ct133

Cahier techniquen° 133 Gestion de l’énergie dans les processus industriels

C.G. Pouzols

Collection technique

Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titresédités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent uneinformation plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogueset notices techniques.

Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvellestechniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettentégalement de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans lesinstallations, les systèmes et les équipements.Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans lesdomaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et desautomatismes industriels.

Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partirdu site Schneider Electric.Code : http://www.schneider-electric.comRubrique : Le rendez-vous des experts

Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactezvotre agent Schneider Electric.

La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique »de Schneider Electric.

Avertissement

L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrectedes informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et nesaurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni deconséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémascontenus dans cet ouvrage.

La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée aprèsaccord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire :« Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ».

n° 133Gestion de l’énergie dans lesprocessus industriels

CT 133e édition juin 1995

C.G. POUZOLS

Cahiers Techniques Schneider Electric n° 133 / p.2


Sommaire

1 Définition de la gestion d’énergie p. 4

2.1 Les approvisionnements en énergie électriqueet leurs utilisations p. 5

2.2 Actions correctives à entreprendre p. 5

2.3 Optimisation du contrat de fourniture de l’énergie électrique p. 7

3.1 Substitution p. 8

3.2 Auto-production p. 9

3.3 Justification économique des investissements p. 9

4 Conclusion p. 12

Gestion de l’énergie dansles processus industriels

Les possibilités d’économie d’énergie dans les processus industrielsrésultent de :

c la lutte contre les gaspillages,

c la rationalisation des processus de fabrication,

c la substitution de l’électricité aux énergies traditionnelles oul’autoproduction à partir de récupération.

Des exemples montrent le rôle tenu par l’automatisation dans la solution deces problèmes.

Nota : ce texte a fait l’objet d’une communication au colloque« Électrotechnologies in industry » à Montréal Canada - 25/27 mai 1982. IIa été établi dans le cadre du SERCE (Syndicat des Entrepreneurs deRéseaux de Centrales et d’Équipement industriel électriques) par :M. Pouzols, Merlin Gerin, avec la collaboration de MM. Bruché« Forclum », Leblanc « Saunier-Duval », Lefranc « Trindel », Mulot« SERCE », Raymond « Comsip Entreprise ».

Si les industries gourmandes d’énergie (le raffinage de l’aluminium parexemple) ont toujours pratiqué la gestion de I’énergie, il n’en a pas été demême jusqu’à ces derniers temps pour celles où la part de l’énergien’intervenait que pour un faible pourcentage dans les prix de revient desproduits qu’elles élaboraient.

Le décennie qui vient de s’écouler a vu, cependant, le coût de l’énergieaugmenter d’une façon considérable. Et même si le ratio :coût de l’énergiechiffre d’affairespeut encore rester faible, les économies à réaliser dans le domaineénergétique sont souvent du même ordre de grandeur que la margebénéficiaire. On ne peut plus négliger un moyen d’augmenter lacompétitivité des entreprises, compétitivité qui, de plus en plus, va devenirune condition de leur survie.

Bon nombre d’industriels ont donc commencé à mettre en place unepolitique de l’énergie. Ils sont aidés dans ce travail :

c par les bureaux d’ingéniérie,

c par les fournisseurs de produits énergétiques, aux premiers rangsdesquels on trouve des distributeurs d’électricité,

c par les constructeurs et les entrepreneurs qui leur fournissent et mettenten oeuvre leurs équipements de production.

Représentant d’un organisme qui regroupe une grande partie desentreprises françaises d’installations électriques, je m’intéresserai plusparticulièrement à la Gestion de I’Energie électrique.

2 Mesures immédiates - Gestion de l’outilindustriel existant

3 Remise en cause des choix énergétiques etde l’infrastructure des processus deproduction


1 Définition de la gestion de l’énergie électrique

Avant toute chose, il convient de préciser enquoi consiste cette gestion et quels objectifs luisont assignés.Nous pouvons distinguer deux fonctions :

c assurer la sécurité de I’approvisionnement duconsommateur au moindre coût et en contrôlerl’utilisation pour maintenir les consommations au

minimum compatible avec les impératifs de laproduction,

c organiser la recherche et la mise en place demoyens conduisant à utiliser l’énergie sous laforme la plus rentable en remettant en cause leschoix énergétiques antérieurs et/oul’infrastructure des processus de production.


