Basé à Seraing en Belgique, Engineering Steel Belgium fabrique de l'acier et des produits connexes destinés aux industries belges du transport, de la production d'énergie et de l'aéronautique. Ses produits incluent notamment l'acier au carbone avec alliage léger, sous la forme de billettes cylindriques moulées et de lingots coulés en continu pour la fabrication de pièces de forgeage, d'anneaux laminés sans soudure, de roues de train, de tubes sans soudure et de pièces extrudées, ainsi que pour les laminoirs.
L'élaboration de l'acier est un procédé à forte intensité énergétique, où les gains de rendement, même faibles, peuvent favoriser d'importantes économies d'énergie et des réductions des coûts d'exploitation marquées. ESB a parfaitement conscience de ce fait ainsi que de la nécessité de réduire sa consommation d'énergie pour diminuer son empreinte carbone totale. Son programme de réduction énergétique est axé notamment sur ses fours à arc électriques ultra-haute puissance (85 MVA). Ceux-ci sont intégrés dans un système de refroidissement en circuit fermé équipé de trois grandes pompes entraînées par des moteurs de 132 kW.
Une réduction des pertes de 10 à 40%
Sachant pertinemment que la consommation d'énergie représente 90% du coût total de propriété d'une pompe, ESB a décidé de remplacer les moteurs standard existants par trois nouveaux moteurs W22 à haut rendement WEG. Dépassant les exigences en matière de rendement énergétique de la norme CEI 60034-30 publiée récemment, les moteurs W22 réduisent les pertes de 10 à 40%, comparé aux moteurs typiques.
Bien que les moteurs W22, par eux-mêmes, contribuent largement à réduire la consommation d'énergie des trois pompes, leur système de commande à contacteurs empêchait une économie d'énergie potentielle supplémentaire. Les pompes fonctionnaient donc généralement à pleine vitesse, indépendamment de leur rythme de demandes variables.
ESB a donc chargé Process Automation, société spécialisée dans les systèmes d'économie d'énergie, d'entreprendre une analyse complète du processus de refroidissement des fours, avec pour objectif de maximiser le potentiel d'économie d'énergie de l'application.
Process Automation a commencé par effectuer un audit des heures de fonctionnement du système de pompes, en distinguant trois parties : fonctionnement normal de deux pompes pendant les jours ouvrables (la troisième étant en réserve), totalisant 94 heures par semaine, fonctionnement durant le week-end, se produisant sur 6 week-ends par an pour contrer la menace de gel et fonctionnement durant l'arrêt de 16 jours au moment de Noël, là encore en raison du risque de gel. Pendant toutes ces périodes d'exploitation, les pompes fonctionnaient à une vitesse de 100%, même pendant les périodes susceptibles au gel, quand un fonctionnement intermittent aurait été plus adapté.
À partir de ces heures d'exploitation, Process Automation a calculé que le coût total annuel de fonctionnement des pompes sur le système de refroidissement était de 117 000 euros, chiffre basé sur un coût de l'énergie de 0,09 euro/kWh. Ce chiffre a ensuite permis de calculer qu'une importante économie d'énergie supplémentaire pouvait être obtenue en équipant les moteurs des pompes de variateurs de vitesse ainsi que d'un système d'automatisation de procédé basé sur un API.
Des avantages immédiats
Les variateurs CFW-09 132 kW WEG sélectionnés pour la fonction de commande des moteurs sont adaptés aux moteurs W22, assurant les caractéristiques opérationnelles optimales pour un fonctionnement à haut rendement. À cet égard, une fonction clé du CFW-09 est son auto-réglage qui harmonise automatiquement le variateur avec le moteur et la charge, évitant ainsi à l'utilisateur d'avoir à entrer un calibrage de moteur.
Les variateurs CFW-09, plus un démarreur progressif SSW-06, ont été fournis par le distributeur Weg, Leclercq Energy, à Process Automation, qui les a intégrés dans une armoire de commande, dans le cadre de sa prestation complète d'économie d'énergie, comprenant également un API et des communications de procédé via Profibus-DP. Process Automation a ensuite installé et mis en service l'ensemble intégré.
Les avantages de l'installation ont été constatés immédiatement. À présent, le fonctionnement pendant les jours ouvrables entre 15h et 20h nécessite le fonctionnement d'une seule pompe, tournant à 70% de la vitesse maximale, en raison de la commande de vitesse variable assurée par le variateur Weg CFW-09. De 20h à 11h, deux pompes sont en marche, fonctionnant à 89,2% de la vitesse maximale, grâce également à la commande avec variateur de vitesse. Pendant les week-ends et l'arrêt de Noël, lorsque le gel pourrait poser un problème, deux pompes sont encore nécessaires, fonctionnant à 89,2% de la vitesse maximale. Cependant, avec la commande adaptable assurée par le variateur WEG, les pompes ne sont sollicitées que 5 minutes toutes les 30 minutes, permettant ainsi d'importantes économies d'énergie. Cette contribution, plus les économies majeures provenant de l'exploitation normale des jours ouvrables signifie que le coût total annuel de l'énergie nécessaire au fonctionnement du système de refroidissement est désormais réduit à 72 000 euros, sur la base d'un coût de l'énergie de 0,09 euro/kWh. Les économies annuelles de 45 000 euros - ou 38,5% - réalisées par ESB contribuent largement à la fois au résultat net de la société et au coût du système d'économie d'énergie même, garantissant une rentabilité rapide des capitaux investis dans le système.
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