Presentation complète rencontre ecotech efficacité énergétique dans l%27industrie light
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- 1. Efficacité énergétique dans l'industrie 30 juin 2016 Crédit coopératif Code WIFI : Réseau : CC_GUEST Login : coopforum - Mot de passe : 2016TousBanquiers!
- 2. Efficacité énergétique dans l'industrie • 9h30 - 10h00 : Introduction • 10h00 - 11h30 : Présentations flash de technologies et des plateaux techniques de 15 laboratoires de recherche • 11h30 - 12h30 : Temps de rencontre et de dialogue entre les entreprises et les laboratoires • 12h30 - 14h00 : Déjeuner networking
- 3. Introduction • AAP Energie durable et AMI Industrie ecoefficiente : Frédéric Streiff, Service Entreprises et Eco-Technologies de l’ADEME • Etude du marché de l’efficacité énergétique industrielle sur les axes : Composant, Procédé, Mesure / Contrôle / pilotage, Chaleur fatale – Laurent Forti de l’IFPEN
- 4. L’efficacité énergétique industrielle, quel accompagnement pour accélérer l’innovation ? 30 juin 2016 – Les rencontres Ecotech by PEXE ADEME Frédéric Streiff - Service Entreprises et Ecotechnologie Frederic.streiff@ademe.fr
- 5. ADEME Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie Statut : E.P.I.C sous double tutelle ministérielle en charge - de l’Environnement, de l’Energie et de la Mer, - de la Recherche Opérateur de la Transition Energétique et Ecologique pour mobiliser les collectivités, les entreprises et le grand public Effectifs : ~ 950 salariés - 3 sites centraux : Angers (Siège social) – Paris – Valbonne - 26 directions régionales + 3 TOM + 1 bureau à Bruxelles Budget d’intervention 2016 : ~ 590 M€ d'autorisations d'engagement sur crédits budgétaires Programme Investissements d’Avenir : ~ 1 100 M€ d'autorisations d'engagement 2015-2016 pour le compte de l'État Présentation de l’ADEME 2
- 6. 3 Principaux dispositifs de soutien de l’efficacité énergétique dans les entreprises Prise de conscience du chef d'entreprise Informer, sensibiliser Etat des lieux: ‐ visite énergie Diagnostic ‐ audit énergétique ‐ SMe Energie ISO 50001 ‐ Diagnostics spécialisés / détaillés Etude de faisabilité, pour des investissements dans des solutions éprouvées Investissements - CEE - BPI: Prêts verts Prêt Eco-Energie - Fonds Chaleur Aide à la décision www.diagademe.fr Innovations pour nouvelles offres et solutions
- 7. 4 http://ademe-et-vous.ademe.fr, Stratégie & Etudes N°41 (mars 2015) En savoir +
- 8. 5 Besoin d’innovation Source: d’après Ceren, 2016
- 9. Principaux financement Efficacité énergétique R&D En savoir + www.ademe.fr/actualites/appels‐a‐projets TRL 1 TRL 2 TRL 3 TRL 4 TRL 5 TRL 6 TRL 7 TRL 8 TRL 9 Coût "attendu" des projets Appel à thèses Appel à Projets R&D Energie durable : production, gestion et utilisation efficaces Investissement d'avenir Appels à Projets Industries et agricultures Eco‐efficientes > 1 M€ < 1 M€ Investissement d'avenir Appels à Projets Initiative PME PEBI: Performance énergétique dans le bâtiment et l’industrie < 1 M€
- 10. Quelques points communs En savoir + Développer des nouvelles offres et solutions technologiques : • la conception et fabrication des procédés, ligne de production est très souvent externalisée ; • les budgets R&D sont alloués aux produits. Inclure des éléments de marché : de l’idée au marché Partage du risque avec un soutien public
- 11. 1- AAP Energie Durable: production, gestion et utilisation efficace 8
- 12. AAP Energie Durable: production, gestion et utilisation efficace Projets attendus – Des projets innovants en amont de la démonstration – Visant à améliorer l’efficacité énergétique dans l’industrie • Récupération et valorisation d’énergie perdue • Solutions et équipements transverses • Offres technologiques de rupture dans les procédés – Participation obligatoire d’une entreprise (> 30 % des coûts) Public visé – Entreprises capables de diffuser ou faire émerger l’offre technologique en France et à l’étranger, donc équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais aussi bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels utilisateurs. Aide sous forme de subvention < 300 k€ Processus de pre-dépots Edition 2016 : clôturée en octobre 2015 9