2 Mesures immédiates gestion de l’outil industriel existant

2.1 Les approvisionnements en énergie électrique et leurs utilisations

Pour la production de leur énergie électrique, lespays industrialisés font appel à un éventail trèsdiversifié d’énergies primaires et développentdes techniques de haute fiabilité dans laconception de leurs réseaux de transport et dedistribution électrique. On peut donc considérerque l’énergie électrique est une des mieuxplacées quant à la sécurité de la fourniture etplus particulièrement dans les pays qui importentla plus grande partie de leurs combustibles.

Dans une première analyse, la réduction du coûtde l’énergie électrique consommée nécessite :

c une meilleure connaissance de sa tarificationet une vérification de la bonne adaptation de laconsommation aux contraintes tarifaires,

c une lutte contre les gaspillages et uneamélioration des rendements sans bouleverserl’appareil industriel.

TarificationL’énergie électrique doit être produite à l’instantoù elle est consommée. Ainsi cette absence destockage conduit, en général, le producteur à lafacturer différemment, en fonction du moment.Nous voyons ainsi en France le prix du kWhconsommé varier des heures creuses auxheures de pointe en passant par les heurespleines et ceci d’une façon différente entre lesmois d’hiver et les mois d’été.

Le consommateur acquitte aussi une primeindépendante de sa consommation, fonction dela puissance souscrite et assortie d’unemajoration sensible s’il la dépasse. Cette primeest directement liée aux investissements que leproducteur a dû engager (centrale, réseaux detransport et de distribution,...).

Contrôle de la consommationLe rythme de la production industrielle tenaitrarement compte des variations tarifaires del’énergie électrique car les sujétions qui enauraient découlé n’auraient pu être justifiées parles économies réalisées.

II n’en est plus de même maintenant. Laplanification pour une meilleure utilisation del’outil de travail doit prendre en compte cettenouvelle donnée, ce qui implique uneconnaissance détaillée des consommations.L’industriel sera donc amené à demander à soninstallateur la mise en place, en des pointsjudicieusement choisis, de compteurs, dewattmètres enregistreurs ou de tout autreappareil de contrôle sans pour cela aller jusqu’àen placer un en amont de chaque machine. Lechoix de ces équipements n’est pas l’opérationla plus facile à réaliser. Le succès dépendcependant du soin avec lequel il sera fait.

2.2 Actions correctives à entreprendre

Des statistiques pourront être ainsi établies. Cesinformations pourraient d’ailleurs êtreregroupées grâce à des installations de contrôlecentralisé. Elles permettront d’utiliser au mieuxI’électricité par des mesures simples et peucoûteuses, telles que :

c sensibilisation des usagers et desresponsables de la conduite des machines,

c modification des horaires de production,

c délestage de certains récepteurs,

c régulation fine des process,

c utilisation de sources d’énergie existantes etnon employées.

Sensibilisation des usagers et desresponsables de la conduite des machines àl’économie

Par des campagnes d’information et grâce auxstatistiques, il est possible de faire porter l’effortsur les postes les plus dépensiers.

Modification des horaires de productionElle permet d’utiliser les périodes où I’énergieest la moins chère, tout en évitant le travail denuit qui conduit à des coûts salariaux beaucoupplus importants et qui est difficilement accepté.

c 1er exemple : dans une usine de toiles etpapiers abrasifs, la fabrication de jour estcontinue : le déroulement du support, sapréparation, son encollage, le saupoudrage desgrains abrasifs. Par contre le séchage et lapolymérisation s’effectuent à des températuresdifférentes selon l’abrasif sans nécessiter demain-d’œuvre. Cela se fait la nuit. La longuebande d’abrasif est stockée en accordéon dansde hauts et longs tunnels. Avantage double : toutd’abord, diminution de la prime à la puissancesouscrite, ensuite moindre coût de l’énergiependant les heures de nuit (dites heurescreuses).

c 2ème exemple : dans la sidérurgie et enparticulier les aciéries électriques, chaque


coulée dure plusieurs heures et se trouveconstituée par un cycle bien déterminéd’opérations différentes : chargements, fusions,additions, versement de la poche. Certainesopérations, comme la première fusion,consomment la puissance maximale, alors qued’autres : chargements, coulée, n’utilisent quequelques centaines de kW. II y a quelquesannées, les coulées se succédaient sansinterruption. Maintenant dans la plupart de cesusines, les heures de démarrage et de find’opération sont programmées pour éviter queles fusions et surtout celle du premierchargement interviennent à des heures depointe.

