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DIAGNOSTIC ENERGETIQUE Economies d’énergie

DIAGNOSTIC ENERGETIQUE Economies d’énergie. Licence professionnelle E2D2. Diagnostic énergétique : Pourquoi ?. Raréfaction des énergies fossiles Système fermé !. +100 Millions /an !. + 210 Millions de TEP /an !. Diagnostic énergétique : Pourquoi ?.

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DIAGNOSTIC ENERGETIQUE Economies d’énergie

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Presentation Transcript

  1. DIAGNOSTIC ENERGETIQUEEconomies d’énergie Licence professionnelle E2D2

  2. Diagnostic énergétique : Pourquoi ? • Raréfaction des énergies fossiles • Système fermé ! +100 Millions /an ! + 210 Millions de TEP /an !

  3. Diagnostic énergétique : Pourquoi ? Même avec le charbon, une croissance de 2% de la consommation d’énergie fossile ne « passe pas » le siècle (pic tous fossiles au plus tard entre 2050 et 2100, dans tous les cas de figure). Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME Source : Jancovici, 2007

  4. Diagnostic énergétique : Pourquoi ? • Impact visible sur l’environnement mettant en péril notre survie sur terre

  5. Diagnostic énergétique : Dans quel cadre ? • Objectifs de maîtrise des coûts (facture énergétique) • Démarche de management environnemental, DPE, BC et politique d’amélioration continue • Projet de remplacement de matériel en fin de vie, de réhabilitation de patrimoine • Projet d’extension ou de rénovation, création de nouveaux sites

  6. L’énergie : formes et unités • Énergie = travail que peut fournir une force en action = N.m = Joule • Puissance d’un système = capacité à échanger une énergie en un temps donné • P = énergie /temps • en Joule /s = Watt

  7. Energies : Différents stades de transformation • Energie primaire :potentiel énergétique de la ressource naturelle • Pétrole brut au fond de son puits, charbon dans la mine mais aussi minerai d’uranium, vent, réserve d’eau, flux solaire. • Energie finale : ce que j’arrive à exploiter et à livrer (énergie commerciale) • Produits pétroliers à la pompe, charbon de bois, électricité • Energie utile : ce que j’en fais…d’utile • Energie mécanique d’un moteur, flux lumineux d’une lampe, chaleur, etc. Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

  8. Coût énergétique extraction Moi consommateur : je paye De l’énergie primaire à l’énergie finale Pertes en ligne Rendement fuites Mais physiquement que se passe-t-il? Pertes production Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

  9. De l’énergie primaire à l’énergie finaleMonde 2006 11,7 Gtepprimaire 8,1 Gtep final = + L’ENERGIE PRIMAIRE (le prélèvement aux ressources) L’ENERGIE FINALE (ma facture) Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME 31% 69%

  10. De l’énergie finale à l’énergie utile Energie thermique Energie mécanique Energie lumineuse Electricité Finale Energie mécanique Energie thermique Carburant Utile

  11. > 90 % Energie mécanique Électricité < 20 % Energie mécanique Air comprimé De l’énergie finale à l’énergie utile < 15 % Électricité Energie lumineuse ~ 30 % Carburant Energie mécanique > 80 % Energie thermique Carburant Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

  12. Etiquettes du DPE Emissions de gaz à effet de serre en kg CO2/m2.an Consommation énergétique en kWhEP/m2.an

  13. Energies : Différentes unités • SI : Energie = joule = watt.seconde • A l’échelle du citoyen : • Litre de carburant • Stère de bois • m3 de gaz • kWh électrique • A l’échelle d’un pays ou planétaire : • TEP, MTEP ou GTEP • TWhélec 1kWh = 36OOkJ(1 kcal = 4,18 kJ)1 TEP = 11626 kWh = 7,33 barils1MWh = 0,086 TEP

  14. Equivalence d’énergie • Pétrole 1t = 1 TEP • GPL 1t = 1,095 TEP • Carburants liq 1t = 1,048 TEP • Gaz naturel 1t sur PCS = 1,117 TEP • Houille 1t = 0,619 TEP • Bois 1 t = 1,7 stère = 0,257 TEP • Electricité 1000 KWhe = 0,2606 TEP ou = 0,267 TEP 1- Observatoire : 33% 2- Office statistique des communautés européennes : 32,2%