- 13. Exemples de projets financés 10 Commande et optimisation énergétique pour alimentation multi-bobines de chauffage par induction industriel (Fives Celes) Compression mécanique de vapeur à fort taux de compression (Johnson Control) Couplage du séchage du papier à la VES avec récupération de chaleur par RMV (CTP) Séchage par concentrateur à miroir de Fresnel Solaire (Idhélio) Apports thermique et électrique pour les séchoirs de bois d’œuvre (Base Sarl) Effacement électrique par stockage de froid Régulation avancée Thermoacoustique Interne de colonne de distillation Turbine de détente diphasique
- 14. 2- Initiative PME Performance énergétique dans le bâtiment et l’industrie 11 Axes de l’AAP Descriptif Performance énergétique dans le bâtiment - Composants de structure et d’enveloppe multifonctionnels ; - Systèmes et équipements énergétiques du bâtiment ; - Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) appliquées au bâtiment. Performance énergétique dans l’industrie - Récupération de chaleur fatale et valorisation dans les procédés industriels ; - Solutions et équipements innovants transverses à l’industrie ; - Gestion et intégration optimisée de l’énergie ; - Offres technologiques de rupture et compétitives pour des procédés spécifiques énergivores. Périmètre : – Projets de démonstration portés par des PME développant des méthodologies, des technologies, des services et des solutions industrielles ambitieuses, innovantes et durables. Type d’aide : – Subventions max 200 k€ (RDI ou de minimis) – Versements : 70% à la notification, 30% au solde Edition 2016 clôturée le 25 mars 2016
- 15. 3- AAP Industrie et agriculture éco-efficientes Projets attendus – Des projets innovants de démonstration – Dans l’industrie, l’agriculture et la filière bois – Visant au moins l’un des 2 objectifs suivants • La réduction de l’intensité énergétique et des émissions de GES • La réduction de l’intensité en matière et/ou en eau – Avec un budget global du projet > 1 M€ – De 1 à 8 partenaires Public visé – Entreprises capables de diffuser l’offre technologique en France et à l’étranger, donc équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais aussi bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels ou agriculteurs utilisateurs. Aide sous forme d’avances remboursables principalement Date de clôture : 30 novembre 2016 12
- 16. Exemples de projets financés 13 OSIRIS MISTRAL ORCASIL 3,2 M€ 17,8 M€ 9,0 M€ Agroéquipement innovant intégrant séchage et refroidissement du grain dans un même outil. Réduction de 30% de la consommation énergétique par rapport aux procédés actuels. Procédé novateur de recirculation sélective de fumées à l’agglomération de minerai de fer à Fos- sur-Mer. Réduction de la consommation énergétique et des émissions polluantes. Développement d’une machine à cycle organique de Rankine (ORC) et mise en œuvre sur les fumée d’un four de production de silicium. Production d’électricité à partir de chaleur fatale.
- 17. MERCI Aide à l’investissement : www.ademe.fr/fondschaleur Bonnes pratiques énergétiques : www.ademe.fr/energie-dans-votre-atelier Technologies de récupération d'énergie: site ADEME-CETIAT dédié www.recuperation-chaleur.fr/ Appels à projets www.ademe.fr/actualites/appels-a-projets 14 En savoir +
- 20. Efficacité énergétique et industrie Ou opportunité ? • Baisse du coût de production (Energie) • Réduction de l’impact environnemental (CO2) Compétitivité coût • Nouvelles technologies / nouveaux services • Nouvelles filières économiques Compétitivité Hors coût
- 21. Efficacité énergétique et industrie De gros progrès déjà faits et des investissements Part des investissements consacrés aux économies d’énergie dans l’industrie – Source INSEE • En 2013, les économies d’énergie dans l’industrie des pays de l’UE ont atteint 150 Mtep par rapport à l’année 1990 (1744 TWh) • Depuis 2000, les économies ont atteint 60 Mtep (698 TWh) En France, 8 % des investissements réalisés dans l’industrie sont destinés à économiser l’énergie.
