La réduction de la consommation d'énergie dans l'industrie

Le dernier règlement sur l’écoconception, introduit en octobre 2019 est le règlement UE 2019/1781. Il décrit deux phases pour faire progresser les niveaux d'efficacité énergétique et s'applique aux moteurs électriques à induction basse tension dont la tension nominale est inférieure à 1 000 V en courant alternatif (CA) et aux variateurs de vitesse (VSD), également appelés convertisseurs de fréquence. Voir la figure 2 pour une vue d'ensemble des normes IE.

Rendre IE3 obligatoire en Phase 1

En juillet 2021 : 

• Il est devenu obligatoire pour tous les moteurs 0,75 kW – 1000 kW, 2-4-6-8 pôles, de respecter la norme de rendement premium IE3. Il n'est plus possible de combiner un moteur IE2 avec un VSD pour atteindre les niveaux de rendement IE3. 
• La réglementation s'applique aux moteurs monovitesse triphasés 50 Hz, 60 Hz, 50/60 Hz pour un fonctionnement direct en ligne en service continu défini comme S3 ≥ 80 % et S6 ≥ 80 %.
• La réglementation s'applique également aux moteurs qui étaient auparavant exemptés, par exemple, les moteurs ATEX avec les types de protection EX ec, EX d, Ex de, Ext, les moteurs avec refroidissement IC418, et les moteurs à frein externe.
• FLes niveaux d'efficacité IE2 sont obligatoires pour les moteurs triphasés dont la puissance nominale est comprise entre 0,12 kW et 0,75 kW. 
• Il est également obligatoire pour tous les VSD entre 0,12 et 1.000 kW d'avoir une perte de puissance correspondant à un minimum de IE2. 

Il y a quelques exceptions à cette règle, comme le montre la figure 3.

Étant donné qu'un pourcentage aussi élevé – 97 % – du TCO est entièrement imputable au coût de l'énergie électrique, il est clair que c'est là que vous pouvez réaliser le plus de gains. Il est essentiel de prendre en compte le TCO plutôt que l'investissement initial pour faire des économies. 

Par exemple, le coût d'un moteur typique IE4 55 kW 4 pôles est de 3 264 €, mais le coût énergétique pour le faire tourner 24/24h et 7/7j est de 50 206,90 € (en supposant un coût énergétique de 0,1 €/kWh (voir figure 4). 

Vous pouvez être tenté d'opter pour l'équipement dont le coût d'investissement est le plus bas, car vous aurez à première vue l’impression de faire une « meilleure affaire ». Toutefois, ces économies immédiates peuvent s'avérer préjudiciables aux bénéfices. Envisager des produits plus efficaces sur le plan énergétique signifie que les coûts du cycle de vie sont réduits, ce qui améliore le flux de trésorerie à plus long terme.

Le calcul du TCO vous permet de prendre des décisions avisées sur la solution de moteur la plus rentable. Si le calcul du TCO a toujours été difficile, le développement des calculateurs de TCO en ligne vous permet désormais d'avoir toutes les informations à portée de main plus facilement. Par exemple, le calculateur de TCO moteurs ERIKS prend en compte les heures de fonctionnement et les coûts énergétiques de l’application, et compare clairement les options de réparation, de remplacement et de mise à niveau. 

La figure 5 montre une comparaison de moteurs à l'aide du calculateur de TCO moteurs ERIKS. Si vous stipulez qu'un moteur doit fonctionner 22 heures par jour, 365 jours par an et à 100% de charge, avec une durée de vie prévue de 15 ans et un coût énergétique de 0,08 €/kWh, le calculateur vous propose les deux meilleures options de moteur. Dans ce cas, un moteur IE4 permet de faire des économies sur la durée de vie de 26 422,90 € et un retour sur investissement de 1,5 an. Un moteur IE3 permettrait de faire des économies sur la durée de vie de 22 148,29 € et un retour sur investissement de 1,4 an.

Lorsqu'un moteur tombe en panne, la réparation est souvent envisagée en premier lieu. Cette solution est souvent considérée comme une réparation rapide et peut, à première vue, coûter beaucoup moins cher qu'un nouveau moteur (en fonction de la réparation nécessaire). 

