des décisions et faire des plans. Pour en arriver à ce point, commencez par obtenir des copies des dernières factures d'énergie et vérifiez la présence de pénalités et de frais pendant les périodes de consommation de pointe. Téléchargez une copie de la grille des taux à partir du site web de votre fournisseur d'énergie, afin de savoir combien coûte l'énergie en fonction des différents moments de la journée, par rapport à votre planning d'exploitation. Si nécessaire, appelez directement le fournisseur d'énergie, qui se fera un plaisir de vous répondre.

Puis, demandez à vos électriciens ou à votre entrepreneur en électricité d'enregistrer la consommation d'énergie au niveau des alimentations électriques principales du fournisseur, des panneaux d'alimentation des systèmes importants et des charges clés. Enregistrez les kW, les kWh et le facteur de puissance sur une période de temps représentative. Cela vous fournit une image très précise, au fil du temps, de la consommation d'énergie réelle sur des circuits et des charges triphasés. Les plus grosses économies sont parfois réalisées en déplaçant l'exploitation de charges à des moments de la journée où l'énergie est moins onéreuse.

Q : Discutons de ces systèmes qui sont les « gaspilleurs » les plus courants.

En plus de cartographier le système d'alimentation électrique, je suggère toujours d'évaluer les systèmes électromécaniques, de vapeur et d'air comprimé. Ils sont généralement truffés de zones de gaspillage d'énergie qui peuvent être relativement facilement réparées.

Électromécanique

Utiliser un ÉnergiMètre monophasé Fluke 43B pour évaluer un système mécanique
Utiliser un ÉnergiMètre monophasé Fluke 43B pour évaluer un système mécanique

Il existe cinq types de gaspillage d'énergie dans les systèmes électromécaniques : électrique, mécanique/friction, planification, commandes et dimension/efficacité.

  • Les surcharges de tension/courant, ainsi que les déséquilibres de phase sont ce qui génère le plus de pertes d'énergie dans les systèmes électromécaniques. Mais ces deux problèmes électriques peuvent être détectés à l'aide des Énergimètres et caméras infrarouges.
  • Les situations mécaniques qui gaspillent de l'énergie se manifestent par une surchauffe et des vibrations excessives, qui peuvent être détectées avec une caméra infrarouge et un testeur de vibrations. Les causes possibles sont variées, problèmes de refroidissement et de circulation de l'air, mauvais alignement des roulements et autres causes de friction. Effectuez une analyse thermique des couplages, arbre, courroies, roulements, ventilateurs, composants électriques, boîtiers de terminaison/de raccordement et enroulements ; tous les éléments qui peuvent signaler des exploitations inefficaces et donc de l'énergie gaspillée.
  • Comme mentionné précédemment, une des solutions les plus simples pour réaliser des économies d'énergie est de relever la consommation d'énergie au niveau des charges électromécaniques importantes pendant l'intégralité du planning d'exploitation. Déterminez quand les machines utilisent le plus d'énergie (souvent au démarrage) et vérifiez si les horaires d'utilisation peuvent être ajustés aux moments de la journée où le tarif du fournisseur est le moins élevé.
  • À l'aide de l'analyse de la consommation, comparez également le planning opérationnel à la fréquence de consommation d'énergie des machines Combien d'énergie les machines utilisent-elles lorsqu'elles ne sont pas utilisées de manière active ? Sans l'utilisation de commandes, la plupart des machines doivent être éteintes pour faire cesser leur consommation d'énergie et leur extinction manuelle n'a pas toujours lieu. Il n'est pas faisable d'éteindre toutes les machines, mais la plupart peuvent être mises en veille. Les commandes varient d'un système simpliste à une automatisation complète, à l'aide de capteurs et de minuteries, de machines à mise en veille flexible ou d'un API avec codage en dur de l'exploitation.
  • Dimensionnement et cote d'efficacité. Dans les installations anciennes, tout particulièrement, les exigences opérationnelles changent alors que les charges restent identiques, ce qui signifie qu'un gros moteur coûteux et difficile à démarrer continue d'entraîner un système moins exigeant en matière de puissance. La tendance naturelle d'un responsable d'infogérance est de prolonger au maximum la durée de vie d'un équipement important. Néanmoins, cela vaut la peine d'enregistrer ce que le moteur utilise en énergie par rapport aux exigences de charges actuelles, ainsi qu'aux nouvelles unités plus efficaces et mieux dimensionnées. Calculez l'excès d'énergie consommée et multipliez-la par la grille tarifaire. Déterminez le temps nécessaire pour qu'un nouveau moteur amortisse son coût de lui-même : parfois, il y a un intérêt financier à remplacer les équipements avant qu'ils ne tombent en panne. Sinon, vérifiez si des commandes peuvent être utilisées pour moduler la puissance de sortie du moteur.