- 23. • Amélioration (ou rupture) pour les composants et les procédés – Fours, échangeurs, séchages, systèmes de production de froid… • Intégration énergétique à toutes les échelles procédés, usine, territoire • Contrôle et Pilotage • Récupération / Valorisation de chaleur fatale Efficacité énergétique et industrie Quelles possibilités ? (Extrait feuille de route ANCRE – GP8) Quels marchés ?
- 25. Le marché de l’efficacité énergétique industrielle Les échangeurs thermiques Source : Factory Future
- 26. Le marché de l’efficacité énergétique industrielle Récupération / Valorisation de la chaleur fatale Source : Marketsandmarkets • 2013 : 38 Mds$ • 2018 : 53 Mds$ (+6.5% / an) • Forte demande en zone Asie‐Pacifique • Facteur clé : Réglementations et/ou incitations gouvernementales
- 27. Le marché de l’efficacité énergétique industrielle Systèmes de management de l’énergie pour l’industrie Marché français de l’audit énergétique en industrie • 2013 : 40 M€ • 2015 : 69 M€ • 2017 : 64 M€ Source : CODA Stratégies ‐ ADEME Marché mondial • 2011 : 9,8 Mds$ • 2015 : 13,5 Mds$ • Capteurs / Actuateurs – Outils numériques • Bilan, Aide à la décision, Mesure des effets Source : Advanced Energy Economy
- 30. Présentations flash de technologies et des plateaux techniques des laboratoires de recherche
- 32. GAZ SOL SOLEIL CHALEUR FROID ELECTRICITE 1 2 3 4 5 6 AIR SOL 1 7 8 PLATEFORME ENERBAT 1. sondes géothermiques 2. Capteurs solaires 3. Cogénérateur 4. Pompe à chaleur 5. Machine frigorifique à adsorption 6. Bâtiment bizone 7. Aéro‐réfrigérant 8. ballon 1
- 37. Verrou technologique : faible efficacité de l’échangeur de chaleur et de masse ADSORBEUR (ou DESORBEUR) Conséquence : Faible COP de la machine frigorifique à adsorption Recherche de partenaire industriel pour : La Conception de configurations optimisées de l’échangeur de chaleur et de masse de type tubes, tubes‐ailettes ou à plaques (faisabilité à vérifier pour ce dernier). 6
- 39. Efficacité énergétique 2 voies: ‐ Architecture des systèmes (thermodynamique des systèmes) ‐ Changement de fluide (thermodynamique des fluides) Besoins Prédiction des propriétés thermophysiques ‐Thermodynamiques (diagramme de phases, masses volumiques, calorimétrie) ‐Propriétés de transport (viscosité, conductivité thermique, tension de surface) Exemple: Cycle de Rankine
- 40. Propriétés thermodynamiques ‐ Changement de fluides et d’architecture: estimation des performances énergétiques, des limites de fonctionnement (zone critique), courbes de bulles et de rosée, efficacité de séparation, capacités calorifiques, influence des impuretés, ... Propriétés thermophysiques ‐Changement d’architecture: dimensionnement, transferts de matière et de chaleur, etc.. Exemple: Nombre de Nusselt Nu hD Diagramme température – entropie d’un cycle ORC à deux étages Voir: http://direns.mines‐ paristech.fr/Sites/Thopt/fr/co/problematique ‐fluides.html
- 41. Besoins Données expérimentales Simulation moléculaire Modèles, corrélations Simulation des procédés et des systèmes thermodynamiques Diagramme de phase (R1234yf + R600a). Prédiction avec équations d’état Aspen data 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 0 10 20 30 40 50 COP T°C cold source model Exp. data Simulation sous Aspen d’un cycle de réfrigération (prédiction du COP)
- 43. Marché en 2015: Electronique de puissance: 82B$ + 7% CAGR Composants de puissance: 15 B$ DISTRIBUTION > 1kW POWER SUPPLY <1kW POWER CONVERTER > 1kW « Transportation » Moyenne puissance (KWATT) « Consumer » faible puissance (WATT) « Industry/PV/SmartGrid» Forte puissance (MWATT) Silicium GaN/Si 100 V SiC 1200 V L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE EST PRÉSENTE PARTOUT
- 44. GaN intrinsèquement plus performant que le silicium et le SiC … … pour plus d’efficacité énergétique au niveau système GAN/SI : MEILLEURE EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE
