Mesure de la consommation de vos machines de production, prérequis à la décarbonisation

La consommation d’énergie électrique est toujours indiquée sur la plaque signalétique, mais ce chiffre est généralement une estimation de la consommation dans le pire des cas, et la demande d’énergie réelle varie en fonction de l’application de l’équipement. Par exemple, une machine industrielle consommera de l’énergie à un taux variable tout au long de son processus programmé. La meilleure façon de mesurer et de surveiller cette demande dynamique est d’utiliser un wattmètre. Grâce à la possibilité de mesurer la puissance réelle consommée à tout moment, il est possible de déterminer la consommation d’énergie pour chaque mode de fonctionnement de la machine.

La puissance est mesurée pendant toutes les parties du processus programmé afin de mieux déterminer à quel moment la consommation d’énergie est la plus élevée et d’identifier les zones d’amélioration possibles. En mesurant la puissance, la quantité d’énergie consommée à chaque état de production peut être déterminée à l’aide d’un logiciel et d’une analyse appropriés. Grâce à ces données de mesure de la puissance, le coût énergétique d’une machine tournant au ralenti pendant les arrêts de production peut être déterminé et réduit s’il s’avère excessif.

La surveillance de la puissance peut également mettre en évidence les problèmes de processus et de programmation qui entraînent une consommation d’énergie inutile. Par exemple, démarrer une machine pendant 30 minutes pour atteindre une température de fonctionnement stable et ne le faire fonctionner que pendant une heure de production n’est pas aussi efficace que de planifier une production plus longue. Il peut être possible de faire fonctionner les machines particulièrement gourmandes en énergie pendant les heures creuses, lorsque les tarifs d’électricité sont généralement plus bas. Si une installation de fabrication est facturée pour la demande de pointe par son service public d’électricité, il est souvent judicieux d’en tenir compte lors de la programmation des opérations des machines, des lignes et des installations. Les informations relatives à la mesure de la puissance peuvent être utilisées pour réduire la consommation d’énergie et les dépenses.

Comment mesurer le niveau de consommation de vos machines de production ?

Détails de la surveillance de la puissance

Une variété d’équipements est disponible pour la surveillance de l’alimentation. Les voltmètres et les pinces ampèremétriques portatives peuvent être utilisés pour mesurer l’alimentation principale d’une machine et la consommation d’énergie des équipements auxiliaires. Ces mesures manuelles nécessitent l’ouverture d’un boîtier de commande, la mesure de la puissance, puis l’enregistrement des données recueillies.

Ces données doivent ensuite être converties en une consommation d’énergie approximative en multipliant la tension par le courant. Les données relatives à la consommation d’énergie ne seront exactes que si le facteur de puissance est égal à l’unité, une condition rare pour la plupart des équipements et machines industriels. Bien que cette méthode soit acceptable pour obtenir un relevé de consommation d’énergie de base approximatif, d’autres méthodes doivent être envisagées pour la collecte et l’analyse de données précises à long terme.

Pour une mesure précise de la consommation d’énergie en temps réel, un compteur d’énergie est généralement connecté juste en aval de la déconnexion principale de la machine. Les compteurs d’énergie modernes sont des appareils montés sur panneau capables de mesurer la consommation d’énergie réelle en temps réel, de transmettre ces données mesurées à des commandes de niveau supérieur et à des systèmes de surveillance via une liaison de données numériques telle qu’Ethernet.

La mesure du courant alternatif et continu réel peut également fournir des informations précieuses. Ceci est particulièrement important pour mesurer les formes d’onde déformées que l’on trouve sur les sorties des variateurs de fréquence (VFD) ou des redresseurs commandés au silicium (SCR), ou sur les charges linéaires dans des environnements électriquement bruyants où une valeur efficace réelle est requise.

Les transducteurs et les transformateurs de courant RMS vrais, lorsqu’ils sont connectés à la sortie d’un VFD, peuvent indiquer comment le moteur et la charge attachée fonctionnent. Les transducteurs RMS réels peuvent également mesurer le courant réel dans les SCR à angle de phase, à éclatement ou à temps proportionnel, généralement utilisés dans les applications de chauffage.

Transformez les données en informations exploitables

La surveillance de la puissance ou du courant efficace réel d’une machine peut aider à comprendre les paramètres de la machine tels que l’efficacité globale de l’équipement (TRS). Cette surveillance permet d’identifier et d’éliminer les pratiques de gaspillage, réduisant ainsi l’utilisation inutile. La première étape consiste à collecter des données en temps réel pour créer une base de référence de la consommation électrique actuelle.

L’analyse des données historiques sur la consommation d’énergie des machines fournit des statistiques utiles lorsqu’elles sont comparées au fil du temps à la puissance de base des machines au repos et en fonctionnement. Sans ces données historiques, il est difficile pour les ingénieurs ou la direction de l’usine de savoir par où commencer ou de comprendre où les techniques d’efficacité énergétique auront le plus d’impact.

Dans une application à une seule machine, une interface homme-machine (IHM) dotée de capacités d’acquisition de données historiques de base peut être utilisée conjointement avec un compteur d’énergie monté sur panneau pour collecter et afficher les données de consommation d’énergie en temps réel et historiques. Lorsque la surveillance de la consommation d’énergie s’étend à d’autres machines d’une chaîne de production, l’enregistrement des données dans un historien est une bonne option pour rendre les données disponibles pour une analyse plus approfondie.