Il peut toutefois s'agir d'une fausse économie, car un moteur âgé de 20 ans qui nécessite un entretien et des réparations réguliers vous coûtera plus cher à long terme. Remplacer un moteur plus ancien par un moteur plus moderne, élaboré dans une optique d'efficacité énergétique, vous rapportera des dividendes à long terme. Si votre moteur tombe en panne, vous devrez quand même le réparer ou en acheter un nouveau. L'investissement minimal que vous devrez faire est le coût de la réparation. Si vous décidez d'acheter un nouveau moteur, vous pouvez soustraire le coût de réparation du prix du nouveau moteur, ce qui réduit le montant total de l'investissement que vous devez récupérer, et améliore le retour sur investissement.

Par exemple, dans l'industrie alimentaire, le remplacement d'un vieux moteur de ventilateur par un moteur plus récent et plus efficace, a été rentabilisé en 10 mois seulement et s'est avéré plus rentable. Le moteur existant avait une puissance de 110 kW et un rendement de 91,6 %, et sa réparation allait coûter 3 950 €. Le nouveau moteur WEG 90kW IE3 avait un rendement de 95,6 % et un coût d'investissement de 6 745 €. Comme le montre la figure 6, les économies réalisées s'élèvent à 65 840 € sur la durée de vie du moteur et les émissions de CO2 à 196 tonnes.

Choisir le bon moteur est essentiel pour améliorer la fiabilité et l'efficacité énergétique, mais il existe également d'autres moyens de réduire la consommation d'énergie et les coûts de maintenance. La chaîne d'entraînement complète doit également être examinée pour avoir un impact maximal sur les économies de coûts. Travailler avec des partenaires de confiance qui connaissent parfaitement les solutions les plus écoénergétiques peut s'avérer payant lorsqu'il s'agit de comprendre où les économies peuvent être réalisées au mieux. 

Par exemple, les VSD peuvent jouer un rôle majeur dans l'amélioration de l'efficacité tout en assurant une performance fiable et en réduisant les coûts de maintenance. Investir dans des moteurs électriques à haut rendement combinés à des VSD peut se traduire par des économies opérationnelles pouvant atteindre 20 %. 

Les plus grosses économies peuvent être réalisées avec les applications à couple quadratique, telles que les pompes centrifuges ou les ventilateurs dont le débit est régulé par une vanne d'étranglement. En atténuant la vanne d'étranglement et en régulant la vitesse du moteur avec un onduleur, nous pouvons faire d'énormes économies. Beaucoup plus qu'en améliorant l'efficacité du moteur. ERIKS peut vous aider à calculer ces économies et le retour sur investissement associé, et à mettre en place le changement.

Améliorer l'efficacité énergétique des moteurs électriques peut avoir un effet important sur la consommation d'énergie globale et donc réduire les émissions de CO2 et économiser sur les coûts de fonctionnement. 

Bien qu'il existe une législation visant à garantir que les fabricants utilisent des moteurs à haut rendement énergétique, de nombreuses entreprises industrielles s'efforcent également de respecter leurs propres indicateurs clés de durabilité afin de fonctionner aussi efficacement que possible. Un examen des moteurs utilisés tout au long des processus peut grandement vous aider à atteindre ces objectifs. 

Il n'existe pas de solution universelle au moment de choisir le moteur et le système énergétiquement les plus efficaces, et une collaboration avec des spécialistes permet dès lors d'optimiser les bénéfices. Un accès à l'expertise adéquate, au savoir-faire en ingénierie et à un avis impartiel sont les principaux éléments nécessaires pour trouver une solution plus durable et plus rentable. 

Soyons réalistes, qui ne voudrait pas économiser des milliers d'euros chaque année simplement en remplaçant un moteur ? Mais par où commencer ? Nos ingénieurs peuvent vous aider à trouver le moteur adéquat avec la norme appropriée et la puissance de sortie adaptée, en vue de faire le maximum d'économies en termes de coûts énergétiques.