Les mécanismes d’entraînement à fréquences variables améliorent l’efficacité énergétique d’une usine de recyclage de déchets à effet de serre

April 30, 2018

Commandité par Eaton

Dans le marché actuel, l’efficacité opérationnelle est essentielle. Qu’il s’agisse de moderniser les infrastructures vieillissantes ou d’incorporer de nouveaux produits dans des installations modernes, il existe à travers le marché une volonté générale de veiller à ce que les usines soient efficaces en matière de rendement énergétique et disposent d’une infrastructure de commandes appropriée. La recherche de l’efficacité est allée au-delà dusimple fait defabriquer, dans le but de créer unepanoplie d’usines de recyclage qui utilisent des machines et des systèmes de commandemodernes.

L’une des principales préoccupations à l’égard dela consommation d’énergie et de l’usure des machines réside dans le niveau de fréquence ou de vitesse des moteurs. Un moteur mal contrôlé consomme plus d’énergie que nécessaire et peut générer des problèmes opérationnelsen raison de l’usure précoce du moteur et de l’équipement connexe. Cette question a été résolue grâce à l’utilisation de mécanismes d’entraînement à fréquences variables (EFV) ayant la capacité d’ajuster la vitesse d’un moteur pour répondre aux exigences de la charge du moteur électrique et de changer sa fréquence, en fonction de la tâche qu’il est en train d’effectuer.

Dans de nombreux cas, les moteurs sont utilisés pour contrôler les opérations qui effectuent plusieurs tâches et nécessitent des fréquences (ou des vitesses de moteur) variables. Sans l’utilisation correcte des EFV,les moteurs fonctionneront à un niveau constantqui entrainera l’augmentation du coût énergétique, l’usure des machines, et des résultats potentiellement médiocres quant à l’efficacité des fonctions si la fréquence du moteur ne s’ajuste pas pour offrir fonctionnement optimalau fil des différentes tâches.

L’étude de cas qui nous préoccupeétablit le bien fondé des EFV pour des processus multitâches  nécessitant des vitesses de moteur variables tout en garantissant une efficacité énergétique et un rendement opérationnel optimaux.

Historique

Cette étude s’inscrit dans la volonté de faire preuve d’efficacité concernant l’énergie etfait ressortir les efforts d’optimisation de la part d’une usine révolutionnaire de recyclage de déchets à effets de serre,de l’Ontario. Quand nous pensons aux usines de recyclage,les déchets à effets de serre ne sont souvent pas les premières matières recyclables nous venant à l’esprit. Cependant, comme nous continuons à nous concentrer sur les problèmes environnementaux, un recyclage perfectionné de diverses matièresest extrêmement important. Et comme pour d’autres usines de recyclage, la matière recyclée est variéeet requiert un système capable de composer avec diverses méthodes de recyclage employées pour les divers matériaux.

L’usine en question est dirigée par WECO2 Parks d’AR3C International, ayant acquis Agricultural Technology Incorporated (ATI), qui est l’entité fondatrice des lieux. L’acquisition futle résultat de vastes services serricolesofferts par ATI en Amérique du Nord et de sonoffre de matériel et de technologie portatifs novateurs. ATI est un chef de file en matière de services serricoles et a su reconnaitre la nécessité de faire évoluerles méthodes et la technologie utilisées pour recyclerles déchets à effet de serre.

Steve Posthumous, l’un des pionniers de l’industrie, a contribué à la mise sur pied d’ATI, en 1995, et en 2000, a acheté une petite ferme qui s’est progressivement agrandie pour devenir l’usine de traitement de sous-produits agricoles. L’usine a très vite reconnu l’importance de l’efficacité opérationnelle et a mis en place un centre de commande de moteur. Au fur et à mesure qu’elle prenait de l’ampleur, Steve voyaitla nécessité de poursuivre la modernisation des opérations et des systèmes de l’usine. ATI a engagé Eaton pour moderniserl’efficacité opérationnelle de l’usine et, au cours de la première décennie, de nombreux projets ont connu la mise en œuvre d’EFV, d’applications de mesurage et d’appareillage de commutation.

