Comment réduire la consommation d’énergie grâce à des stratégies de gestion prédictives ?

Les systèmes de chauffe électrique tels que le boosting des fours verriers, les bagues d’isolation et de renforcement en fibre de verre, les bains d’étain et les étenderies de recuit utilisent normalement des contrôleurs à thyristors SCR (redresseur contrôlé au silicium), conduisant en angle de phase standard. Même si cette méthode offre un contrôle de puissance fluide, elle présente deux inconvénients majeurs ; distorsion harmonique indésirable et faible facteur de puissance (cos φ).

Les entreprises de services publics appliquent un supplément ou calculent un coût supplémentaire dans leur tarif kWh lorsque le facteur de puissance passe en dessous d’environ 0,9 (ou si les demandes de puissance maximales convenues sont dépassées). Sur une année, cela peut se traduire par des milliers, voire des dizaines de milliers de dollars, selon la taille de l’installation. Les problèmes causés par l’amorçage à angle de phase, tels que les harmoniques, les RFI (interférences radio), les pertes de ligne, le gaspillage d’énergie (kVAr) et la surchauffe du transformateur nécessitent également une augmentation de la capacité des équipements pour compenser ces perturbations. Par exemple, des systèmes de filtres actifs ou passifs coûteux peuvent devoir être installés.

Si l’application le permet, le moyen le plus simple d’augmenter le facteur de puissance est de s’éloigner de la conduction en angle de phase et de commencer à utiliser la conduction en train d’ondes, également connu sous le nom de zero crossing ou burst. Dans ce mode de conduction, une période de modulation est définie, dans laquelle le thyristor est modulé avec un ou plusieurs cycles complets en fonction de la puissance demandée.

Théoriquement, un cycle de conduction complet entraînera un facteur de puissance de 1, mais en raison des charges inductives inévitables des transformateurs et du câblage, dans un système d’alimentation typique de fusion de verre, le facteur de puissance global sera généralement > 0,9. En évitant les influences de l’angle de phase, ce type de système fonctionnera au facteur de puissance le plus élevé possible.

Cependant, un inconvénient de la conduction en train d’ondes est qu’elle peut introduire un effet de scintillement (variation de tension principale), qui peut à son tour affecter les moteurs et créer une perturbation visuelle (scintillement de la lumière, similaire à un éclairage fluorescent). Cet effet peut devenir plus grave dans les applications à haute puissance contrôlées par thyristors multiples telles que le bain d’étain et le chauffage de l’étenderie de recuit, lors de l’exécution d’un grand nombre de zones. Comme ces systèmes peuvent facilement contenir plus de 40 zones fonctionnant à différents niveaux de puissance et points de consigne variables, s’ils ne sont pas correctement contrôlés, cela peut conduire à d’importants pics de puissance incontrôlés. Ainsi, de nombreuses zones déclenchées de manière aléatoire dans le temps augmenteront potentiellement le risque d’énormes pics de consommation d’énergie aléatoires.

Dans de nombreux pays, la demande de pic de puissance mensuelle est un facteur de coût supplémentaire typique que les utilisateurs finaux doivent payer pour l’énergie électrique. La demande d’électricité en pic non contrôlée est également susceptible d’affecter la production d’électricité d’urgence comme les générateurs diesel, qui sont susceptibles de se déclencher si la demande d’électricité est instable.

Si la demande de puissance globale d’un système multizone n’est pas contrôlée, il devient également nécessaire de concevoir une quantité spécifique de surcharge de puissance, basée sur les valeurs de crête maximales possibles et en acceptant le coût supplémentaire qui en résulte. Cependant, sur les installations existantes où des améliorations du process sont apportées, des produits sont mis à niveau ou la capacité de production est augmentée, la charge supplémentaire peut dépasser la capacité de puissance totale conçue de l’installation. Cela peut entraîner des surcharges de courant ou des pannes de courant.

La demande de puissance de pointe élevée et un faible facteur de puissance entraînent des coûts énergétiques plus élevés et des émissions de CO2 accrues. En guise de solution, la fonction de gestion prédictive de la charge des contrôleurs Eurotherm EPower réduira considérablement les inconvénients d’un cycle complet d’allumage.

Le système de gestion de puissance EPower est basé sur un module de commande qui peut contrôler jusqu’à quatre stacks de puissance à thyristors dans une configuration de conception « de type API ». Jusqu’à 63 de ces modules de contrôle peuvent être intégrés ensemble via un réseau rapide pour devenir un système de contrôle de puissance intelligent avec la flexibilité nécessaire pour gérer efficacement les exigences des petites et des grandes installations de chauffage. Ceux-ci peuvent aller des lignes de bombage du verre, des fours de trempe et des autoclaves, jusqu’aux bains de verre flotté complets, aux étenderies de recuit et aux installations complexes de suralimentation de fours à zones multiples.

La gestion prédictive des charges EPower gère les demandes de puissance pour maintenir un niveau de puissance équilibré presque constant, empêchant les pics et les pointes de charge.

Dans les systèmes multizones utilisant une condution en train d’ondes, la gestion prédictive de charge sophistiquée peut réduire les pics de puissance en équilibrant ou en partageant automatiquement la demande sur de nombreuses charges. Il « lisse » efficacement la demande de puissance moyenne sur la distribution, tout en maintenant la puissance souhaitée pour chacune de ces zones. Il optimise et limite également la demande de puissance de pointe maximale admissible du système.

La gestion de l’énergie électrique de cette manière réduit considérablement la consommation d’énergie et les coûts associés aux services publics et à l’équipement. La mise en œuvre d’une meilleure pratique de consommation d’énergie efficace se traduit également par une réduction considérable des émissions de CO2 dans l’atmosphère.

L’amélioration du facteur de puissance pour réduire le gaspillage d’énergie, le contrôle de la demande et la réduction de la consommation de pointe pendant les périodes de pointe « on » peuvent entraîner des économies substantielles. De plus, la fonction de gestion prédictive de la charge contribue à améliorer la qualité de l’alimentation électrique principale, réduisant à terme les émissions de CO2. Le risque de pannes de courant est réduit et des équipements de réparation supplémentaires ne sont plus nécessaires.

L’équipe mondiale du verre d’Eurotherm by Schneider-Electric peut travailler avec les clients dès les premières étapes de la conception pour les aider à tirer pleinement parti des avantages, avant d’installer une nouvelle infrastructure et de négocier des contrats énergétiques. Comme les stratégies sophistiquées de contrôle de puissance SCR peuvent être compliquées à comprendre, Eurotherm a fourni un livre blanc contenant plus d’explications sur la gestion prédictive de la charge disponible via la page des solutions de verre du site Web d’Eurotherm.