  15. Qu’est-ce qu’un kWh ? Que peut-on faire avec un kWh ? Combien ça coûte un kWh ? Combien de CO2 dans un kWh ? Pour économiser….Il faut d’abord apprendre à compter ! Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

  16. Quelques ordres de grandeur Qu’est-ce qu’un kWh (final) ? Que peut faire un kWh (utile) ? 1 gobelet d’essence 300 g de bois sec 2 boulets de charbon (pour ceux qui s’en souviennent !) ….mais…. 18 m3 d’eau qui chutent de 20 mètres Electricité : cuire une tarte ! Mécanique : remonter 360 tonnes de sable d’un mètre Combien de CO2 par kWh (final) ? Combien ça coûte un kWh (final) ? Carburant, gaz, électricité, bois, etc… Mais pas le travail mécanique humain ! Electricité : entre quelques grammes et 1 kg Combustibles : entre 0 et 600 g Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

  17. Production et consommation !! • Quelques ordres de grandeur ! ! ! ! • 1 homme travaillant 8h produit 0,05 kWh d’énergie méca • 1 l d’essence produit 5 kWh soit 800h d’hommes • 1 français consomme 4,6 TEP/an soit 53500 kWh/an soit l’équivalent de 106 journées de travail humain (2700 ans) • La consommation moyenne mondiale est de 1,7 TEP/an • 1TEP = chute de 10m de 426000 t d’eau = fission de 0,5g U235

  18. Prix des énergies en euros/100 KWh Fioul domestique 8,93 Chauffage urbain 6,60 Propane 11,72 Charbon 6,75 Bois bûches 0,5m 3,60 granules vrac 5,18 Electricité simple tarif ~15,00 double tarif~12,00 Gaz de ville ~10,10 Informations actualisées sur l’Observatoire de l’énergie : www.developpement-durable.gouv.fr

  19. Le diagnostic énergétique-méthodologies • Analyse de la situation énergétique actuelle de l’entité (bilans énergétiques) • Mesures physiques sur site (puissances, débits, températures, relevés compteurs, factures énergétiques) • Quantification des potentiels d’économies d’énergie • Définition d’un plan d’action hiérarchisé et chiffré pour la mise en œuvre de ces actions

  20. Exemple de déroulement d’une étude énergétique Préparation des documents et questionnaires Visite préliminaire : Sensibilisation des intervenants Organisation de travaux Préparation données et relevés Collecte données et examen sur place Préparation campagne de mesures Visite intermédiaire / relevés Examen sur place : recueil de données campagne de mesures examen installation étude de bilans Aide matérielle, études et données

  21. Déroulement d’une étude énergétique La phase diagnostic Analyse et évaluation économies d’énergie : -réduction des pertes –mode d’exploitation –système de gestion -liste des actionspossibles Analyses et évaluation économies d’énergie Discussion avec les exploitants Analyse et critique des propositions Etablissement rapport et plan : -évaluation économique des solutions proposées -création de projets de plan directeur -intégration des objectifs de l’entreprise Discussion avec les services concernés et direction Conclusion et programme d’actions Décision sur le plan directeur préliminaire

  22. Exemple de diagnostic énergétique d’un bâtiment • Répertorier les parois : surface, coef d’échange K (W/m2°C) déperdition d’une paroi d(W/°C) = K.S • Estimer le renouvellement d’air : Van = 0,5 Vh ou Vh… déperdition due à l’air neuf dan(W/°C) = 0,34.Van • Calculer le total des déperditions par degré d’écart avec l’extérieur Sd = W/°C • Déterminer les DJU (degrés jour unifiés) • Calculer la consommation annuelle d’énergie de chauffage : C = Sd . DJU. 24 /1000.hch en kWh/an • Estimer ou calculer la consommation annuelle d’énergie d’ECS. • Exprimer ces énergies en énergie primaire : CTp • Calculer la consommation annuelle par m2 (étiquette 1) : CTp/Sh

  23. Qualité du bâtiment : Etiquettes du DPE Emissions de gaz à effet de serre en kg CO2/m2.an Consommation énergétique en kWhEP/m2.an

