Rendre les moteurs de pompes électriques plus durables - Green Is Good Business
Lorsque l'on pense aux pompes utilisées dans l'industrie, l'accent a tendance à être mis sur les matériaux qu'elles déplacent, allant de l'eau et des eaux usées, des produits chimiques, du pétrole, du pétrole, des boues et des boues, jusqu'aux aliments. L'accent est également mis sur leurs coûts, leur efficacité et leur maintenance. L'impact environnemental a tendance à être beaucoup plus faible sur la liste des considérations, mais des pompes plus vertes et plus efficaces sont également bonnes pour les affaires. Chaque pompe a un moteur; il n'est donc pas surprenant que les pompes soient responsables de 21 % de la consommation d'électricité des systèmes moteurs du secteur industriel. Réduire ce nombre peut rendre les pompes plus écologiques et réduire les coûts d'exploitation.
IMAGE 1 : Efficacité du ventilateur ou de la pompe (Source : inverterdrivesystems.com)
Le problème de l'énergie
Le problème énergétique ne se limite pas aux pompes. Tout le monde consomme de plus en plus d'énergie. Les industries se développent, la population augmente et l'industrie des pompes doit répondre à la demande d'eau, d'électricité, de produits et de services. Les statistiques de l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis montrent que plus de la moitié de l'électricité utilisée dans la fabrication est utilisée pour alimenter des moteurs, et l'industrie américaine est responsable de près de 25 % des émissions de gaz à effet de serre du pays.
La tendance se joue également à l'échelle mondiale. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), les moteurs et systèmes électriques représentent plus de 40 % de la consommation mondiale d'électricité. L'utilisation de moteurs et de systèmes électriques devrait continuer de croître. Cela augmentera le nombre d'émissions nocives libérées.
Orientation réglementaire
Les moteurs attirent de plus en plus l'attention des régulateurs et, par conséquent, les fabricants de pompes seront affectés. Le nouveau règlement d'écoconception 2019/1781 de l'Union européenne est entré en vigueur le 1er juillet 2021 pour les moteurs à induction basse tension et les variateurs de vitesse (VSD) et exige qu'une large gamme de moteurs électriques réponde à la norme d'efficacité premium IE3. Le changement réglementaire augmente les niveaux de rendement minimum obligatoires, élargit la gamme de moteurs couverts et, pour la première fois, inclut les VSD.
À compter du 1er juillet 2023, il impose des normes d'efficacité plus élevées pour certaines catégories de moteurs, élevant le niveau de base de certains moteurs à l'efficacité super premium IE4. En dehors de l'UE, le Royaume-Uni post-Brexit (UK) adoptera la même réglementation et certains autres pays suivront probablement ces principes. Le niveau d'efficacité énergétique est exprimé en classes d'efficacité IE, de IE1 (la plus basse) à IE5 (la plus élevée). Selon la réglementation en vigueur, les moteurs doivent atteindre le niveau de rendement IE2, IE3 ou IE4 en fonction de leur puissance nominale et d'autres caractéristiques. Par exemple, les moteurs triphasés d'une puissance nominale comprise entre 0,75 kilowatts (kW) et égale ou inférieure à 1 000 kW devaient atteindre le niveau IE3 d'ici juillet 2021. Les moteurs entre 75 kW et 200 kW doivent atteindre le niveau IE4 d'ici juillet 2023. .
Aux États-Unis, le Département de l'énergie (DOE) a récemment publié un avis de prépublication du Federal Register entreprenant un examen des normes d'économie d'énergie modifiées pour les petits moteurs électriques. Il s'agit de déterminer s'il convient de modifier les normes d'économie d'énergie applicables à ces équipements. Et n'oubliez pas les nouveaux changements de règles proposés par la Securities and Exchange Commission (SEC) qui exigeraient des informations liées au climat dans les déclarations d'enregistrement et les rapports annuels fournis par les investisseurs, y compris (par site Web de la SEC):
« la gouvernance du déclarant en matière de risques liés au climat et les processus de gestion des risques pertinents
comment les risques liés au climat identifiés par l'inscrit ont eu ou sont susceptibles d'avoir un impact significatif sur ses activités et ses états financiers consolidés, qui peuvent se manifester à court, moyen ou long terme
comment les risques liés au climat identifiés ont affecté ou sont susceptibles d'affecter la stratégie, le modèle d'entreprise et les perspectives du déclarant »
La divulgation des émissions de gaz à effet de serre d'un déclarant serait également requise, ce qui mettra la pression sur les fournisseurs, y compris les fabricants de pompes, pour qu'ils réduisent leur contribution à ce problème mondial.
Le message principal est le suivant : les entreprises doivent être prêtes à faire face à leur impact environnemental. L'environnement n'est pas la première chose à laquelle les entreprises pensent lorsqu'elles choisissent des moteurs de pompe, mais il y a des avantages à passer au vert, notamment :
Les fabricants de pompes qui peuvent respecter les mandats réglementaires auront un avantage concurrentiel sur le marché.
Des moteurs plus écologiques présentent des avantages tangibles pour les utilisateurs.
Les économies réalisées grâce à des factures d'électricité moins élevées sont importantes. Les coûts de l'électricité à usage industriel ont augmenté de près de 6 %, passant d'une moyenne nationale de 6,9 cents par kWh en janvier 2021 à 7,3 cents en janvier 2022.
