Environ 6 % des consommations énergétiques mondiales viennent du secteur industriel minier, dont un tiers en électricité. Grâce à la mise en place d’une stratégie d’energy management digital opérationnel, il est possible de les réduire. Découvrez comment une mine italienne a économisé 8 % sur sa facture énergétique en optimisant le fonctionnement de ses broyeurs.
Energy management dans l’industrie minière, le contexte
Le site industriel minier concerné par ces optimisations, situé en Italie, est dédié à la production de carbonate de calcium pour la fabrication de pâte à papier. Électrique à 100 %, la consommation annuelle de l’usine s’élève à 27 GWh, pour une facture énergétique de 2,3 millions d’euros par an.
Équipements et procédés
À lui seul, le processus de broyage représente 80 % de la consommation en énergie. Il consiste à pulvériser des blocs de calcaire pour obtenir le carbonate de calcium utilisé comme charge minérale dans la pâte à papier.
Les principaux équipements de l’usine sont des broyeurs :
- 5 broyeurs autogènes de 355 kW fonctionnant sans concassage préalable ;
- 20 broyeurs électriques de puissances variées comprises entre 250 et 355 kW.
Le cas présenté concerne les seuls broyeurs autogènes qui sont les plus énergivores. À titre indicatif, le prix de l’électricité était, à l’époque de l’intervention, de 90 euros/MWh.
Quelle digitalisation dans l’usine ?
Avec une collecte de données déjà effective et un monitoring manuel basé sur Excel, l’usine avait un niveau moyen de digitalisation au lancement du projet.
Des mesures effectuées une fois par jour définissaient les paramètres de production optimale, mais les actions d’optimisation reposant sur l’expertise de l’opérateur pouvaient alors provoquer des fluctuations dans les procédés.
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La démarche METRON
Le client a fait appel à METRON pour digitaliser la consommation en énergie de l’usine afin d’optimiser son fonctionnement et d’améliorer ses performances énergétiques.
La démarche a commencé par l’analyse de la qualité du produit : la distribution granulométrique de la pulpe impactant la consommation électrique nécessaire. Les besoins en énergie ont en conséquence été ajustés.
Différentes pistes d’amélioration ont été identifiées durant le projet par METRON, mais aussi par le client, qui est resté autonome tout au long du projet dans sa gestion énergétique de l’usine. Certaines pistes sont encore en cours de déploiement :
- réduire le nombre de broyeurs en marche grâce à un nouveau séquencement pour minimiser la consommation d’énergie ;
- stabiliser la qualité du procédé pour diminuer la consommation spécifique des broyeurs autogènes ;
- prédire la qualité du procédé afin d’ajuster le point de consigne en temps réel.
Collecte des données et contextualisation
La seconde partie du projet a consisté à collecter les données internes et externes au site, puis à les contextualiser pour mieux comprendre le fonctionnement de l’usine.
Collecte de 400 données par seconde
- consommation électrique de chaque broyeur ;
- paramètres de production ;
- débits d’entrée/sortie de matière ;
- densité de la pulpe et part de matière solide ;
- température et pression de la ligne ;
- niveau du réservoir de stockage.
Des informations externes sont venues compléter ces données internes :
- relevés et données météorologiques ;
- données du marché de l’énergie.
Cartographie du site
La cartographie énergétique prend en compte tous les actifs du site (broyeurs, pompes, refroidisseurs, réservoirs, etc.) en lien avec les différentes sources d’énergie. Elle permet une compréhension et une contextualisation de l’usine.
Grâce à cette cartographie, les ingénieurs en Data Science et énergie de METRON, en concertation avec les experts opérationnels de l’usine, ont pu exploiter les données collectées pour :
- construire des modèles statistiques de chaque broyeur ;
- identifier les paramètres flexibles ;
- faire des prévisions sur la qualité des lots de production selon le contexte réel ;
- définir le périmètre des stratégies d’optimisation à mettre en œuvre.