- 45. Les composants GaN - fonctionnent à plus haute fréquence permettant de réduire les passifs - ont une structure latéral à électrode coplanaire pour une intégration monolithique de fonctions …. … pour plus de densité d’intégration des systèmes Pour le même calibre en tension le composant GaN est 2 à 4 fois plus petit que son ancêtre en silicium pour la même densité de puissance dissipée (W/cm2) Source PANASONIC GAN/SI: DENSITÉ D’INTÉGRATION AUGMENTÉE
- 47. Filière Electronique de puissance Design et fabrication des puces Assemblage Intégration Système Plate-forme de test industriel de composants de puissance
- 48. Les composants GaN/Si du CEA ont un niveau de performance à l’état de l’art sur un flow technologique compatible CMOS 200mm. L’effort se concentre aujourd’hui sur la fiabilité, l’intégration et la réduction des coûts Les composants Grand Gap et GaN/Si notamment contribuent à l’intégration des systèmes pour plus d’efficacité énergétique. Le CEA dispose d’une filière grand GAP complète en GaN/Si du matériau jusqu’au système avec des solutions de caractérisation et de tests disponibles sur ses plateformes technologiques Miniaturiser les convertisseurs de puissance passe par des solutions de packaging 3D innovantes et des nouvelles technologies de passifs SYNTHESE
- 50. Captation/récupération de la chaleur Échangeur de chaleur Echangeur polymère à bas-couts Impression 3D, extrusion Echangeurs eau/air ou eau fumées, récupération de chaleur basse température (<120°C) Optimisation des échangeurs (micro canaux) Etudes, design, fabrication par CIC, essais HT Application pour des échangeurs de grande compacité Intensification des transferts Utilisation de nano-structuration de surface pour intensifier l’ébullition ou la condensation Utilisation de nanoparticules dans les fluides Simulation des transferts monophasiques Transferts de chaleur par conduction, convection (forcée, naturelle, mixte) et rayonnement Turbulence, couplage à des réactions chimiques Simulation des changements de phase Simulation des écoulements et transferts de chaleur en ébullition et condensation Validation expérimentale
- 51. Captation/récupération de la chaleur Échangeur de chaleur Tests d’encrassement des échangeurs En phase gazeuse (fumées), liquide ou en fluides pétroliers Boucles en fluides réels ou simulants Echangeurs-réacteurs Réalisation d’une réaction chimique en continu dans l’échangeur avec maitrise de la température Application pour réaction exo/endothermiques Test d’échangeurs En gaz (air) ou en liquide (eau) Différents débits et niveaux de température Facteur d’intensification
- 52. Encrassement en fluide pétrolier • Boucle Beech dédiée • Avec les produits réels (pétrole brut, RAT) • Tests d’échangeurs avec deux circuits encrassants Encrassement en liquide • Boucle Oscar en eau • particules simulantes (CaCO3 • Tests d’échangeurs avec deux circuits encrassant Encrassement en gaz • Boucle Ruth dédiée en air chaud • Avec particules réelles ou simulantes • 150 °C, 400 Nm3/h, • Ensemencement 1g/Nm3 Test d’échangeurs Observation a posteriori Suivi des résistances thermiques par mesures entrée/sortie Sondes d’encrassement Mesure locale de résistance thermique
- 53. Haute température • Tests d’échangeurs gaz/gaz • Jusqu’à 850 °C • Deux gammes de débits ~0.04 et 0.4 kg/s Condensation d’eau • Condensation de vapeur d’eau dans des tubes d’échangeurs jusqu’à 2 m • Inclinaison réglable • 25 °C, 35 mbar, 20 kW Evaporation de fluides organiques • hydrocarbures ou réfrigérants • échangeurs à plaques ou tubulaires Stockage thermique en lits de roches • fluide caloporteur huile 300°C • réservoir de 2.4 m3 Stockage thermochimique • hydratation/déshydratation d’un sel • différents niveau de T° possibles • stockage longue durée (intersaisonnier)+ Boucles phénoménologiques Souvent pour des travaux de thèse
- 54. Institut Mines-Télécom Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle Thermique des Composants et Systèmes Intensification des transferts dans les échangeurs et les procédés industriels Échangeurs à haute efficacité énergétique