Aujourd’hui, l’industrie de services àla serriculture connaît une croissance de 7 à 10% par an, et AR3C détient actuellement unepart importantedu marché. WECO2 Parks réinvestit constamment ses gains dans de nouvelles machines, de nouveaux services et systèmes, pour s’assurer qu’elle utilise la technologie la plus sophistiquée et les opérations les plus efficaces. En 2015, l’entreprise avait développé un concept émergent pour une usine entièrement intégrée et autosuffisante en énergie, qui fonctionnerait avec des matériaux recyclables provenant du secteurde la serriculture. Grâce au concept révolutionnaire, les déchets végétaux, le substrat, le plastique et la terre sont enlevés, séparés et recyclés en granules  combustibles, en matériauxcomposites et en thés fertilisants riches en nutriments. Les granules sont brûlées dans une centrale de cogénération sur place pour fournir de la chaleur et de l’électricité neutres en carbone.

Comme les mises à niveau initiales du système d’alimentation électrique avaient été mises en œuvre par Eaton, Matthew Posthumous, PDG d’AR3C  et l’entrepriseont choisi de continuer à travailler avec Eaton pourle nouveau projet. Au début de 2016, M. Posthumus a contacté le distributeur Eatond’AR3C, WESCO, pour lancer le nouveau projet.

Défi

Le plus grand défi d’AR3C était de veiller à ceque l’efficacité opérationnelle soitmaintenue, ce qui n’avaitpas été possible avecles commandes traditionnelles en place. Étant donné que la composition et la densité des déchets qui entrent dans l’usine de recyclage changent constamment, il était nécessaireque pour la plupart de la manutention et du traitement des matières, les vitesses puissent être spontanémentajustées, tout en restant synchronisées pour un rendement optimal. Il était également essentiel que le nouveau système encours d’installation n’utilise que l’énergie verte. Par exemple, dans l’un des procédés, au fur et à mesure queles vignes sont enlevées, la chaleur qui rayonne des moteurs peut faire fonctionner plusieurs séchoirs.

Le système de recyclage extrait d’abord les éléments nutritifs de la vigne, puis les autres partiessont transformées en granulescombustiblesservant à alimenter l’usine. Initialement, les ingénieurs d’AR3C  avaient, eux-mêmes, construit la majorité de l’équipement spécialisé de l’usine de recyclage autosuffisante. Ils avaient déjà acheté les moteurs et les contrôleurs de procédés avant de se rendre compte qu’ils avaient besoin d’EFV pour pouvoir utiliser le plein potentiel de leur conception sophistiquée. Posthumus a dit : « Dès le début, nous avions besoin de commandes dont la conception permettait de traiter les matièresavec beaucoup de flexibilité ». Avec les autres équipements déjà en place, il fallait absolument que les EFV soient compatibles avec ce qui était déjà en place.

Eaton fut en mesure d’intervenir et a recommandé la mise en œuvre de commandes allant de 3CVà 100CV pour alimenter plusieurs opérations dans la conception de l’usine de traitement :convoyeurs, presses pour matières, ventilateurs, commandes des pompes et des soupapes de modulation de vapeur. Un contrôle précis du processus était essentiel, et le projet nécessitait des commandes capables de gérer plusieurs convoyeurs dont les conditions de charge étaient variables. Et finalement, les commandes devaient également avoir une homologation et des classements universels, car AR3C souhaitait que sa solution soit disponible dans le monde entier. La solution WECO Park d’AR3C ajoute de la valeur en créant une économie circulaire, et en permettant àdes régions qui n’ont pas accès à l’électricité de se développer, en générant localementde la capacitéénergétique et thermique, et de ce fait, leur donnant la chance de faire croitre l’agriculture et la fabricationgrâce aux déchets déjà disponibles sur place.

Solution

L’expérience antérieure d’Eaton au sein de l’usine ainsi que le soutien technique de leur représentant techno commercial local, l’ingénieur en applications techniques de la région, la grande variété d’outils de formation en ligne et les classements et homologations universels on faitd’Eaton le choix logique pour fournir les EFV nécessaires. Par conséquent, Eaton a installé ses EFV DG1 dans l’usine pour offrir une conceptionde pointe robuste quant àla puissance requise. Le processus d’installation était simple, car la taille compacte des boîtiers NEMA 1 et NEMA 12 qui est actuellement en place permettait aux EVF d’êtredirectement installéspartout dans l’usine. La mise en œuvre d’un contrôle total et flexible par commandeEntrée/Sortieet de ports de communications a permis une intégration rapide et simple aurégulateur de procédés.