Délestage de certains récepteurs

Les récepteurs, dont le fonctionnement peut êtredifféré sans compromettre la production afin dene pas dépasser la puissance souscrite, peuventfaire l’objet d’un délestage. Nous pouvons citerde nombreux cas d’usines où l’on a recours àdes solutions plus ou moins complexes pourobtenir ce résultat.

c 1er exemple : à l’usine de flaconnage de Mers-les-Bains, un simple contact sur le maxigraphefait déclencher l’appoint électrique du four(300 kW) dès que l’on approche de la puissancesouscrite soit 8 000 kW.

c 2ème exemple : une usine de produitsréfractaires, près d’Avignon, utilise un systèmepar programmateur pour arrêter temporairementun ou plusieurs fours électriques dans lesmêmes conditions. II existe des relais plusperfectionnés qui sont adaptés aux conditions defacturation des différents distributeurs. EnFrance, où sont facturés les dépassements quisont les différences entre la puissance moyennemesurée pendant des périodes successives de10 mn et la puissance souscrite, de tels relaiscommandent le délestage dès quel’extrapolation de la consommation, depuis ledébut de la période, peut laisser prévoir undépassement en fin de période.

Régulation fine des process

L’utilisation éventuelle des moyensd’automatismes existants (informatiques ouautres) peut conférer à l’utilisateur une meilleuremaîtrise d’exploitation de son système.

c 1er exemple : cas d’une usine de fabrication debouteilles de verre qui utilise de grandesquantités d’air comprimé. C’est le seul domaineoù il est possible de modifier notablement laconsommation électrique mais qui représenteenviron 2 000 kW sur un total de 6 000 kW. Lacentrale air comprimé comprend :2 compresseurs 400 kW, 3 compresseurs 300 kW,3 compresseurs 250 kW. Actuellement la miseen service ou l’arrêt des groupes se fait

manuellement pour maintenir la pression d’airentre 2,4 et 2,8 bars.

Bientôt, en utilisant l’automate de fabricationexistant, ce réglage se fera automatiquement. Lapression sera maintenue à 2,6 ± 0,05 bars etl’automate choisira le compresseur à démarrerou à arrêter en limitant la consommationd’énergie. On escompte ainsi une économied’énergie d’environ 2,5 % de la consommationglobale soit plus de 1 000 000 kWh/an.

L’économie découle d’une meilleureinterprétation des grandeurs caractéristiques,d’un contrôle affiné, d’une connaissancesupérieure du déroulement du processus, et cecifacilite une décision la mieux adaptée.

c 2ème exemple : cas d’un laminoir de 50 MWdont l’automatisation est conçue dans l’espritd’une utilisation maximale des énergiescinétiques. Sa consommation estimée devantêtre inférieure d’au moins 10 % à celle d’unlaminoir piloté par un automatisme classique.C’est la possibilité d’anticipation de certainesdécisions qui permet d’éviter certaines pertesd’énergie en prenant en compte les inertiescaractéristiques.

c 3ème exemple : cas de magasins de stockagemécanisés de grande hauteur dont la conduiteautomatique des machines de stockage permetd’accroître le débit « d’entrée-sortie » desmatières, par une optimisation du déplacementdes machines entre les différents emplacementsde stockage et les bases d’entrée-sortie.

Cette mise en œuvre vise à diminuer (à défautde pouvoir les supprimer complètement) lestrajets des machines à vide, ainsi que les allers-retours successifs dans une même zone. Ellepermet une diminution sensible de laconsommation d’énergie : fréquence dedémarrage et temps de fonctionnement desmoteurs moins élevés, pour un même servicerendu. Dans les process discontinus de cetype,une utilisation plus rationnelle du systèmede production, obtenue en optimisant descritères de productivité, entraîne uneoptimisation de la consommation d’énergie.

c 4ème exemple : cas d’une usine dedécarbonatation d’eau potable. Dans cette usine,un automate assure la variation continue devitesse des moteurs de pompes, de façon àl’ajuster aux caractéristiques débit et pressiondes réseaux.

c 5ème exemple : cas d’une distribution d’eaupotable.