- 55. Institut Mines-Télécom2 MINES DOUAI Thermique expérimentale Identification de champs thermiques Thermo IR Devt de bancs d’essais Modélisation et simulation numérique Dévt de modèles numériques Logiciels CFD Codes Open-Source Mécanique des fluides exp. Analyse de champs dynamiques S-PIV, LDV Devt de veines aérauliques Méthodes d’optimisation Optimisation de forme : boucle logicielle, plans d’expériences, surfaces de réponse Optimisation topologique Développement de méthodes et outils d’analyse Validation sur prototypes Thermique des Composants et Systèmes Thermique des Composants & Systèmes
- 56. Institut Mines-Télécom Analyse des mécanismes de transfert 3 MINES DOUAI Thermique des Composants et Systèmes Modélisation/simulation numérique Aéroréfrigérants – Aérocondenseurs Finned tube Aerocondensers Offset Strip Fins
- 57. Institut Mines-Télécom Analyse locale des transferts thermiques et de la structure des écoulements 4 MINES DOUAI Thermique des Composants et Systèmes Méthodes d’analyse expérimentale Expérimentation sur maquette Validation locale Investigation de concepts −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 0.5 y/H 1 0 Lignes de courant dans plan transversal Convection thermique PIV stéréoscopique Générateur de vorticité Tube aileté
- 58. Institut Mines-Télécom Optimisation de forme par CFD Optimisation topologique 5 MINES DOUAI Thermique des Composants et Systèmes Exemple de boucle logicielle Front de pareto Techniques d’optimisation Exemple en conduction 3D (siège automobile) Exemple en conduction 2D
- 59. Institut Mines-Télécom6 MINES DOUAI Thermique des Composants et Systèmes Exemple de projet Etudes de concepts & géométries innovants Identification expérimentale de champs locaux Simulation numérique Analyse des mécanismes d’intensification Niveaux TRL TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 DIESTA Development of Internally and Externally Structured Tubes for Air coolers
- 60. Institut Mines-Télécom Éléments de bilan Partenariat industriel développé Brevets et publications réguliers : 10 articles ACL + 2 brevets sur 2014-2015 Co-animation du groupe national « Échangeurs » de la Société Française de Thermique (SFT) (en partenariat avec le LARIS, Univ. Angers) Moyens Vélocimétrie laser par imagerie de particules : PIV 2D/3C à 100 Hz Thermographie infrarouge rapide (360Hz) Bancs d'essais dédiés analyse transferts convectifs & échangeurs : mesures locales de coefficient de transfert, caractérisation de la dynamique d’écoulements Bancs d'essais pour prototypes d’échangeurs industriels de moyennes puissances (certification APAVE obtenue en 2013) Moyens de calculs significatifs : cluster de 600 cœurs de calcul, stations de travail 7 MINES DOUAI Thermique des Composants et Systèmes Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle
- 61. Institut Mines-Télécom Merci de votre attention serge.russeil@mines-douai.fr Contact MINES DOUAI : Daniel Bougeard, Adjoint Recherche Département Energétique Industrielle daniel.bougeard@mines-douai.fr
- 63. CIRCUITGÉNÉRIQUE DEDATALOGGING IHM • batterie et chargeur 1h à 1 journée • Microcontrôleur basse consommation 200 mesures par seconde • Mémoire quelques heures d’enregistrement • boutons et leds • module de communication PC • mémoires supplémentaires • Capteurs : o Chocs & vibrations (accéléromètre) o Orientation (magnétomètre) o Distance (optique) o Mesure sans contact (capacitif) o Climat (P, T°C, H%) ACCESSOIRES • Développé sous Qt potentiellement multiplateforme propriété source • Modulaire • Permet de paramétrer le circuit • Afficheur basse conso (e‐paper) • Communication sans‐fil (Bluetooth) • Recharge inductive • Ajout de capteurs o Détection métal (inductif) o Distance (optique indépendant de la surface détectée) o Multi‐températures o Couleur (optique) o Sons (microphone) FONCTIONNALITÉS EN DÉVELOPPEMENT
- 64. Principe d’utilisation Récupération des données post acquisition Canal de transmission temps réel