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Actions de monitoring et d’optimisation
Réduction de la consommation des broyeurs
Le débit de chaque broyeur a pu être augmenté grâce à des séquences optimisées, ce qui a permis de réduire le nombre de broyeurs en marche simultanément. Initialement plus élevée que nécessaire, la consommation spécifique des broyeurs a été réduite grâce à ce nouveau séquencement.
Ajout d’une balance pour les matières premières
À l’origine, la densité de la pulpe était régulée en faisant varier la vitesse de convoyage des matières premières. Mais avec des chargements non homogènes, la masse des matières premières introduites dans le broyeur était irrégulière.
Suite à l’adoption d'un Energy Management and Optimization System (EMOS), le client a identifié et proposé d’améliorer ce périmètre.
L’ajout d’une balance à la sortie du tapis de convoyage permet désormais de peser les matières premières avant leur arrivée dans le broyeur. Pour obtenir le point de consigne de densité de la pulpe, le volume d’eau ajoutée sert de variable. De cette manière, la qualité du procédé de broyage a été stabilisée. Avec un débit de production augmenté, la consommation spécifique des broyeurs a ainsi pu être réduite.
Cette optimisation réussie montre que l'implication des équipes opérationnelles, détentrices du savoir métier, est un facteur clé de succès dans l'adoption d'une solution digitale.
Contrôle permanent de la qualité du processus
La distribution granulométrique (PSD – Particle Size Distribution) est un indicateur très important dans la fabrication du carbonate de calcium. Cette valeur désigne la quantité de particules présentes dans un fluide en fonction de leur taille. Avant la digitalisation de l’usine, elle était mesurée une fois par jour pour contrôler la qualité du procédé, sans possibilité d’ajustement au fil de l’eau. D’où un ralentissement des actions correctives en cas de besoin.
Prédire le PSD en cours de production permet aujourd’hui d’alerter immédiatement en cas de dérive, et aiguillera très prochainement le pilotage de l’usine en temps réel. Ces prévisions restent des indications pour les responsables de production qui sont pleinement décisionnaires des actions à entreprendre. Avoir un modèle fiable peut également remplacer l’achat d’un instrument de mesure de la granulométrie au coût très élevé (+ 100 k€).
Résultats obtenus
Une économie d’énergie de 550 MWh par an est prévue pour les cinq broyeurs autogènes, ce qui équivaut à 50 k€ en moins sur la facture d’électricité annuelle. C’est environ 8 % de la consommation électrique globale des broyeurs.
En matière de fonctionnement, les améliorations ont également permis d’éliminer le réglage manuel des apports en eau initialement réalisé à l’aide d’une échelle à bande.
Les bénéfices permis par l’Energy management digital
L’usine dispose aujourd’hui d’un outil d’energy management digital efficace et utile à tous. Les KPI déterminants sont consultables en temps réel, en lieu et place d’un tableau Excel mis à jour quotidiennement. Avec un meilleur accès aux données, la collaboration au sein des équipes est facilitée, chaque directeur d’usine et opérateur pouvant utiliser la plateforme pour créer des tableaux de bord personnalisés à partir des données dont il a besoin.
Comme le montre cet exemple, l’apport d’une solution d’energy management dans la gestion opérationnelle d’une unité de production est multiple : mise à disposition d’une vue holistique de l’usine, contrôle des consommations énergétiques et de la qualité des produits basé sur des KPI pertinents, alertes automatisées et reporting sous forme de tableaux de bord personnalisés…
Grâce aux optimisations mises en place, une réduction de 8 % des factures annuelles d’électricité est attendue dans l’usine sur le périmètre des 5 broyeurs autogènes. Au-delà des économies d’énergie, l’intelligence énergétique est également un réel atout pour embarquer les équipes et construire une culture de la performance énergétique dans une usine. Vous voulez en savoir plus sur notre solution d’energy management ?
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