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Récupération d'énergie dans les compresseurs

Energy Recovery Compressors Compressed Air Wiki Compressor Installations

De nombreuses installations de production d'air comprimé offrent des possibilités d'économies d'énergie importantes et souvent inexploitées, sous forme de récupération d'énergie résiduelle. Dans les grandes industries, les coûts énergétiques peuvent s'élever à 80 % du coût total de la production d'air comprimé. Toutefois, une grande partie de cette énergie peut être récupérée, ce qui permet d'économiser beaucoup d'argent.

Qu'est-ce que la récupération d'énergie résiduelle dans les installations de compresseurs ?

Récupération d'énergie thermique dans les compresseurs, schéma

La compression de l'air génère de la chaleur. Avant que l'air comprimé ne soit distribué dans le système de tuyauterie, l'énergie thermique est extraite et se transforme en chaleur résiduelle. Pour chaque installation d'air comprimé, il est nécessaire de regarder si la capacité de refroidissement est suffisante et fiable. Le refroidissement peut se faire par le biais de l'air extérieur ou via un circuit d'eau de refroidissement utilisant l'eau de la ville, l'eau d'un cours d'eau ou de l'eau de traitement dans un circuit ouvert ou fermé.

 Dans une grande industrie, une centrale d'air comprimé qui consomme 500 kW sur 8 000 heures de fonctionnement par an représente une consommation d'énergie annuelle de 4 millions de kWh. Il est tout à fait possible de récupérer d'importantes quantités de chaleur résiduelle via l'air chaud ou l'eau chaude. Jusqu'à 94 % de l'énergie fournie au compresseur peut être récupérée ; par exemple, de l'eau chaude à 90 °C à partir d'un compresseur à vis sans huile. Cela illustre le fait que les mesures d'économie se transforment rapidement en importants bénéfices.

Le retour sur investissement pour de la récupération d'énergie intervient généralement au bout de 1 à 3 ans. En outre, l'énergie récupérée au moyen d'un circuit de refroidissement fermé améliore les conditions de fonctionnement, la fiabilité et la durée de vie du compresseur en raison du niveau de température régulier et de la grande qualité de l'eau de refroidissement, pour ne citer que quelques avantages. Les pays nordiques sont précurseurs dans ce domaine et on y pratique la récupération d'énergie dans les installations de compresseurs depuis un certain temps maintenant. La plupart des compresseurs des principaux fournisseurs, de taille moyenne à grande, sont désormais adaptés au montage avec un équipement standard pour la récupération de chaleur résiduelle.

Comment calculer le potentiel de récupération ?

Les lois de la physique imposent que quasiment toute l'énergie fournie dans une installation de compresseur soit convertie en chaleur. Plus l'énergie est récupérée et utilisée dans d'autres processus, plus le système est efficace.

a formula for dimensioning

Energie récupérée, en kWh/an :
Economies par an, en € :
TR = Temps de fonctionnement du compresseur (heures/an)
K1 = partie de TR avec compresseur en charge (h/an)
K2 = partie de TR avec compresseur à vide (h/an)
Q1 = puissance disponible avec compresseur en charge (kW)
Q2 = puissance disponible avec compresseur à vide (kW)
ep = Tarif de l'énergie (€/kWh)
η = Rendement normal du compresseur (%)

Dans de nombreux cas, le degré de récupération de la chaleur peut dépasser 90 % si l'énergie obtenue par le refroidissement de l'installation de compresseur peut être utilisée efficacement. La fonction du circuit de refroidissement, la distance jusqu'au point de consommation, ainsi que le degré et la continuité de la demande de chaleur sont des facteurs déterminants. En cas d'importants flux thermiques, il est possible de vendre l'énergie thermique récupérée. Cette option ne doit pas être négligée. Votre fournisseur d'électricité est un client potentiel avec lequel vous pourrez négocier l'investissement, la sous-commande et la livraison. Il est également possible de réaliser d'importantes économies en coordonnant la récupération d'énergie de plusieurs équipements.

Comment récupérer de l'énergie dans un circuit refroidi par air ?