Les historiens sont des bases de données spécialisées, généralement basées sur PC et optimisées pour le stockage de grandes quantités de données. Les données stockées peuvent être utilisées pour créer des rapports personnalisés ou des écrans de tendances IHM. Ces informations peuvent également être utilisées par des plateformes externes d’analyse de données.

Avec le logiciel et le réseau appropriés, ces données peuvent également être transmises aux opérateurs, aux ingénieurs et à la direction de diverses manières. La direction peut voir les données sur l’efficacité énergétique dans un rapport d’analyse de l’efficacité des machines. Les ingénieurs de fabrication peuvent avoir accès à ces données sur leur tablette ou leur smartphone pour une analyse et une action rapides, et l’opérateur peut visualiser les données sur un écran local pour garantir un fonctionnement sûr.

L’efficacité et la viabilité économique de chacune de ces options dépendent largement du coût final global par rapport aux produits conventionnels, de la disponibilité locale des ressources et de la faisabilité de l’intégration dans des installations nouvelles ou anciennes. Les industries telles que la pâte à papier, le papier, les aliments et les boissons – qui ont toutes des besoins énergétiques plus faibles et moins de liens internes d’approvisionnement en énergie – ont une voie plus facile, par rapport aux plus grands utilisateurs d’énergie tels que le ciment, le fer et l’acier. Les principaux facteurs contribuant à la consommation d’énergie de ces secteurs sont les exigences de température élevée (qui représentent 42 % des émissions industrielles) et les besoins en matières premières à forte intensité énergétique. Dans l’industrie du ciment, par exemple, 40 % des émissions proviennent du chauffage des fours à ciment, qui doivent être chauffés à 1 600 degrés C, et 60 % proviennent des matières premières du ciment.

Voies de décarbonisation à court terme

En améliorant l’utilité des actifs pour réduire la consommation d’énergie, l’innovation centrée sur les logiciels peut constituer un excellent point de départ pour les industriels dans leur démarche de décarbonisation. Jusqu’à 20 % de l’énergie d’une installation industrielle peut être réduite grâce à un logiciel qui peut être rapidement mis en œuvre et adapté.

Des fournisseurs de services de gestion de l’énergie industrielle basés sur l’intelligence artificielle, ont travaillé avec des acteurs industriels aussi bien faciles que difficiles à maîtriser. En proposant à la fois l’optimisation de l’intelligence artificielle et un modèle de service géré, l’entreprise peut connecter, détecter et ensuite réduire continuellement les données énergétiques.

Les innovateurs contribuent également à réduire la consommation d’énergie dans l’industrie et à augmenter les revenus en participant activement à des programmes de revenus liés au réseau. Ils permettent aux actifs industriels de participer aux programmes de revenus du réseau et d’améliorer les économies d’énergie en évitant les pics et en négociant, en donnant accès à des stratégies de résilience et à une visibilité de la performance énergétique.

Le recyclage des produits industriels peut également présenter un potentiel. La ferraille d’acier, par exemple, est le produit le plus recyclé de la planète. Au total, 40 % de l’acier produit dans le monde provient de la ferraille. Les changements de politique mondiale en matière de déchets peuvent faire pencher la balance. L’interdiction des déchets en Chine en 2018 a vu le pays fermer sa capacité de traitement au reste du monde, ce qui a créé une opportunité pour les nations développées ayant une grande production de scories de capitaliser.

Défis à venir

Il est probable que, même si la technologie se développe parallèlement au rythme requis par le budget carbone des industries, le coût final des nouveaux produits restera plus élevé que celui de l’option conventionnelle. L’acier vert, par exemple, devrait coûter entre 35 et 100 % plus cher que l’acier normal. En outre, dans le secteur du ciment, un chercheur en actions a récemment revu à la baisse la note d’investissement de deux grands producteurs de ciment, car l’intégration de nouvelles solutions de réduction du carbone devrait entraîner une hausse du prix du ciment d’environ 60 %.

Un marché concurrentiel pour les produits industriels à faible teneur en carbone ne peut exister que si une politique de soutien appropriée est mise en place pour garantir des conditions de concurrence équitables au niveau mondial. Des mesures telles que l’ajustement aux frontières du carbone qui comprend un mécanisme fonctionnel d’ajustement aux frontières du carbone, en sont un exemple. Les marchés du carbone par le biais de systèmes d’échange seront donc impératifs.

En ce qui concerne l’effort, les règles du jeu ne sont pas les mêmes partout dans le monde. L’Europe, poussée par des objectifs nationaux de décarbonisation, est en tête. Des pays comme la Chine, qui dominent de larges parts de la production d’acier, d’ammoniac et de ciment, n’ont pas encore emboîté le pas à leurs homologues européens. De grandes questions demeurent : l’Europe peut-elle se repositionner dans les 30 prochaines années en tant qu’exportateur mondial de produits verts ? Et si tel est le cas, pourra-t-elle les fournir de manière compétitive si des marchés mondiaux du carbone sont introduits ?