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Quand un investissement dans un nouveau système d’entraînement est-il rentable? #14

#DRIVOGRAM: Quand un investissement dans un nouveau système d'entraînement est-il rentable? #14

Efficacité énergétique des systèmes d'entraînement électriques

La consommation d’énergie des systèmes d’entraînement électriques joue un rôle de plus en plus important en raison du renouvellement des normes européennes et de l’augmentation des prix de l’énergie. Les systèmes d’entraînement sont responsables d’une grande partie de la consommation d’énergie en Suisse, environ 49%. Plus de la moitié de ce chiffre est attribuable aux applications industrielles et aux services de construction dans le secteur des services (y compris aux installations d’infrastructure, applications commerciales, etc.), qui représentent environ 37% de la consommation suisse d’électricité. Des économies d’énergie de 20 à 30% peuvent être réalisées en optimisant les systèmes ou en augmentant l’efficacité des systèmes d’entraînement.

 

En principe, comme le montre l’analyse des coûts d’investissement et de fonctionnement présentée dans le tableau 1, les investissements dans des systèmes d’entraînement modernes et efficaces sont rentables non seulement du point de vue environnemental, mais aussi économique. Le tableau 1 montre la répartition en pourcentage des coûts d’investissement et de fonctionnement sur des périodes de durée différente pour trois moteurs asynchrones IE4 (3 kW, 55 kW, 110 kW) dans la version standard de la série de produits Simotics 1LE1. Comme base de données, on suppose un prix de l’énergie dans l’industrie de 8 ct./kWh, ainsi qu’un profil de charge d’une journée de 12 heures (3 heures 50% Pn,Motor, 3 heures 75% Pn,Motor, et 6 heures 100 % Pn,Motor) à 260 jours de fonctionnement par an en fonctionnement directement sur le réseau S1.

On remarque ici que la modernisation des systèmes d’entraînement ou des systèmes d’entraînement efficaces est particulièrement intéressante sur de longues périodes, comme le montre la comparaison des ratios des coûts d’investissement et des coûts d’exploitation dans le diagramme. Alors qu’après une période d’un an, les coûts d’investissement représentent une grande partie des coûts totaux (3 kW : 62%, 55kW : 45%, 110kW : 44%), ces coûts n’en représentent plus qu’une petite partie au bout de cinq ans (3 kW : 25%, 55kW : 14%, 110kW : 14%). Sur une période plus longue, les coûts énergétiques représentent donc un pourcentage nettement plus élevé des coûts totaux. Cet effet est particulièrement perceptible au bout de 10 ou 15 ans. Ici, les coûts d’investissement ne représentent qu’une petite partie du coût total du système d’entraînement (3 kW : 15%, 55 kW : 8%, 110 kW : 7% ou 3 kW : 10%, 55 kW : 5%, 110 kW : 5%). Le graphique montre également que les systèmes d’entraînement efficaces sont particulièrement rentables à des puissances plus élevées (55 kW et 110 kW), car ils ont une consommation d'énergie plus élevée que les systèmes d'entraînement à faible puissance. 

 

On peut donc conclure que les investissements dans des systèmes d’entraînement efficaces sur le plan énergétique sont financièrement avantageux sur de longues périodes, car les coûts énergétiques de la solution d’entraînement sont directement réduits et, par conséquent, la majeure partie des coûts totaux du système considérés sur le long terme optimisée.

 

En intégrant des systèmes d’entraînement efficaces, nous vous aidons à réduire la consommation d’énergie et donc les coûts énergétiques de votre entreprise. Notre solution pour la planification énergétique de vos systèmes d’entraînement est notre outil « SinaSave », accessible gratuitement en ligne, que vous pouvez utiliser entièrement sans enregistrement (ou sur enregistrement gratuit avec des fonctions supplémentaires). Avec SinaSave, nous vous soutenons dans le calcul de la consommation d’énergie de vos systèmes d’entraînement, la planification des investissements de nouveaux systèmes, et une modernisation judicieuse et durable de vos systèmes d’entraînement existants passant par l’augmentation de leur efficacité. À titre comparaison, SinaSave offre d’une part un volet technique, dans lequel sont calculées les économies d’énergie et de CO2 associées que vous pouvez réaliser, et d’autre part un volet économique, dans lequel est calculée la valeur ajoutée que vous pouvez obtenir au plan économique en modernisant votre système comme le montre la figure 1.