En fonction des consommations d’eauinstantanées appelées sur le réseau, unautomate optimise la marche des pompes ; ildétecte d’autre part, en temps réel, toute fuitesur les canalisations.


Dans les exemples précédents, I’automatisationétait appliquée aux procédés de fabrication, maison peut étendre son application à desinstallations auxiliaires (chauffage, ventilation,etc.) ainsi que le montrent les deux exemplessuivants :

c 6ème exemple : cas d’un bâtiment à usage debureaux et d’entrepôts.

Dans cette installation, un automateprogrammable assure entre autres les fonctionssuivantes :

v programmation en fonction des régimesd’occupation des locaux :

- de la mise en route de la ventilation,- du taux de renouvellement d’air,- de la température ambiante,- de l’éclairage ;

v optimisation de l’heure de remise en route duchauffage à l’issue des périodes d’arrêt, enfonction de l’évolution des températuresambiantes et extérieures ;

v contrôle de l’éclairage en fonction del’éclairement extérieur ;

v ajustement continu de la température desoufflage d’air en fonction de I’évolution destempératures ambiantes, de façon à éviter toutesurchauffe en hiver et tout refroidissementsurabondant en été ;

v démarrages séquentiels des chaudières et desgroupes frigorifiques de façon à éviter lefonctionnement des machines avec des chargesinsuffisantes, donc des rendements faibles.

c 7ème exemple : ventilation de parkingssouterrains.

Un automate assure :

v la modulation de l’éclairage des tunnelsd’accès en fonction de l’éclairement extérieur ;

v la modulation continue des débits deventilation en fonction de la concentration demonoxyde de carbone dans les locaux.

Utilisation de sources d’énergie existantes etnon employéesC’est plus particulièrement le cas des groupesélectrogènes de remplacement ou de sécuritéqui ont été mis en place pour satisfaire certainsbesoins vitaux en cas de disparition de la sourceprincipale. Leur mise en service, aux heures lesplus critiques pour le distributeur de l’énergieélectrique, peut réduire sensiblement l’appel depuissance et entraîner une réduction appréciabledu coût de l’énergie électrique.

Du point de vue national, une telle opérationn’est pas absurde car cette fraction de laproduction électrique se ferait de toute façon àpartir de produits pétroliers de haute qualité(utilisation, par le producteur, de turbines à gaz).

En tenant compte des pertes en ligne et dans lestransformateurs, le rendement global dudistributeur n’est pas plus élevé que celui dusimple particulier.

Exemple : une entreprise française vient demettre en service, au siège d’une grandebanque installée dans une tour à Paris laDéfense, plusieurs groupes électrogènes desecours de 1 250 kVA et l’un d’entre eux estutilisé régulièrement pendant les heures depointe. II fournit 800 kW , deux heures le matinet deux heures l’après-midi pendant les quatremois d’hiver.

2.3 Optimisation du contrat de fourniture de l’énergie électrique

Ces opérations une fois terminées, qui n’ont pasentraîné d’investissements importants ou quiauront pu être intégrées dans les fraisd’exploitation, on pourra réétudier le contrat defourniture de l’énergie électrique.

En possession des nouvelles données del’installation et des prévisions de leur évolution,on pourra, par le calcul et la simulation, essayerplusieurs types de contrats afin de choisir lemieux adapté.


3 Remise en cause des choix énergétiques et de l’infrastructuredes processus de production

Cette première approche de la gestion del’énergie, qui n’aura nécessité que du temps etquelques investissements limités, aura apportédéjà certains résultats mais souvent on nepourra pas s’en contenter.

3.1 Substitution

Les prix des diverses énergies n’ont pasaugmenté de façon équivalente. La sécurité desapprovisionnements n’est plus, pour certainesd’entre elles, ce qu’elle était autrefois. II faut,pour chaque machine, pour chaque unité deproduction, remettre en cause les choix quiavaient été faits autrefois.

Pour la production de chaleur, qui est une desprincipales utilisations de I’énergie électrique enparticulier quand elle fait appel au simple effetJoule, I’électricité ne paraît pas, a priori, être unbon candidat pour remplacer les combustiblesclassiques. Tout le monde sait, en effet, qu’il fautconsommer environ 2,5 thermies dans lescentrales thermiques pour disposer de 1 kWhchez l’utilisateur. Un raisonnement trop rapideincite à utiliser directement ces 2,5 thermies surles lieux mêmes où se manifeste le besoin, maisla nature même de l’électricité permet aussi defournir de la chaleur avec une meilleure efficacitéen utilisant l’un des principes suivants :

c induction et hystérésis pour I’élévation ou lemaintien en température de pièces magnétiques,

c amorçage d’arcs,

c rayonnement infrarouge que l’on peutfocaliser,

c pertes diélectriques (micro-ondes),

c etc.