Vapeur

Réaliser une inspection avec la caméra infrarouge Fluke Ti105
Réaliser une inspection avec la caméra infrarouge Fluke Ti105

Le procédé de chauffage représente une part importante des coûts d'exploitation contrôlables et le système doit être inspecté régulièrement pour éviter différents types de gaspillage d'énergie. Pour commencer, enregistrez la consommation d'énergie au niveau de la chaudière pour obtenir une référence de la consommation d'énergie. Ensuite, inspectez le système de distribution, notamment les purgeurs de vapeur, les manomètres, l'isolation, les pompes et les soupapes. Utilisez une caméra infrarouge pour détecter les purgeurs défectueux, les fuites, les obstructions, les problèmes de valeurs et de condensat : le but est de renvoyer autant de condensat préchauffé que possible dans la chaudière.

Un détecteur de fuites par ultrasons peut également être utilisé pour rechercher les fuites de vapeur. Assurez-vous de vérifier la présence d'isolation en bon état et le fonctionnement correct de tous les purgeurs de vapeurs, nettoyez l'intérieur des chaudières et vérifiez l'absence d'obstructions dans les lignes de transmission. Tous ces efforts permettront d'identifier le gaspillage d'énergie et aideront l'équipe à mettre en place des solutions pour réaliser des économies d'énergie, dont beaucoup seront souvent implémentées via la maintenance plutôt que par des dépenses du capital.

Air comprimé

Inspectez le compresseur d'air à l'aide d'un ÉnergiMètre Fluke 434 série II

Un compresseur avec une puissance de 100 ch peut consommer presque 50 000 $ en électricité par an, et presque 30 % de cette électricité est consommée pour mettre sous pression de l'air qui n'est jamais utilisé¹, à cause des fuites de distribution et de pratiques de gaspillage. Et pourtant, de nombreuses installations n'ont jamais estimé l'efficacité de leur système d'air comprimé. En fait, lorsqu'une plus grande pression d'air est requise, de nombreuses installations achètent et utilisent un compresseur supplémentaire, sans jamais réaliser qu'ils peuvent obtenir plus de pression à partir de leur système existant.

Des études du Compressed Air Challenge² ont mis en évidence que seulement 17 % des utilisateurs d'air comprimé valorisaient le rendement comme objectif de gestion des circuits d'air comprimé. 71 % voulaient simplement proposer une production d'air fiable et cohérente. Cette philosophie se transmet jusque dans l'utilisation : les installations d'équipement pneumatique manquent souvent de simples électrovannes, causant une exploitation continue du compresseur, et les personnes dans l'atelier considèrent souvent l'air comprimé comme une ressource gratuite, et s'en servent pour nettoyer la zone de travail ou même pour la refroidir. En réalité, l'air comprimé coûte relativement cher à la production.

Pour identifier et quantifier le niveau de pertes, commencez par enregistrer la consommation d'énergie au niveau de tous les compresseurs d'air pendant un cycle opérationnel complet. Cela permet d'établir combien d'énergie est nécessaire pour produire les niveaux de pression d'air actuels. En outre, enregistrez également la pression (psi) au niveau de la sortie du compresseur, comparez-la à celle au point d'utilisation et déterminez la quantité de chute de pression. Vérifiez également la pression requise par le constructeur pour faire fonctionner les équipements pneumatiques, ne travaillez pas en surpression « juste parce que ». Connecter un module de pression à un multimètre enregistreur est un bon moyen de réaliser ces tests sans investir dans de l'équipement spécialisé. Enfin, utilisez un détecteur de fuites par ultrasons pour vérifier l'empreinte d'autant de conduites d'air que possible, pour déterminer l'emplacement et l'étendue des fuites d'air.

Les étapes pour améliorer l'efficacité énergétique de votre installation comprennent : réparer les fuites identifiées, régler les compresseurs pour qu'ils ne génèrent que la quantité de pression nécessaire, installer des électrovannes au niveau des points d'utilisation et utiliser des réservoirs pour les applications à grand volume, plutôt que d'augmenter la pression globale du système.

¹Improving Compressed Air System Performance: a Sourcebook for Industry : Section 12, « Compressed Air System Economics and Selling Projects to Management » p. 69.

²Voir l'annexe D de « Improving Compressed Air System Performance: a Sourcebook for Industry » en ligne, sur http://www.compressedairchallenge.org/library/#Sourcebook. Études commandées par le Ministère de l'énergie (DOE) des États-Unis avec un support technique de Compressed Air Challenge (CAC).