Il convient donc de considérer que de nouveaux systèmes plus respectueux de l'environnement et plus efficaces qui utilisent l'énergie de manière plus intelligente réduiraient les coûts et les émissions nocives, faisant d'une pierre deux coups.
Compétitif et vert
Les moteurs de pompes électriques industrielles eux-mêmes, en raison du nombre d'entre eux utilisés, pourraient à eux seuls réduire considérablement la consommation d'énergie industrielle. Selon les calculs d'ABB, la consommation d'électricité pourrait être réduite d'un cinquième si des systèmes de moteur à haut rendement étaient adoptés à l'échelle mondiale. Cela peut sembler une chimère, mais on attend de plus en plus des moteurs. Des normes CEI plus élevées existent déjà.
Selon Omdia, 75 % des moteurs industriels font fonctionner des pompes, des ventilateurs et des compresseurs, qui présentent tous des opportunités importantes d'amélioration de l'efficacité. Par exemple, un variateur de vitesse (VSD) peut généralement réduire la consommation d'énergie de 25 % lorsqu'il est ajouté au moteur existant d'une pompe, d'un ventilateur ou d'un compresseur. Cependant, moins d'un quart des moteurs de pompe dans le monde sont actuellement équipés d'un VSD.
Prenons l'exemple du seul traitement de l'eau. Le pompage peut consommer jusqu'à 85 % de l'énergie utilisée pour le traitement de l'eau. Un article de 2021 d'ABB a estimé que des systèmes améliorés avec des VSD et des moteurs à haut rendement pourraient entraîner des économies d'énergie de 25% à 30%. Et bien que cette estimation concerne l'industrie de l'eau et des eaux usées, il n'y a aucune raison de croire que ce qui s'applique à un moteur de pompe ne s'appliquera pas à une autre situation simplement parce qu'ils sont utilisés dans différents endroits et entreprises.
Tout sur l'efficacité
Pour obtenir le meilleur niveau d'efficacité et les économies d'énergie associées, il y a trois considérations clés à retenir lors de l'évaluation des moteurs. Premièrement, l'industrie ne peut pas atteindre ses objectifs en s'appuyant sur une technologie ancienne. Par exemple, les moteurs à induction sont généralement efficaces à 75 % au mieux. Leur efficacité peut être améliorée en les associant à un VSD, mais il s'agit vraiment d'une solution partielle qu'il vaut mieux laisser aux situations où la mise à niveau est la seule option. Les meilleurs résultats pourraient provenir des moteurs synchrones à aimants permanents (PMM), qui peuvent atteindre des rendements supérieurs à 90 %.
Deuxièmement, le moteur doit être associé à un VSD bien adapté. Notez que le rendement du système est calculé en multipliant le niveau de rendement du moteur par le rendement nominal du variateur. Par exemple, si un moteur efficace à 90 % est associé à un variateur efficace à 90 %, le système ne sera efficace qu'à 81 %. La performance du système est ce qui compte lorsqu'il s'agit de la quantité d'énergie utilisée et des systèmes qui sont efficaces à plus de 90 % sont réalisables. Il convient de noter que les VSD fonctionnent sur une plage de vitesses. Cela a deux avantages.
Premièrement, un système de moteur peut traiter plusieurs plages de vitesse, ce qui réduit le besoin d'une gamme de produits plus variée. Deuxièmement, la relation entre la vitesse et la puissance d'une pompe doit être prise en compte car elle suit une courbe de puissance cubique. Le débit est proportionnel à la vitesse. Si le système fonctionne 10 % plus lentement, il fournit un débit de 90 %.
De plus, le couple est proportionnel à la vitesse au carré et la puissance est proportionnelle à la vitesse au cube. En conséquence, un ralentissement de la pompe de 10 % réduit la puissance utilisée à 73 % de la pleine puissance. En supposant que cela soit approprié pour l'application, cela peut fournir encore plus d'économies.
Enfin, il n'est pas compliqué de se plonger dans la conception elle-même et de vérifier si le moteur utilise moins de matériaux ou s'il les utilise plus efficacement. De nouvelles conceptions et une meilleure utilisation des matériaux disponibles ne sont pas une chimère pour l'industrie des pompes. Des conceptions plus petites mais évolutives sont possibles.
Un système bien conçu peut utiliser moins de matériaux, ce qui se traduit par des moteurs et des entraînements plus petits, plus légers et plus économiques. En adoptant une approche systémique dans l'évaluation des moteurs, les fabricants de pompes peuvent optimiser leurs produits pour répondre aux objectifs des utilisateurs finaux et aux exigences réglementaires.
Les préférences écologiques des consommateurs ne suffisent pas toujours à influer sur les décisions d'achat ou de fabrication. Ainsi, le fait que les moteurs de pompe à efficacité améliorée utiliseront moins d'électricité et économiseront sur les coûts d'exploitation est quelque chose à considérer.
Kehuan a fabriqué des pompes à entraînement magnétique équipées d'un moteur IEC, une efficacité beaucoup plus élevée que les pompes à moteur en conserve.
Durabilité et efficacité sont des mots qui reviennent souvent. Les moteurs de pompes électriques plus économes en énergie conviennent aux applications industrielles et pourraient moins affecter l'environnement naturel. Trouver des options évolutives, plus efficaces et plus faciles à utiliser pour les consommateurs est le moyen de rendre l'industrie plus verte, plus durable et plus viable, tout en même temps.
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