La consommation d’énergie n’est donc pas unefin en soi, elle découle d’un procédé defabrication. Si le procédé change, laconsommation d’énergie associée change aussien quantité ou en nature d’énergie consommée,mais quel que soit le procédé choisi, il doitrendre, à l’industriel, le même service en qualitéet en quantité. C’est à cette condition que l’onpeut parler de substitution entre énergies :

Une substitution doit être considérée àservice rendu égal pour l’industriel.

Pour évaluer l’intérêt d’une substitution enFrance, EdF propose d’utiliser un coefficientqu’elle appelle γ et qui se définit comme suit :

c dans le cas où la substitution de l’électricité àun combustible est totale :

γ =

nombre de thermies consomméespar le procédé

nombre de kWh consomméspar le procédé de substitution

er1

c dans le cas où la substitution n’est quepartielle, le coefficient devient :

γ '

= diminution du combustible consomméaugmentation de l électricité

consommée

ou, sous une forme plus mathématique :

γ

= −

−C CE E

1 22 1

v « C » désignant les consommations decombustible en thermies,v « E » désignant les consommationsd’électricité en kWh,v les indices 1 étant réservés à l’ancien procédé,v les indices 2 aux nouveaux procédés.

Un exemple va illustrer l’utilisation de cecoefficient.

L’industrie du verre utilise depuis des sièclestoutes les énergies primaires (bois, charbon,fuel, gaz, etc.) dans ses fours, pour assurer lafusion des produits qui donneront le verre.

L’utilisation de l’électricité s’est développéed’abord en appoint et maintenant enremplacement parce qu’elle présente demultiples avantages : pas de pollution, facilité deconduite, réduction des investissements etmaintenant économie d’énergie.

II faut actuellement, dans un four chauffé au fuel,environ 115 g de combustible par kg de verre


fondu et dans un four électrique, moinsd’un kWh.

Après plusieurs réalisations d’appointsélectriques dans les fours existants de 1 000 à3 500 kW, un industriel verrier a donc décidé,bien que le coefficient de substitution γ soit àpeine supérieur à 1,15, de construire des foursentièrement électriques pour des puissancesinstallées de l’ordre de 6 000 kW en Francemême et en Italie, les travaux sont en cours.

Le tableau de la figure 1 donne quelquesexemples de coefficients de substitution calculéspour différentes applications.

Si le producteur de l’énergie électrique doitétablir une relation entre ce coefficient desubstitution « γ » et la proportion des différentes

énergies primaires qui entrent dans lefonctionnernient de ses centrales, ce ne peutêtre la préoccupation de l’industriel. Lui necomparera que des coûts d’énergie, estimantque ceux-ci l’incitent à faire des choix conformesà l’intérêt général, après avoir contribué à sonintérêt particulier.

Pour l’exemple, prenons le cas où du fuel oillourd, au prix de 1 250 FF/tonne, soit 0,125 FFpar thermie, est remplacé par de l’électricité à0,25 FF par kWh.

Le rapport : prix kWh

prix thermie = 2

La substitution ne pourra être économiquementintéressante que si elle conduit à un coefficientde substitution supérieur à 2.

3.2 Auto-production

La substitution de l’électricité aux procédéstraditionnels pose, comme on vient de le voir,des problèmes au niveau de l’économie del’énergie primaire quand cette électricité provientdu réseau de distribution publique. Ce n’est plusle cas pour la partie qui peut être produite àpartir de ressources locales appartenant àl’industriel et souvent inexploitées. Parmi cesressources, on peut citer, sans que cette listesoit exhaustive.c les chutes d’eau qui ont été abandonnées àune époque où l’énergie fossile était très bon

marché, ou dont la rentabilité n’a pas été,jusqu’ici, mise en évidence,

c la combustion de déchets qui, jusqu’ici, étaientrejetées dans la nature,

c la récupération de chaleurs latentes diverses,

c la compensation de l’énergie réactive,

c etc.