- 66. SmartSpy v1 2014 SmartSpy v2 2015 Réseau de capteur d’attitude sans fil 2012 2007 2013 2007‐2011 Amélioration des algorithmes de capture de mouvement Monitoring de machines de convoyage ‐ Capteurs 3A3M3G + distance ‐ Miniaturisé (<100g, hauteur<1cm) Monitoring de thermocouple SmartSpy v1 Système: 20 g, 6 cm x 6 cm x 6 mm Autonomie: 2 à 3 heures Résolution hauteur de vol < 1 mm SmartSpy v3 (en développement) Sans fil : communication (Bluetooth) et charge (inductive, norme Qi) + large panel de capteurs + écran E‐paper SmartSpy v3 2016 SmartSpy v2 Modulaire (capteurs, comm.) Miniaturisation accrue Exemples et évolutions
- 68. A propos du CEA‐LIST Laboratoire d’Analyse de Données et Intelligence des Systèmes • Objectif : – transfert de technologies innovantes vers l’industrie – fournir des algorithmes d’analyse automatique des données pour extraire de la connaissance et apprendre • Application : diagnostic, pilotage anticipatif, supervision • Compétences clefs : 30/06/2016 2 Fouille de données Traitement de données Machine Learning
- 69. Analytics : vue générale 30/06/2016 3 Données (signaux, images) Traitement Extraction de variable Séparation de sources Segmentation Visualisation Fouille de données Comparaisons (entre capteurs, composants) Projections Classification Détection d’anomalie… Apprentissage de modèle Reconnaissance automatique Inférence Discrimination Analyse continue
- 70. Supervision d’infrastructure de réseau d’eau Objectifs : • Gestion intelligente de la distribution d’eau • Supervision et aide à la décision pour la surveillance du réseau (infrastructure & qualité) Résultat : détection précoce et évaluation du risque • Fuites et ruptures de canalisation par l’analyse du réseau de capteurs présents • Contamination à partir d’indicateurs sur la qualité (PH, T°, etc.) Vérification croisée des données de conso. suivant les différents secteurs
- 71. Analyse de paramètres systèmes de batterie électrique PRÉVENTION DU VIEILLISSEMENT BATTERIE • Comprendre pour prédire le comportement de dégradation d’un système batterie intégrée à une voiture en roulage temps réel • Apprendre l’évolution pour anticiper l’évolution dans le temps Analyse des attributs pertinents + Explication et quantification des relations 3 ans de données de roulage réel véhicule Ve : Véhicule électrique SoH : Indicateur santé équipement (State of Health) Identifier facteurs de dégradation prématurée à partir des usages de conduite Identification des facteurs d’impact Quantification Prédire SoH* matériel Km ? Usage ? Taux erreur < 10%
- 72. Données historisées hétérogènes Analyse de tests de non‐conformités • Valoriser les données d’essais de non‐conformités des « risers » en production pour prédire les résultats des tests • Intégrer la variété des données disponible au sein des traitements • Fournir des résultats interprétables Modéliser la réponse aux tests de conformité Traitement intensif de l’historique de données + Sélection des classifieurs / modèles + Tests nouvelles donnéesModélisation statistique Résultats des tests prédictifs sur nouvelle donnée : Taux d’erreur : 8% (82% sensibilité, 92% spécificité) Prédire le résultat du test de conformité Références clients Dimensions composants Caractéristiques matériaux Info corrosion …etc Données nouvelles
- 74. Principe de la commande prédictive de type PFC • PFC Modèle Trajectoire de référence Horizon de coïncidence Contraintes
- 75. Application à une machine frigorifique à compression EvaporateurCompresseur Détendeur Condenseur
- 76. Utilisation d’un modèle physique pour déterminer les paramètres nécessaires à la mise en œuvre de la commande : développement de modèles macroscopiques des éléments de machines à réguler ≡ Approche qualifiée de « Métier » Nécessité d’avoir un modèle de connaissance
- 80. Contexte • Industrie – Opérations à haute intensité énergétique – sur un même lieu (usine) – Systèmes complexes Gisements d’économies Obligations d’audit ◦ >250 salariés ◦ ou CA HT > 50 M€ ◦ et Bilan > 43 M€ ◦ sur 80 % de la facture ◦ auditeur interne ou externe certifié
- 81. Le problème Procédé Utilités et technologies de valorisation de chaleur Rejets et effluents Qualité produit Quel est le problème ? Quelle est l’Energie et l’Exergie Minimale Requise (EMR) et (ExMR)? Comment optimiser la part de l’énergie dans les coûts ?
