Dans le secteur de l’industrie, 5 à 10 % des consommations d’électricité sont imputées à l’air comprimé. On le retrouve dans quasiment tous les secteurs industriels : production d’acier, de verre ou de ciment, agroalimentaire, etc. Il est donc opportun de se pencher sur le monitoring et l’optimisation de sa production et consommation. Quel profit peut-on tirer de la digitalisation pour optimiser une installation ?
Thèmes que nous aborderons
Air comprimé : production et applications
Production d’air comprimé
Saviez-vous que 90% de la consommation énergétique d’un réseau d’air comprimé vient de ses compresseurs ? Cet équipement très énergivore est donc un point d’attention. Cependant, d’autres équipements souvent nécessaires (séchoirs, filtres, réservoirs, etc.) ne sont pas à négliger.
Ces différents composants représentent un grand nombre de données à collecter. Elles nous donnent une meilleure connaissance de l'usine et des périmètres à optimiser. Grâce à la digitalisation, couplée à l’expertise d’ingénieurs énergéticiens, le monitoring puis l’optimisation des équipements industriels d’air comprimé peut être un levier important d’amélioration de la performance énergétique.
Quelles consommations ?
L’air produit alimente plusieurs types d’usages :
- air de process, généralement mélangé à un produit pour le nettoyage, le ponçage, le microbillage, la cryogénie (à base de CO2), la peinture et l’humidification par pulvérisation :
- Cabines de peinture,
- Plasturgie (souffleuses),
- Embouteillage.
- commande pneumatique et contrôle de robots automatisés, particulièrement dans l’industrie textile, l’imprimerie ou l’emballage.
- fonctionnement de ventouses avec venturi équipant les chaînes de montage pour la fabrication de métaux et d’aluminium, mais aussi dans l’industrie du bois et du plastique ou encore le domaine médical.
- transport de produits en poudre et granulés, notamment dans le secteur du ciment ou l’industrie céréalière.
- fabrication de verre creux nécessitant des débits d’air importants pour former le produit.
La solution METRON permet de digitaliser les systèmes de production d'air comprimé mais aussi les usages et apporte ainsi de la transparence sur ce vecteur. Cela améliore l'efficacité de la production, de la distribution et des usages finaux quels qu'ils soient. La production et la consommation sont prises en en compte pour une optimisation complète du système d’air comprimé.
Big Data et intelligence artificielle
Comment monitorer et optimiser les procédés à base d’air comprimé grâce à la digitalisation ?
L’un des enjeux avec l’air comprimé est de pouvoir optimiser la consommation énergétique sans impacter les procédés et en assurant le bon débit, les bonnes pressions et la qualité de l'air à tout moment.
Quelles données collecter pour l’air comprimé ?
- La consommation électrique de la centrale et des compresseurs,
- Le débit d’air produit,
- Les débits des différents consommateurs (si disponibles),
- La qualité de l’air (pression, humidité, etc.) en sortie de centrale et sur le réseau,
- Les conditions de l’air extérieur (humidité, température, pression).
Ce processus de digitalisation de l’air comprimé se déroule généralement en 3 temps, selon la maturité du site et les données disponibles.
Collecter l'historique des données permet d'accélérer le processus. En effet, l’import des données historiques permet d’avoir une image plus représentative des fonctionnements passés de la centrale d’air et des consommateurs. Néanmoins, ces systèmes étant stables, il est possible d’obtenir des KPIs représentatifs après quelques mois d’observation même sans apport d’historique.
1. Monitoring basique
La première étape, la mise en place d’un reporting et la sélection des bons KPIs, permet d'améliorer la granularité du suivi, de gagner du temps et d’avoir une plus grande visibilité sur les usages, notamment leur décomposition par périmètre. Même simple, cette partie est déjà riche en enseignements. Elle facilite la maîtrise des consommations et apporte plus de transparence au sein de l’usine.
2. Monitoring avancé
Certaines solutions, comme la solution METRON, rendent possible la normalisation des consommations effectuées, grâce à la puissance de calcul d’algorithmes de Machine Learning et l’expertise d’ingénieurs énergéticiens. Par ce biais, les industriels qui souhaitent aller plus loin dans le monitoring de leur site obtiennent des consommations de référence.
