Pourquoi devriez-vous utiliser la modélisation énergétique ?
En fait, c’est parce qu’elle vous permet d’avoir un aperçu de la manière dont vos processus consomment de l’énergie à un moment donné. Elle est également essentielle si vous voulez savoir comment ces processus peuvent être améliorés grâce à quelques modifications concernant leur fonctionnement ou leur conception.
En tant que gérant ou technicien de votre usine, vous aurez certainement une idée en ce qui concerne la quantité de combustible que vous utilisez pour faire fonctionner votre chaudière chaque mois. Le problème est que la plupart des gens ne connaissent pas la quantité d’énergie perdue, ou bien les différentes parties de leur usine qui consomment plus d’énergie que d’autres, par exemple à cause d’une mauvaise isolation.
Vous voulez par exemple améliorer l’un de vos coproduits, en utilisant un nouveau réacteur qui fonctionne de manière discontinue. Cependant, vous ne savez pas si vous disposez ou non de suffisamment de froid pour réaliser votre projet.
Vous pourriez aussi envisager d’installer une nouvelle unité de production de cogénération dans le but de réduire votre empreinte carbone. Mais le fait est que vous n’êtes pas en mesure de savoir son impact sur votre production et sur vos équipements actuels.
Si vous parvenez à établir un modèle de votre système énergétique, surtout sur l’ensemble de vos processus, il est bien possible de connaître la quantité de chaleur et d’électricité que vous utilisez dans toutes les parties de votre usine. En même temps, vous saurez comment mieux gérer votre consommation d’énergie.
Focus sur la modélisation énergétique
Deux grandes approches sont disponibles si vous voulez modéliser votre consommation énergétique. D’une part, il y a la modélisation statistique et d’autre part la modélisation mécaniste.
Si vous optez pour la modélisation statistique, vous devez vous baser sur l’examen d’un grand ensemble de données liées aux opérations que vous avez réalisées. Cela vous permet d’obtenir des rapports sur votre consommation énergétique.
Vous pouvez par exemple connaître comment vos congélateurs fonctionnent par rapport au débit d’autres produits réfrigérés. Vous pouvez également connaître la performance de vos tours de refroidissement lorsque les conditions météorologiques changent.
De nos jours, on parle souvent de modèles statistiques. La quantité des données qu’on peut collecter est de plus en plus grande et les ordinateurs sont devenus puissants. À ceux-ci s’ajoutent les nouvelles techniques telles que l’apprentissage-machine ou encore l’intelligence artificielle.
Le principe de la modélisation mécaniste est de réduire la consommation énergétique via des logiciels comme Excel ou Python. Il est également possible d’utiliser des logiciels de modélisation spécialisés tels qu’Aspen ou SuperPro.
En utilisant cette forme de modélisation, vous pourrez saisir les détails de la connexion de tous vos équipements, de vos processus, de leurs spécifications de conception, ce qui vous permet d’estimer leur consommation énergétique.
Certaines entreprises utilisent des réseaux de neurones artificiels dans le but d’aider leurs équipes techniques à comprendre les processus. Cela peut se faire si vous avez une base d’années d’expérience quant à l’utilisation réelle de tous vos équipements.
Ces deux approches de modélisation peuvent fonctionner ensemble et de manière efficace. Mais pour que cela soit possible, vous devez faire appel à des experts en matière de procédés qui vous aideront à développer vos modèles ; à détecter les failles et à proposer un modèle fiable pour optimiser vos économies d’énergie.
Avantages et limites de la modélisation énergétique
Il est facile de développer un modèle statistique. Cela ne requiert que peu d’expertise en termes de processus. Pourtant, pour ce faire, il faut disposer d’une grande quantité de données. Il permet aussi d’examiner un historique opérationnel existant et de comprendre les meilleurs points de fonctionnement antérieurs. Le fait est que cette forme de modélisation ne permet pas d’extrapoler les données en dehors de la plage historique.
En réalité, un modèle statistique ne peut pas prédire l’impact d’une reconception ou d’un changement de vos processus de production. Par ailleurs, il ne fournit pas assez de réponses précises en ce qui concerne l’utilisation de l’énergie dans votre usine.