- 82. Des développements basés sur la méthode du pincement : La méthodologie – Présélection automatique des utilités sur des critères exergétiques – Conception de la solution optimale selon des critères énergétiques et économiques, respectant les contraintes technologiques industrielles CERES‐2 et suites | 09/06/2016 Etape préliminaire: Modélisation du procédéModèle procédé Flux thermiques Intégration énergétique Choix d’utilités et échangeurs Nouveau modèle procédé Etape 1 : Identification des flux du procédé Etape 2 : Intégration énergétique et exergétique Etape 3a : Sélection des utilités Etape 4 : Construction du nouveau système énergétique Etape 3b : Construction du réseau d’échangeurs (HEN)
- 83. La plateforme CERES CERES‐2 et suites | 09/06/2016 Méthodologie Utilités Procédés Métaux Pâtes et papiers Agro-alimentaire Technologies de valorisation de chaleur Optimisation technico‐économique Formulation mathématique MILP Analyse exergétique Préselection des utilités (PAC, ORC) Interface utilisateur Méthode du pincement – Calcul MER Bibliothèque de modèles Modelica Environnement Open Modelica Bibliothèque CERES
- 85. Plateforme Optimisation énergétique de procédés de l’agroalimentaire Pr. Michel HAVET ONIRIS, site de la Géraudière, 44322 NANTES michel.havet@oniris-nantes.fr
- 86. 280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs 5 sites : Nantes (2), Saint-Nazaire, Carquefou, La Roche sur Yon 4 Axes de recherche : - Bioprocédés et Séparations en Milieu Marin - Ingénierie de l’Energie - Ingénierie de l’Environnement - Matrices et Aliments : Procédés, Propriétés, Structure, Sensoriel (MAPS2) Laboratoire de Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire Directeur : Pr Jack LEGRAND
- 87. 280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs 5 sites : Nantes (2), Plateforme Optimisation énergétique de procédés de l’agroalimentaire 2400 m² dédié au génie des procédés alimentaires et sciences des aliments dont 250 m² dédié à l’optimisation énergétique des procédés
- 88. Objectifs : - Amélioration de l’efficacité énergétique de procédés conventionnels, - Développement de procédés innovants moins énergivores à qualités de produits conservées. Procédés étudiés : Traitements thermomécaniques, thermiques et frigorifiques de produits alimentaires (Cuisson, pasteurisation, séchage, réfrigération, congélation…) Equipements : - Fours multi-énergie conventionnels (Convection, IR) et innovants - Technologie de Fours froids (Chauffage ohmique) - Cellules de Refroidissement rapide et de congélation - Générateurs et cavités et tunnel micro-ondes - Instrumentation (possibilité audits) Démarche scientifique : - Modélisation des phénomènes multi-physiques - Elaboration de lois de commandes (objectifs multicritères : efficacité énergétique – qualité produit). - Conception de bancs expérimentaux, démonstrateurs - Développement de simulateurs
- 89. Réalisations marquantes Fours de cuisson à jets en impact (Gain énergétique de 17,5%) Fours de cuisson Infrarouge – ‘Chaleur tombante’) (Gain énergétique de 20% - Cuisson + rapide) 0 100 200 300 400 500 600 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 temps [s] Ti[°C] profil des températures dans le matériau Profils cibles prédéterminés Commande d’un procédé de décongélation micro-ondes (2009) (2015) De la conception à l’industrialisation
- 92. 10% 20% 30% 50% 40% Rendementconversion Puissance Utile (kW) 1 1000 1000000 Cartographie des différentes technologies de conversion chaleur/électricité