Le croisement des données de l’usine et de données extérieures à la centrale d’air (production des ateliers, météo, etc.) permet, en effet, de de construire des modèles de référence précis avec une bonne granularité. La valeur ajoutée ? Bénéficier d’alertes rapides en cas de dérive et ainsi consolider les gains lors de projets d’efficacité énergétique.
3. Optimisations
Le dernier point clé de ce processus est l’optimisation. Le croisement de l’ensemble des données monitorées avec des bases de connaissance métier permet l’identification et l’évaluation de projets d’efficacité énergétique. A cela s'ajoutent des méthodes de modélisation, l’intégration de l'expertise métier et la puissance d’algorithmes d’optimisation pour réaliser des simulations afin de quantifier les gains potentiels.
Quelques exemples concrets d’optimisation :
- Trouver les règles d'activation les plus efficaces (priorités, seuils) pour répondre à la demande et réduire le coût de l'électricité (séquencement optimal),
- Détecter et évaluer les opportunités classiques (installation compresseur à vitesse variable, modification setpoint de pression, décolmatage des filtres, etc.),
- Détecter les fuites et usages anormaux,
- Simuler d’autres configurations de la centrale (ex : renouvellement de compresseur, ajout de tampons, etc.).
Cas client METRON
Contexte :
Une brasserie en Asie. Production de bière d'environ 4000k hL par an.
Consommation annuelle de l’usine :
- Électricité: 42 GWh/an (dont 10% pour le système d'air comprimé),
- Gaz Naturel Liquide: 10000 k NM3/an,
- Facture d'énergie: 12 M$/an.
Portée :
Système d'air comprimé
Objectifs :
Le premier défi du client a été de numériser et d’améliorer la gestion énergétique de l’usine. Un autre enjeu fut de proposer un nouveau séquencement des compresseurs permettant de respecter la demande d'air comprimé tout en minimisant la consommation, et ainsi en optimisant les coûts.
Actions :
Grâce à la solution METRON, les équipes ont adapté en temps réel le séquencement afin de réduire les coûts tout en conservant le même volume de production.
Périmètre de la prestation :
- Gestion des performances de la consommation et des fuites,
- Alertes de colmatage des filtres,
- Séquencement et optimisation du système d'air comprimé,
- Adaptation du séquencement pour répondre à la demande au moindre coût,
- Modélisation et prévision du point de rosée,
- Définition d’un KPI pour chaque centrale & production totale d'air,
- Évaluation du retour sur investissement d'un nouveau sécheur qui minimise le gaspillage de l’air comprimé.
Résultats :
Monitoring de pointe, alertes en temps réel, séquencement et optimisations qui ont permis d'atteindre :
- des économies réalisées de 2%/ an et un potentiel de 4,1% / an soit 256 MWh au total,
- 2 jours homme de temps gagné / mois,
- un potentiel de -256 MWh d'électricité consommée ce qui correspond à une réduction des émissions de GES -136 tonnes de CO2/an.
Les industriels peuvent aujourd’hui compter sur la digitalisation pour une gestion intelligente de l'énergie dans leurs sites de production. Une approche globale permet d'optimiser l'air comprimé mais aussi les autres utilités (refroidissement, HVAC, vapeur, etc) et les procédés industriels.
Pour développer une intelligence énergétique sur leurs sites de production, tant sur la partie air comprimé que sur les autres vecteurs énergétiques.
L’objectif ? Pouvoir visualiser et maîtriser leur consommation d’électricité dans le temps, grâce à un outil de monitoring évolutif et adapté à leur niveau de maturité. Le système, ainsi amené et maintenu à sa performance optimale au quotidien, est également capable d’évaluer des modifications du périmètre et de rechercher systématiquement des optimisations sur la consommation et production d'air, afin de faire des économies d’énergie et de gagner en compétitivité. Et vous, êtes-vous prêt pour la digitalisation de votre usine ?
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