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Efficience énergétique

Les besoins énergétiques des systèmes d’entraînement électriques d’une usine de fourrage à Sursee ont été réduits de plus de 50%.

Une impressionnante solution est née grâce à l’utilisation de technologies modernes et l’exceptionnelle collaboration des spécialistes de l’UFA, de Bühler et d’ABB. Ensemble, ils ont réduit de plus de 51% les besoins énergétiques des systèmes d’entraînement électriques d’une usine de fourrage.

UFA est le leader sur le marché suisse de l’alimentationanimale. Au total, elle produit chaque année plus d’un demi-million de tonnes de fourrage sur ses quatre sites répartis dans tout le pays et couvre ainsi environ 45% des besoins en Suisse. De puissants broyeurs, souffleurs, rouleaux, presses et autres systèmes électrifiés sont installés sur ces sites.

Peter Hofer, membre de la direction de l’entreprise et ingénieur mécanique diplômé, est responsable de la production à l’UFA. Pour des raisons financières et par principe, il est important pour lui et pour l’UFA d’utiliser le plus efficacement possible l’énergie nécessaire à cet important volume de production: «L’analyse minutieuse des processus permet d’améliorer considérablement l’utilisation de l’énergie», souligne M. Hofer.

Moteur à réluctance synchrone

Un moteur à réluctance synchrone est équipé d’un rotor constitué d’ensembles de tôles magnétiques à géométrie optimisée pour éviter les courants de Foucault. Cela permet de minimiser, voire réduire les pertes énergétiques dans le rotor. Prenons un exemple: par rapport à un moteur asynchrone de 75 kW, les pertes totales avec un moteur à réluctance synchrone s’élèvent à 3 kW contre 4,8 kW. Cette réduction de plus d’un tiers des pertes améliore le rendement général qui passe de 94,0% à 96,2%, ce qui correspond à la plus haute classe énergétique IE4. En outre, le moteur chauffe moins, allongeant de ce fait la durée de vie de l’isolation et les intervalles de lubrification. Lors de l’édition 2015 de la Foire de Hanovre, ABB a annoncé la commercialisation de moteurs à réluctance synchrone avec un raccordement direct au réseau pour les applications à vitesse fixe. Ces derniers ne nécessiteront pas de convertisseur de fréquence.

Amortissement en quelques années

En partenariat avec le groupe technologique Bühler, l’UFA a mis en œuvre un parfait exemple d’optimisation des processus dans son usine de fourrage mixte à Sursee qui a pu être amorti en quelques années seulement grâce aux économies d’énergie réalisées. Jusqu’en début d’année 2015, un ventilateur aspirant était installé avec un moteur asynchrone traditionnel de 75 kW. Ce ventilateur est utilisé pour déshumidifier et refroidir le fourrage pelletisé et traité à la vapeur avant de pouvoir l’emballer. Pour ce faire, il aspire l’air au niveau des produits à sécher et l’envoie en direction du dixième étage de la tour de production. La ventilation était simplement réglée au moyen d’une soupape et le moteur directement relié au réseau tournait toujours à vitesse fixe.

Il était cependant temps de remplacer ce système de ventilation considéré des plus modernes à l’époque de son installation dans les années 1980. «J’ai découvert dans un article spécialisé l’existence d’un système de ventilation à l’hôpital universitaire de Zurich où un nouveau moteur à réluctance synchrone très puissant d’ABB avait été installé avec un convertisseur de fréquence dans le cadre d’une rénovation. J’ai surtout noté l’impressionnante baisse de la consommation d’électricité ainsi obtenue», se souvient M. Hofer. Par rapport à un moteur asynchrone, les pertes liées au rotor avec un moteur à réluctance synchrone sont presque inexistantes, ce qui a pour effet d’augmenter le rendement (cf. encadré). Peter Hofer est donc entré en contact avec les experts de Bühler pour calculer le potentiel d’amélioration de l’efficacité réalisable en rénovant le système de ventilation avec le groupe d’entraînement d’ABB.

Analyse précise du processus

Pour commencer, le processus a été minutieusement étudié afin de déterminer la puissance nécessaire du moteur. «Quel débit d’air faut-il exactement pour sécher et refroidir quelle quantité de fourrage dans le temps souhaité? Quels sont les paramètres un jour d’été extrême lorsque l’air est chaud et humide?», a déclaré Viktor Borner, Area Sales Manager Feed chez Bühler, au sujet de l’approche choisie pour l’analyse.

Les calculs ont permis de déterminer qu’un moteur de 37 kW suffirait à couvrir les besoins. «Un moteur de 30 kW aurait aussi pû suffire, mais nous souhaitions nous ménager une petite marge de sécurité», explique M. Hofer souriant. Un moteur à réluctance synchrone de 37 kW d’ABB, régulé par un convertisseur de fréquence ABB de type ACS880, a donc été monté pour l’entraînement du nouveau ventilateur aspirant. «Nous avons aussi installé des capteurs dans le système pour mesurer par ex. la température et l’humidité de l’air extrait pour permettre à l’opérateur d’ajuster le débit d’air avec le convertisseur», précise M. Borner.

Une économie annuelle de 300 MWh

La mise en service a eu lieu en avril 2015. Depuis, le système de ventilation a fait ses preuves. Il fonctionne cinq à six jours par semaine, 24h/24, toute l’année. Les résultats mesurés sont parfaitement convaincants. En effet, le moteur tire du convertisseur une puissance électrique moyenne de 14 kW. «Ce n’est pas rien!», affirme Peter Hofer. «En comparaison avec le précédent système, nous économisons environ 50% d’énergie, soit près de 300 MWh concrètement. En considérant un prix approximatif de l’électricité de 120 francs suisses par MWh, cela représente 36 000 francs suisses par an. Le groupe d’entraînement sera donc rapidement amorti. Et la réduction des émissions d’équivalent de CO2 est importante.» Un autre projet impliquant l’installation de moteurs à réluctance synchrone a été mis en œuvre dans l’usine de St. Margarethen de l’UFA. Deux autres seront également installés dans l’usine de Herzogenbuchsee. «L’UFA peut se targuer d’être un chef de file dans l’efficience énergétique des installations et dans l’optimisation énergétique des processus», indique Viktor Borner. «Le rapport entre les coûts d’investissement et le total des coûts du cycle de vie de ces systèmes très efficaces est tel que leurs ventes vont problablement s’envoler. Les économies réalisables parlent d’elles-même. Sans compter la réduction des émissions de CO2 de l’entreprise.»

UFA

est l’acronyme de «Union des Fédérations Agricoles». C’est une entreprise agricole suisse spécialisée dans l’alimentation animale et leader sur ce segment. L’UFA produit du fourrage sur les sites de Herzogenbuchsee, Sursee, St. Margrethen et Puidoux et le distribue auprès de détenteurs d’animaux d’élevage et de compagnie en Suisse.

Informations:  www.ufa.ch

Bühler

Bühler Group est une entreprise internationale spécialisée dans les machines, les installations et les services pour le traitement d’aliments de base et pour la fabrication de produits de haute qualité. Les solutions de Bühler se distinguent par une efficience énergétique et une qualité supérieures. Ce groupe technologique intervient dans plus de 140 pays et emploie environ 10 600 personnes dans le monde. Bühler est une entreprise familiale très engagée en faveur de la durabilité.

Informations: www.buhlergroup.com