Investissement à long terme

Investissement à long terme

Globalement, SinaSave propose les options suivantes pour comparer les systèmes d’entraînement:

 

Saisie des données

 

o   Types de réseau 3AC 400V/500V/690V, 3,3kV, 6kV et 10kV disponible

 

o   Saisie d'un profil de charge possible

      > Heures opérationelles quotidiennes du système d‘entraînement

      > Définition de la charge (spécification de la charge en pourcentage en fonction du temps (p.ex. 3 heures à 40% de la                  puissance nominale)

      > Consommation de CO2 par kWh

      > Prix de l‘électricité 

 

Application

 

o   Comparaison directe des moteurs en fonctionnement sur le réseau

o   Comparaison des systèmes d’entrainement d’une solution de pompage (saisie des paramètres de la pompe)

o   Comparaison des systèmes d’entrainement d’une solution de ventilation (saisie des paramètres du ventilateur)

 

 

Moteurs

 

o   Moteurs asynchrones Siemens des classes de rendement IE1 – IE4

o   Moteurs à réluctance

o   Moteurs tiers (calcul réalisé en entrant les rendements à charge partielle/à pleine charge) 

 

 

Options de contrôle

 

o   Comparaison directe des moteurs en fonctionnement sur le réseau

o   Régulateur par étranglement avec départ-moteur, démarreur progressif ou démarreur étoile-triangle (SIRIUS ou appareil         de commutation tiers)

o   Contrôle bypass avec départ-moteur, démarreur progressif ou démarreur étoile-triangle (SIRIUS ou appareil de                           commutation tiers)

o   Contrôle de vitesse par convertisseur de fréquence (variateur tiers également possible)

Les possibilités de simulation technique sont illustrées graphiquement dans la figure 2. Ce graphique représente une comparaison du système de pompe suivant:
Pour le calcul, nous supposons un fonctionnement de la centrale de 365 jours, 24 heures sur 24 et la répartition de la charge suivante:

En utilisant ces données, SinaSave produit directement un calcul d'efficacité de la consommation d'énergie annuelle du système de référence (courbe orange dans la Figure 2 : 54,8MWh/a) et du système alternatif (courbe violette dans la Figure 2 : 30,4MWh/a). Il apparaît donc clairement que la modernisation du système pourrait permettre de réaliser des économies annuelles de 24,4 MWh et de 15,4 t/ CO2.  

Quand l'investissement est-il rentable ?

SinaSave détermine également le délai d’amortissement, c’est-à-dire le moment à partir duquel, après l’investissement, vous atteindrez un bilan économique positif par rapport au système de référence (figure 2), en passant au système d’entraînement plus efficace en raison de la moindre consommation d’énergie. En saisissant au préalable le prix de l’électricité, en supposant 8 ct./kWh, SinaSave détermine le temps de retour sur investissement et, au-delà, les coûts énergétiques que vous économiserez sur une plus longue période grâce au système d’entraînement modernisé.

 

Dans l’exemple présenté à la figure 3, le délai de récupération est calculé après 9 mois/6604 heures de fonctionnement. L’investissement a été financé par les économies d’énergie et vous bénéficiez dès lors de votre système d’entraînement optimisé (après 12 mois déjà Fr. 1470.-).

Cet article vous a-t-il donné matière à réflexion ou envisagez-vous déjà de moderniser ou de reconcevoir vos systèmes d’entraînement ?

Contactez-nous!

Nos équipes de Renens et Zurich se feront un plaisir de vous aider à atteindre vos objectifs énergétiques et, en outre, à rester compétitif sur le marché à long terme. Nous serions heureux de vous présenter notre solution d’efficacité énergétique pour votre entreprise ou vos projets.

Contact

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Téléphone: +41 848 822 844
Adresse e-mail: industry.ch@siemens.com

Bibliographie

Rita Werle, Impact Energy, & Petar Klingel, Impact Energy. (2020). Topmotors Market Report Schweiz 2019. Bern: Bundesamt für Energie BFE.