  24. Propositions d’améliorations possibles • Isolation thermique de parois • Changement de menuiseries sv pour dv ou tv • Ventilation contrôlée double flux • Chauffe eau solaire…. • Chiffrage du coût de la modification • Coût annuel des économies d’énergies réalisées • Détermination du temps de retour

  25. Le diagnostic énergétique-typologies de recommandations • 1) Actions sur les comportements : sensibilisation, gestion, suivi (management) • 2) Optimisation des conditions d’exploitation(point optimal, régulation, programmation…) • 3) Maintien en état de l’existant pour en garantir les performances(cycle d’entretien, remplacement) • 4) Investissements significatifs : actions sur enveloppe thermique, modification du schéma, récupération sur chaleurs fatales, recours aux ENR…

  26. Optimisation des conditions d’exploitation >> Point optimal de fonctionnement Minimiser le coût opératoire énergétique unitaire d’un produit par substitution chaleur/force >> Domaines d’applications - papeteries, sucrerie : pressage / séchage - sidérurgie : chauffage / laminage… - transport de fluide : chauffage / pompage - turbulence : transfert th / perte de charge

  27. Q W M X P Matière première Traitement 1 Traitement 2  Optimiser la quantité (Q + W) /kg de produit fini ET =W(X) + Q(X) ETmin W(X) Consommation d’énergie Q(X) Xopt X

  28. Méthodologie • 1) Modélisation en fonctions puissances : Q=A.Xa W=B.Xb A, B, a et b obtenus par des relevés de mesures • 2) Energie totale finale : et

  29. 3) Energie totale primaire : Rendements de conversion : Primaire  thermique hQ = 0,8 Primaire  électrique hW = 0,34 et

  30. 4) Optimum monétaire : Prix unitaire des énergies finales (€/TEP ou €/kWh): Energie thermique pQ Energie électrique pW et

  31. Optimisation d’un fonctionnement • Séchage de pulpe de betteraves : • Problème : chercher les optimums énergétiques et financiers du pressage-séchage de la pulpe de betterave dans deux cas : l’électricité est achetée à EDF ou bien, elle est autoproduite. • Utilisée pour l’alimentation du bétail, la pulpe de betterave appauvrie en sucre a une siccité (pourcentage de matière sèche par rapport à la masse totale) initiale de x0 = 6% et doit être amenée à une valeur finale de 88%. Le traitement est assuré par deux opérations, le pressage jusqu’à une siccité intermédiaire x puis le séchage thermique jusqu’à xf = 88%. La pulpe sèche porte le nom de pellets. • Données du problème : • Les données expérimentales fournies par les sucreries pour des siccités intermédiaires allant de 10 à 20% nous conduisent aux expressions d’énergie : aux pressoirs W = 1,95 104 x4,36 en kWhe /t de pellets aux séchoirs Q = 0,05 x-1 – 0,057 en tep/t de pellets D’autre part le fonctionnement des séchoirs consomme pour la rotation des tambours une quantité d’énergie indépendant de la siccité et dont la valeur moyenne est de 0,006 tep/t de pellets. • - Electricité achetée à EDF : facteur de conversion 0,27 tep/1000kWhe prix 0,03 euro/kWhe • - Electricité autoproduite : facteur de conversion 0,124 tep/1000kWhe prix 91,5 euro/tep

  32. Maintien en état de l’existant >> Cycle optimal d’entretien d’un équipement >> Cycle optimal de remplacement d’un matériel

  33. Fatigue et usure Rendement h fatigue ho usure h = P / M M P Système indus M - P entretien temps remplacement Durée du cycle fonctionnement / entretien Durée du cycle fonctionnement / remplacement

  34. Cycle optimal d’entretien Evolution du rendement : avec t la durée de « demi vie  » Evolution du débit de matière première : Coût de la matière première pour N jours de fonctionnement : Coût de base sans vieillissement Surcoût du au vieillissement

  35. Coût de la régénération : Coût total d’un cycle fonctionnement + entretien : Coût unitaire (« par unité de produit » et par jour) :

  36. Cycle optimal d’entretien Optimiser le cycle  Minimiser le CUN  Durée optimale du cycle :

  37. Cycle optimal de remplacement Coût de la matière première pour N jours de fonctionnement : Coût de remplacement : Coût total d’un cycle fonctionnement + remplacement: Coût unitaire du cycle :