Les modèles mécanistes, par contre, sont conçus pour être les nouvelles usines. Ils peuvent fournir des informations détaillées sur le bilan de masse et la consommation d’énergie de tous vos processus. En utilisant ce modèle, vous pourrez déduire des modèles de sous-comptage.
L’inconvénient de la modélisation mécanique est qu’il requiert souvent une connaissance approfondie en matière d’ingénierie et d’analyse informatique.
C’est pour toutes ces raisons que les spécialistes en la matière ont développé des modèles hybrides et des « digital twins ». Ces derniers utilisent un cadre mécaniste qui vous fournit une structure fiable ainsi qu’un panel d’outils statistiques que vous pouvez utiliser pour consulter vos données en temps réel en vue de rapprocher les prévisions des performances réelles en matière de consommation d’énergie de celles que vous avez prévues.
Plusieurs raisons d’utiliser la modélisation énergétique
La modélisation énergétique est un excellent moyen de comprendre les équipements qui consomment moins ou trop d’énergie dans vos processus de production. Grâce à cet outil, vous pouvez également comprendre comment ce mode d’utilisation évolue dans le temps.
À titre d’exemple, de nombreuses usines de fabrication utilisent encore la vapeur pour le chauffage. Mais sachez que la chaleur peut aussi être utilisée comme gaz sous pression afin de réaliser d’autres tâches, à savoir pour faire le vide dans un jet de vapeur.
Vous pouvez également utiliser une ou plusieurs chaudières pour fournir de la vapeur à de nombreux utilisateurs pour faire en sorte que votre installation ne génère pas un coût prohibitif.
Le plus important est de comprendre comment la vapeur est utilisée par votre installation pour qu’elle fournisse des informations très précieuses, comme l’état et le fonctionnement des purgeurs de vapeur, des tuyaux du réseau, des échangeurs de chaleur, etc.
Dans de nombreuses applications, la réfrigération peut également utilisée pour garantir un refroidissement jusqu’à -50 °C, notamment dans les usines alimentaires. Cette température peut encore aller plus bas dans les processus cryogéniques tels que la séparation des gaz.
En fait, il est difficile de comprendre le fonctionnement des systèmes de réfrigération, surtout lorsqu’il existe plusieurs compresseurs dédiés à assurer le refroidissement à plusieurs températures différentes. C’est par exemple le cas si vous avez besoin de l’air à -40 °C pour votre congélateur à air pulsé et du glycol à -10 °C pour votre chambre froide, tandis que votre climatiseur doit être réglé à 5 °C.
Si vous utilisez un bon modèle énergétique, vous pourrez démêler les interactions complexes, car vous pourrez optimiser la configuration de vos processus et rééquilibrer vos installations à n’importe quel moment, toute l’année.
L’électricité est aussi une énergie qui est très utilisée dans les entreprises grâce à sa facilité d’accès. Le problème est que les dirigeants et techniciens ne savent pas exactement où cette énergie est utilisée. En réalité, il est difficile de gérer la consommation éclectique de tous les équipements, comme les moteurs, les lumières, les ordinateurs, etc.
Il est donc important de comparer l’utilisation réelle de l’électricité de vos équipements avec celle prévue. Vous avez besoin d’un bon modèle énergétique pour éviter cette complexité. De cette manière, vous aurez toutes les informations sur les gros utilisateurs d’électricité grâce à la comparaison des performances des unités similaires et l’estimation de leur condition de traitement. Ainsi, vous pouvez modifier leur mode de fonctionnement en cas de besoin.
Comment mettre en place la modélisation énergétique ?
Avant de mettre en place un programme de modélisation énergétique, il faut que vous soyez vraiment prêt à vous lancer dans ce projet. En fait, vous devrez dépenser un peu d’argent, car vous devrez investir dans de nouveaux équipements si vous voulez obtenir des résultats rapides.
Cependant, vous pouvez gérer votre consommation énergétique, tout en assurant le bon fonctionnement de vos équipements, simplement en suivant l’évolution de vos processus.
C’est pour cette raison que la modélisation énergétique devient une nécessité. Elle vous permet d’identifier les performances les plus basses de vos équipements. Par ailleurs, elle vous aide à surveiller vos systèmes dans le but d’optimiser vos systèmes de production.
Il suffit de systématiser vos données du processus en résumés clairs grâce à un programme pour faciliter le suivi et la correction des performances de vos équipements.