Le coefficient γ, défini plus haut, devient alorstrès grand (voire infini).

3.3 Justification économique des investissements

Les critères économiques

Pour pratiquer les substitutions dont on a parléplus haut, ou mettre en valeur des ressourcesinexploitées, l’industriel va devoir investir dessommes parfois importantes. Les facultés definancement de ses projets n’étant pas illimitées,

il sera obligé de faire des choix qui seront baséssur des critères économiques dont voici lesprincipaux :v la durée de retour de capitaux investis,v le taux de rentabilité interne,v le taux d’enrichissement relatif.

Fig. 1 : exemples de coefficients de substitution.

Coefficient de substitution γTraitement thermique (remplacement four à gaz par four à résistance) 3,3

Chauffage métaux avant formage (induction) 3,1

Thermomaturation de poutrelles en béton 3,8

Chauffage de l’eau pour échaudage dans un abattoir 4,5

Séchage de carreaux de plâtre (pompe à chaleur) 4,6

Gélification de revêtement routier (infra-rouge) 5,2

Concentration de lacto-sérum (recompression mécanique de vapeur) 13(osmose inverse) 114


c la durée de retour de capitaux investis C’est letemps au bout duquel la somme des économiesréalisées atteint la valeur de l’investissement.

c le taux de rentabilité interne :

C’est le taux de l’intérêt annuel d’une sommeéquivalant à l’investissement qui aurait rapporté,pendant la durée de vie de l’installation, unesomme égale au total des économies, diminuéede la valeur de l’investissement.

c le taux d’enrichissement relatif :

C’est le rapport à l’investissement, du total,pendant la durée de vie de l’installation, descapacités d’auto-financement annuellesprocurées par le dispositif économiseur,diminuées de l’investissement.

Ces calculs économiques peuvent, à premièrevue, paraître simples, il ne faut cependant pasoublier que la valeur de l’argent évolue dans letemps et que, pour rester homogène, on doitexprimer toutes ces valeurs à une même date,de préférence l’origine de l’installation.

C’est l’actualisation.

En outre, dans les recettes procurées parl’investissement envisagé, en plus deséconomies proprement dites, il faudra tenircompte de toute les aides et incitationsfinancières dispensées par les Pouvoirs Publicsou autres organismes, sans oublier celles quisont d’ordre fiscal.

C’est le taux d’enrichissement relatif qui est leplus apte à tenir compte de ce dernier aspect dela question.

Si la substitution envisagée est totale ou si leprojet d’exploitation d’une énergie locale ne peutcomporter qu’un seul cas de figure, on calculerale critère de choix de l’investissement retenu, etaprès comparaison avec les divers autres projetsde toute nature, qui sont soumis aux servicesfinanciers, le dossier d’économie d’énergie seraaccepté ou refusé.

Mais les choses ne sont pas toujours aussisimples : si la substitution n’est que partielle ilfaut déterminer dans quelle proportion l’énergieélectrique va remplacer l’énergie traditionnellepour que I’opération soit la plus rentable. Dansles calculs on fait alors varier la puissanceélectrique de l’installation envisagée par passuccessifs dans les limites que l’on s’est fixéeset, pour chaque valeur intermédiaire, on calculele critère de choix de l’investissement de façon àobtenir une représentation graphique de cecritère en fonction de la puissance. Si ces limitessont bonnes, on voit la durée de récupérationpasser par un minimum alors que les taux derendement interne et d’enrichissement relatifpassent par des maxima.La valeur des puissances correspondant à cespoints singuliers, mais aussi l’allure de la courbe

à l’approche de ces points, intéressent lefinancier.

Pour illustrer ceci, je prendrai un exempled’autoproduction très particulier, qui est lacompensation de l’énergie réactive.

La nécessité d’une approche globaleMises à part les installations faisant appeluniquement à l’effet Joule, les récepteursélectriques consomment, dans des proportionsvariables, à la fois de l’énergie active et del’énergie réactive. De par sa nature, l’énergieréactive ne demande aucune énergie primairepour sa création. Toutefois, sa circulation dansles générateurs et dans les réseaux dedistribution entraîne :

c d’une part, des pertes par effet Joule qui, elles,consomment de l’énergie primaire,

c d’autre part, des investissements qui pèsentsur le coût de l’énergie électrique en général, cequi justifie sa facturation par le distributeur.