  38.  Durée de vie optimale du matériel :

  39. Optimisation d’un cycle d’entretien • Entretien d’une chaudière à vapeur : • Problème : • Une chaudière à vapeur doit produire 85 t/h de vapeur à partir de fuel lourd. • Elle fonctionne 24h/24 et son rendement est passé de 0,85 à 0,8 en 150 j du fait de l’encrassement des surfaces d’échange. Un nettoyage coûtant 1500 euro, quelle est la périodicité optimale du cycle fonctionnement/entretien ? • Données : • - Pour le calcul de la puissance utile à la chaudière on prendra : hv – hl = 2000 kJ/kg • - PCI du fuel = 40000 kJ/kg • - prix du fuel = 0,3 euro/kg

  40. Choix d’un investissement optimal • Références d’un calcul économique 2) Méthodologie 3) Temps de retour brut 4) Exemple d’application

  41. Références d’analyse économique

  42. Décideur borné / parieur

  43. « Produits miracles? » • Économies d’énergies par suréquipement Risque d’un bilan total ~ 0 Contenu énergétique ou énergie grise !

  44. Bilan énergétique capteur solaire thermique 880 / 900 kWh/m2 ~ Deux ans de « remboursement » avant production effective !!!!

  45. Méthodologie • Exprimer chaque poste de dépense (investissement, fonctionnement, entretien..) en fonction du paramètre caractéristique du problème (e isolant, T° fluide, D conduite..) • Coût total de l’opération CT(x) = S(différents coûts) • Investissement optimal obtenu pour dCT/dx = 0  on obtient xopt et CTmin • Conclusion sur le choix du système en prenant le produit commercialisé le plus proche de xopt.

  46. Temps de retour brut Deux problématiques Rentabilité d’un système économe Choix entre différents systèmes I = investissement E = économie annuelle SI = surinvestissement E = économie annuelle tr = I / E tr = SI / E ! Si tr > durée de vie du système !!

  47. Optimisation d’un investissement • Ligne de transport d’huile légère : • Problème : concevoir une ligne de transport d’huile légère (conduite à installer, puissance du groupe moto-pompe). • On recherchera le diamètre optimal de conduite permettant de minimiser le coût total de l’installation calculé sur la durée de vie de l’ensemble (investissement + fonctionnement de la pompe). • Données du problème : • Huile légère : - Longueur de la ligne de transport : 1000 m • - débit massique d’huile transportée qm = 50 kg/s. • - masse volumique r = 800 kg/ m3 • - viscosité cinématique n = 95. 10-6 m2/s. • - Rendement de la pompe h = 0,35. • - Durée de vie de l’installation estimée à 30000h. • - Coût d’achat C1 du groupe moto-pompe fonction de sa puissance Pp (en W) : C1 = 3200 + 0,026.Pp • - Prix du mètre de conduite fonction du diamètre D (en m) : pc = 82.D – 2,94 • - Prix de l’énergie électrique : pw = 0,05 euro/kWhe • Rappels : • Puissance d’une pompe : Pp = qv.Dp/h en W • Perte de charge dans une conduite : Dp = l.L.r.V2/2.D en Pa • Coefficient de perte de charge (Blasius) : l = 0,316 Re-0,25 • Nombre de Reynolds : Re = V.D/n

  48. Introduction au bilan carbone • Mécanisme de l’effet de serre • Bilan thermique terrestre • Forçage radiatif • Principaux GES – progression des émissions • Conséquences • Emission limite par individu • Pouvoir de réchauffement global d’un gaz • Equivalent carbone • Facteur d’émission – ex d’application • Etude de cas

  49. Mécanisme de l’effet de serre 77 30 source : GIEC 40 165 342 W/m2 30 G E S 67 Forçage radiatif IR 78 168 350 24 324 Bilan nul Actuellement : Bilan = + 1,5 W/m2 15°C au lieu de -18°C 49

  50. Qu’est ce qu’un gaz à effet de serre ? Définition : Un gaz à effet de serre est un gazprésent dans la troposphère(la basse atmosphère) quiintercepte une partie du rayonnement terrestre(essentiellement composé d’infrarouges). Son efficacité :le forçage radiatif, définit quel supplément d’énergie (en watts par m2) est renvoyé vers le sol par une quantité donnée de gaz dans l’air. 50 Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

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