À qui bénéficie le modèle énergétique ?
Un bon modèle énergétique vous donne une approche structurée pour saisir la complexité des modes d’utilisation de l’énergie de vos processus.
Les meilleurs modèles de modélisation énergétique doivent concerner tous vos équipements, y compris les systèmes de production de vapeur, la consommation d’électricité, les systèmes de refroidissement et réfrigération, les systèmes de production d’air comprimé, etc. Grâce à cela, vous pourrez comprendre l’interaction entre vos équipements et vos processus. Vous aurez également un aperçu sur les subtilités de ces interactions pour pouvoir les améliorer au fil du temps.
Quelques exemples d’applications de la modélisation énergétique
Nous avons décidé d’installer notre logiciel Clarity sur un système d’air comprimé d’une usine.
Dans la salle des machines, il y avait deux compresseurs principaux dont la demande d’énergie pouvait normalement être satisfaite via une seule machine. En réalité, il fallait passer d’une machine à l’autre toutes les 24 heures pour assurer l’équilibre entre les heures de fonctionnement des deux machines.
Nous avons installé Clarity dans le but de collecter, de visualiser et de structurer la demande d’énergie de ces deux machines. Rapidement, il a été constaté qu’un compresseur consommait 25 % d’énergie en plus que d’autres, progressivement au cours de l’année.
Nous avons également réalisé un bilan énergétique détaillé pour une grande usine. Grâce à l’expertise de notre équipe et à la mise en œuvre d’un modèle mécaniste, nous avons pu procéder à une validation croisée de la conception du processus de l’usine. Grâce à cela, nous avons pu collecter les données d’exploitation historiques de l’usine en vue de fournir une estimation cohérente de la façon dont elle se comportait habituellement.
Grâce à notre modèle, nous avons pu identifier l’impact de quelques changements en matière de fonctionnement, tel que la modification d’un profil de produit ou d’un point de consigne. De simples modifications comme le remplacement d’un compresseur, l’ajout d’un échangeur de chaleur de récupération, la réduction de la pression d’un évaporateur ont également permis de réaliser d’importantes économies d’énergie de plus de 15 %, avec un retour sur investissement de moins de 3 ans.
Notre équipe a ensuite utilisé le modèle mécaniste avec un système de gestion de l’énergie, ce qui lui a permis de réaliser des calculs robustes, fournissant aux opérateurs un aperçu des performances du fonctionnement de l’usine en général et des nouvelles solutions pour l’améliorer.
En comprenant les contraintes sous-jacentes de plusieurs usines, nous avons constaté clairement que celles les plus récentes et plus grandes, notamment celles qui sont réputées en matière d’efficacité énergétique, manquaient plusieurs opportunités.
Grâce aux modèles que nous avons mis en place, les entreprises ont pris connaissance des efforts qu’elles déploient non seulement sur des sites de petite taille, mais aussi pour les grandes entreprises. En même temps, nous avons apporté un soutien plus important pour la réduction de leur facture énergétique globale.
La modélisation énergétique : c’est pour qui exactement ?
En réalité, la modélisation énergétique est nécessaire pour toute entreprise. Il s’agit d’un outil logiciel qui peut fournir des informations à de nombreuses personnes au sein de votre organisation.
D’abord, le logiciel doit permettre à votre équipe d’exploitation d’avoir un aperçu de la façon dont le processus actuel fonctionne en le comparant aux performances passées.
Ensuite, il doit permettre à votre équipe commerciale de voir l’impact des calendriers et des plans de production sur la demande de différentes formes d’énergie.
En utilisant un tel outil, votre équipe de conception sera en mesure d’analyser les possibilités de modification des équipements, de leur condition de fonctionnement, etc.
Quant aux spécialistes du développement durable, un tel outil leur permettra d’établir des synthèses en ce qui concerne l’empreinte carbone de votre entreprise, les modes d’utilisation de l’eau et de l’électricité, etc.
Enfin, les techniciens de votre entreprise pourront aller au-delà de simples comparaisons de KPI lorsqu’ils veulent obtenir des informations sur les performances sous-jacentes de votre usine.
Si vous voulez en savoir plus autour de la modélisation énergétique, vous pouvez nous contacter. Nous pouvons vous aider à valoriser vos données.