Comme il avait été remarqué, plusieurs opérations de l’installation nécessitaient des réglages flexiblespour permettre des vitesses et des débits de volume différents. L’un des dispositifs d’EVFqui avait été mis en place utilisait un système de séchage qui après avoir été installé, permettait d’utiliser des réglages adéquatspour des produits différents et des taux d’humidité variables, une solution satisfaisante pourl’une des principales préoccupations d’AR3C. Au total, 5 dispositifs d’EVF ont été installés, ce qui a permis une flexibilité totale et un contrôle optimal dans toute l’usine.

Résultats

Il n’y a aucun doute que la mise en œuvre de commandes et d’une infrastructure de contrôle appropriées permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie et l’efficacité de l’usine de traitement. Au-delà des avantages pour les opérations de l’usine, le processus de recyclage lui-même évite aux contribuables l’ouverture d’un site d’enfouissement. En utilisant le système d’AR3C, seulement environ deux pour cent de déchets agricoles sont redirigés vers des sites d’enfouissement; M. Posthumus a déclaré: «Le projet a produitdes résultatspositifs sur notre résultat net, notre gestion de la main-d’œuvre, nos protocoles, nos commandes préétablies et plus encore». La mise en place d’EVF a essentiellementaugmenté tous les niveaux de productivité et d’efficacité.

AR3C est unique en ce sens qu’ellecrée sa propre source d’énergie durable, mais l’assurance du maintien de la pérennitéde cette durabilité s’est vue considérablement augmenter grâce à l’application de VFD. Les moteurs électriques des usines de traitement peuvent, en général, consommer jusqu’à 65% d’énergie, mais grâce à l’installation d’EFV,l’utilisation d’énergie peut être réduite depresque 70%. Dans une usine où l’utilisation d’une source d’énergie durable est essentielle, la réduction de la consommation d’énergie est un élément clé pour assurer la pérennitéd’opérations durables.

Les augmentations de la productivité sont le résultat de démarrages en douceur et de transition faciled’une fréquence à l’autre, ce qui se traduit par des revenus plus élevés. L’augmentation des revenus permet à AR3C de continuer à réinvestir les bénéfices et d’être une force motrice de l’utilisation des technologies sophistiquées et de la durabilité. Et ultimement, la durée de vie du matériel est prolongée grâce à des moteurs exigeant moins d’entretien et de temps d’arrêt, parce qu’on les protège contre des problèmes tels que la surcharge électrothermique, la protection de phase, la sous-tension ou la surtension.

AR3C prévoit de construire son usine neutre en carbone dans le monde entier pour qu’elle soit disponible partout où les aliments, les matières végétales et les plastiques peuvent être recyclés par l’intermédiaire de ses éco parcsdénommés WECO 2. M. Posthumus explique :«AR3C peut maintenant élaboreret tester une gamme de formules et de systèmes de gestion, car nous sommes convaincus que les EFV peuvent totalement régulariser la vitesse nécessaire ».

Des volets d’apprentissage en ligne sont offertsafin d’encourager l’adoption par l’utilisation / la pratique autodidacte des éléments. AR3C est en train d’intégrer les ressources d’apprentissage en ligne d’Eaton dans le cadre de son propre processus de déploiement. Les équipes d’AR3C travaillent à partir descommandes en ligne avant chaque installation; cela facilite la découverte et la compréhension de toutes les capacités des nouvellescommandes. La conclusion de M. Posthumus est la suivante : «C’est comme un orchestre».«Et ça donne un belair de musique. Aucun autre service serricolen’a atteint un tel niveau de coordination du recyclage des sous-produits en un seul endroit.

http://www.eatoncanada.ca/EatonCA/index.htm

 {videobox}https://www.youtube.com/watch?v=wHSZJK9DiGo{/videobox}