- 93. Intérêts d’un cycle ORC transcritique Température « chaude » du fluide plus élevée pendant la phase d’échange avec la source chaude T2’3’ > T23 (et également T4’1’ < T41) aboutissant à un rendement de Carnot plus élevé. Travail fourni à la détente |H3’4’| > |H34| A l’échangeur chaud les irréversibilités et les pertes sont moins élevées en supercritique et la quantité de chaleur transmise est plus élevée la source chaude est davantage épuisée. 2 1 3 4 Sous‐critique Supercritique 23 3’ 2’ Heat source Heat source 3’ 2’
- 94. • Résultats scientifiques : – Avancement des modèles stationnaires • Modèle du cycle complet transcritique • Modèles d’échangeurs en fluide supercritique • Outils d’analyse de la pertinence des différentes technologies de turbine / expandeur – Modèle de cycle alternatif avec éjecteur • Résultats techniques : – Conception et montage du prototype avec gestion de la charge électrique • Prototype au R134a • Puissance thermique nominale : 150 kW • Puissance électrique nominale : 7‐8 kWe – Développement et validation d’une méthode de mesure non‐intrusive de vitesse de rotation de l’expandeur Travaux au CEA Vue du prototype ORC transcritique du CEA Technologie expandeur spirale
- 96. La conception ou l’optimisation de systèmes thermiques de récupération de chaleur fatale à haute température nécessite une bonne connaissance des propriétés thermo‐ optiques des matériaux aux températures de fonctionnement : ‐ Emissivité et absorptivité (caractérisation du rayonnement émis par une source de chaleur, absorptivité et émissivité d’un capteur de rayonnement pour la récupération de chaleur) ‐ Conductivité thermique (parois d’échangeurs) ‐ Capacité calorifique (inertie thermique, capacité de transport de chaleur d’un fluide) ‐ Prestation de service (caractérisation de matériaux) ‐ Partenariats, Projets collaboratifs (financements ADEME) ‐ Conseil, Etudes Services proposés
- 97. Mesure de conductivité Solides et liquides (ex. verre fondu) par méthode Flash Laser 3D 20°C à 1400°C (Air ou gaz inerte) et 1600°C (sous‐vide).
- 98. Mesure de capacité thermique 2 Types de cellules : • Capteur calorimétrique 3D (à 3 dimensions) « Capteur Drop » disposant de 56 thermocouples • Capteur de DSC à flux de chaleur (hf‐DSC) (20 thermocouples). Gamme de température : de l’ambiante à 1600°C Setaram MHTC96‐EVO
- 99. Mesure d’émissivité spectrale à haute température Chauffage par laser CO2 : Température 600°C – 2000°C (Tambiante – 600 °C par méthode indirecte) Gamme spectrale : 5000 cm‐1 – 500 cm‐1 ( [2 µm ‐ 20µm]) ou plus selon température
- 100. Quelques entreprises qui nous ont fait confiance Airbus, Safran, CEA, HelioFocus, Daum, Baccarat, Pochet de Courval, St Gobain Recherche, Arcelor Mittal … Exemple de matériaux ‐ Carbone monolithique, Alumine, Graphite, Titane, Verre liquide, SiC, etc ‐ Mousses métalliques ou céramiques (développement en cours)
- 102. Missions d’intérêt général d’IFPEN • Apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat • Création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées Des compétences scientifiques et techniques mais aussi juridiques et marketing Des moyens de conception, de simulation, d’analyse, de test et de démonstration Au delà des chiffres clés et des missions d’intérêt général…
- 108. Information et inscription : http://ecoentreprises-france.fr/rencontres-finances La Prochaine Rencontre Ecotech SAVE THE DATE 8ème édition du Forum natinal des éco-entreprises : 30 mars 2017
- 109. Le portail de la filière http://ecoentreprises-france.fr • Actualité • AAP • Evènements • Agenda • Annuaires