Dans les installations d'air comprimé, la récupération d'énergie ne génère pas nécessairement de la chaleur lorsque l'on en a besoin, et les quantités sont souvent insuffisantes. La quantité d'énergie récupérée varie dans le temps si la charge du compresseur est variable. Pour que la récupération soit possible, il faut que la demande d'énergie thermique soit relativement stable. L'énergie thermique résiduelle récupérée est utilisée en complément de l'énergie fournie au système. De cette façon, l'énergie disponible est toujours utilisée lorsque le compresseur fonctionne. Les options pour les compresseurs refroidis par air, qui produisent un débit d'air chaud élevé à une température relativement basse, sont le chauffage direct du bâtiment ou l'échange de chaleur avec une batterie de préchauffage. L'air de refroidissement chauffé est ensuite distribué à l'aide d'un ventilateur.

Lorsque les bâtiments n'ont pas besoin de chaleur supplémentaire, l'air chaud est évacué dans l'atmosphère, soit automatiquement via un thermostat soit manuellement via un registre d'air. Seule contrainte, la distance entre les compresseurs et le bâtiment à réchauffer. Cette distance doit être restreinte (de préférence la distance entre les bâtiments adjacents). En outre, la possibilité de récupération peut être limitée aux périodes les plus froides de l'année. La récupération d'énergie dans l'air est plus fréquente avec les compresseurs de petite taille et de taille moyenne. La récupération de la chaleur résiduelle dans les circuits de refroidissement d'air comprimé entraîne de faibles pertes au cours de la distribution et nécessite peu d'investissement.

Comment récupérer de l'énergie dans un circuit refroidi par eau ?

L'eau de refroidissement d'un compresseur refroidi par eau avec une température pouvant atteindre 90 °C peut venir compléter un circuit de chauffage d'eau chaude. Si l'eau chaude est utilisée pour le lavage, nettoyage ou la douche, une chaudière est tout de même nécessaire. L'énergie récupérée depuis le circuit d'air comprimé constitue une source de chaleur supplémentaire qui permet de réduire la charge de la chaudière, d'économiser le combustible de chauffage et éventuellement d'utiliser une chaudière de puissance inférieure.

Les conditions préalables à la récupération d'énergie des compresseurs d'air comprimé diffèrent en partie en fonction du type de compresseur. Les compresseurs sans huile standard sont faciles à modifier pour la récupération d'énergie. Ce type de compresseur est idéal pour l'intégration dans un circuit de chauffage d'eau chaude, car il fournit la température d'eau (90 °C) nécessaire pour une récupération efficace de l'énergie. Pour les compresseurs lubrifiés, l'huile, qui prend part au processus de compression, est un facteur qui limite la possibilité d'atteindre des températures d'eau de refroidissement élevées. Dans les compresseurs centrifuges, les niveaux de température sont généralement plus faibles en raison du plus faible rapport de pression par étape de compression, ce qui limite le degré de récupération.

La récupération d'énergie résiduelle dans l'eau est plus adaptée aux compresseurs possédant un moteur électrique de plus de 10 kW. La récupération dans l'eau de l'énergie résiduelle requiert une installation plus complexe que la récupération d'énergie résiduelle dans l'air. L'équipement de base est constitué de pompes à fluides, d'échangeurs de chaleur et de vannes de régulation.

Grâce à la récupération d'énergie dans l'eau, la chaleur peut également être distribuée aux bâtiments distants en passant par des tuyaux de diamètre relativement petit (40 à 80 mm) sans pertes importantes de chaleur. Lorsque la température initiale de l'eau est élevée, l'énergie résiduelle peut être utilisée pour augmenter la température de l'eau de retour d'un chauffe-eau. Par conséquent, la source de chauffage normale peut être éteinte de temps en temps et remplacée par le circuit de récupération de la chaleur résiduelle du compresseur.

Dans l'industrie, la chaleur résiduelle des compresseurs peut également être utilisée pour augmenter la température du process. Il est également possible d'utiliser des compresseurs à vis lubrifiés et refroidis par air pour récupérer de l'énergie résiduelle dans l'eau. Pour cela, le circuit d'huile doit être équipé d'un échangeur de chaleur et le système fournira de l'eau à des températures plus basses (50 °C à 60 °C) qu'avec les compresseurs sans huile.

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