La production d’énergie réactive au point deconsommation doit être considérée comme uneauto-production. Elle s’obtient d’une façon trèssimple, comme chacun sait, à partir de batteriesde condensateurs.

Du calcul préconisé plus haut, fait pour uneusine française consommant environ 2 000 000kWh/an et fonctionnant 8 750 h/an avec une tg ϕmoyenne mensuelle variant de 0,75 à 0,8, ondéduit que l’installation de 3 000 kVAr decondensateurs est payée en 1 an 1/2(actualisation comprise).

L’usine était alimentée par un réseau 60 kV, etcomportait, après transformation, deux réseauxinternes :

c le premier sous 15 kV,c le second sous 400 V.

La batterie fut installée sur le réseau 15 kV.

Certains feront remarquer que l’on aurait puproduire l’énergie réactive plus près desrécepteurs en plaçant les condensateurs sur leréseau 400 V. Le calcul montre alors que labatterie optimale, compte tenu du supplémentd’investissement (le kVAr BT est, en effet, pluscher que le kVAr MT) est ramenée de 3 000 à1 000 kVAr, alors que la durée de récupérationdu capital investi passe de 1 an 1/2 à 2 ans.

Le tableau de la figure 2 donne les gainsannuels en TEP (Tonne Equivalente Pétrole)pour les deux solutions. II montre que la solution15 kV malgré les apparences est la plusavantageuse aussi bien pour le consommateurque pour l’économie générale du pays.

Cette comparaison met bien en évidence lesdifficultés d’un choix économique. Souvent, nevouloir examiner qu’un aspect restrictif duproblème peut conduite à une fausse solution.


Solution 15 kV Solution 400 V3 000 kVAR 1 000 KVARpayé en 1 an 1/2 payé en 2 ans

TEP économisées sur le réseau de l’usine 0 6,25

TEP économisées sur le réseau du distributeur 37,5 12,5

Total 37,5 18,5

Fig. 2 : économies réalisables avec la production d’énergie réactive.


Nous avons vu que pour de nombreusesraisons, parmi lesquelles le souci de restercompétitif occupe une place prépondérante, lagestion économique de l’énergie devient un sujetd’actualité. Des mesures immédiates, mettant finà un simple laxisme ou apportant une plusgrande rationalité dans le détail dufonctionnement des processus, sontgénéralement préconisées dans un premiertemps. Ces mesures, prises individuellement,peuvent ne représenter qu’un gain assez mince,mais bien orchestrées dans le cadre d’unevéritable politique de l’énergie, elles finissent parprocurer des résultats appréciables.

Comme le montre le nombre des exemples cités,l’automatisation prend, dans ce domaine, unelarge place. II faut cependant ne pas oublierqu’elle avait déjà une autre motivation : laproductivité. Lui faire prendre en compte ladimension énergétique des problèmes qu’elle aà résoudre n’est qu’une fonction marginalesupplémentaire qui n’entraîne que de faiblessuppléments du coût des installations.

On aura cependant assez vite fait le tour despossibilités de cette première approche de laquestion et, très rapidement, on sera conduit à

envisager des transformations de l’outil de travailplus spécifiques et plus importantes. Ellesentraîneront des investissements souventcoûteux, qui ne pourront être justifiés par desimples considérations techniques, car cesdernières ne prennent pas en compte ladimension économique du problème.

Enfin, il faut penser en même temps au présentet à l’avenir car il n’est pas réaliste de croire quel’on puisse, même à moyen terme, retrouver del’énergie abondante et bon marché.

Alors : agir sur les installations et équipementsexistants est la seule façon d’obtenir lesrésultats rapides qui sont nécessaires, mais agirsur les installations, équipements et ensemblesà réaliser permettra de parvenir, dans l’avenir, àdes économies à moindre prix et avec unemeilleure efficacité que s’il fallait, une fois lesréalisations menées à leur terme, y introduire lesdispositifs et les révisions de processusnécessaires pour améliorer le rendementénergétique.

4 Conclusion

Schneider Electric Direction Scientifique et Technique,Service Communication TechniqueF-38050 Grenoble cedex 9Télécopie : 33 (0)4 76 57 98 60

Réalisation : HeadLines - MeylanEdition : Schneider ElectricImpression :- 20 € - ©

200

2 S

chne

ider

Ele

ctr ic

12-02

ct133

Documents