AUDIT ENERGETIQUE ET PROPOSITION D’UN SYSTEME A SOURCE D’ENERGIE RENOUVELABLE

Enjeux de l’économie d’énergie [7]

                 L’énergie est le carburant dont dépend le mode de vie humaine actuel (chauffage, éclairage, déplacement, etc.). Mais on y prête toujours peu d’attention, pourtant, il en découle d’importants dommages pour l’humanité. Les quatre (4) enjeux de l’économie d’énergie sont les suivants :
 Épuisement des ressources : on utilise principalement les énergies fossiles qui sont limitées et dont la combustion a un impact sur l’environnement ;
 Élévation de prix : la demande ne cesse de croître alors que les ressources sont limitées ;
 Défis politiques : la répartition inégale et l’épuisement progressif des ressources terrestres entraînent des conflits potentiels. Par ailleurs, l’impact environnemental causé par les énergies fossiles a des conséquences politiques très concrètes ;
 Changement climatique : le monde a pris conscience de l’importance du changement climatique depuis ces deux dernières décennies.

Généralités sur la biomasse dans l’usine BIONEXX

                L’énergie thermique dont l’usine BIONEXX a besoin peut provenir de l’exploitation de la biomasse issue des MVE. Effectivement, grâce à cette biomasse, la transformation en briquettes des MVE donne du combustible pour la chaudière de la Société. La détermination de la quantité de biomasse disponible est une tâche hasardeuse étant donné la variété et la disparité des ressources en biomasse dans un contexte social, juridique et économique très incertain. Les potentiels correspondants peuvent être :
 Un potentiel technique qui est la production totale possible en tenant compte de toutes sortes de contrainte technique ;
 Un potentiel social qui tient compte de la valeur donnée par la Société à la biomasse et qui définit les limites sociales acceptables ;
 Un potentiel réalisable qui représente le potentiel en tenant compte des programmes de promotion. Il est exprimé en termes de croissance possible.
La Société adopte les valorisations par voie thermochimique. Mais la technologie utilisée dans l’usine est la combustion simple ou l’oxydation totale de la biomasse. La combustion se fait dans des chaudières en fonction de la biomasse utilisée, ce quipermet une transformation directe de la biomasse en énergie thermique. Cette énergie thermique est ensuite utilisée directement.

Bioréacteurs de la méthanisation [4]

                  Les bioréacteurs utilisés pour la digestion de la matière organique sont appelés des digesteurs. Ils ont comme caractéristique principale, l’aptitude à fournir une condition d’anaérobiose dans l’enceinte, qui est fondamentale pour le déroulement des réactions. Les digesteurs peuvent être définis comme étant les installations techniques et matérielles fournissant des conditions physico-chimiques (potentiel redox inférieur (325mV), pH voisin de la neutralité, conditions hydrodynamiques et écologiques favorables au développement des agents microbiens responsables de la digestion anaérobie de la matière organique et sous l’action de leurs enzymes) et produisant ainsi du biogaz.

Pour les matériels à délester

                   Actuellement, la consommation de chaque service  doit être connue afin d’avoir un diagnostic pertinent. Cependant il ne faut pas permettre l’isolement de chaque service et puis il n’y a pas d’autres compteurs à disposition de BIONEXX. Ainsi, à partir du compteur de la JIRAMA, il est impossible de répartir la consommation et nous devons utiliser le comptage divisionnaire pour faire l’évaluation à chaque service. L’utilisation du compteur au centre d’usine est très importante pour évaluer la consommation. Pour gérer la consommation électrique, nous savons que le prix du jour et celui de la nuit sont différents, surtout à l’heure de pointe. Alors nous proposons que, pour rationnaliser la consommation journalière, toutes les machines électriques de grande puissance doivent arrêtées à l’heure de pointe. Pour qu’elles consomment moins d’énergie, il faut que l’usine travaille au maximum pendant la nuit tout en ne dépassant pas la puissance souscrite. La Société JIRAMA impose la prime fixe en fonction de la puissance souscrite. Pendant l’audit, BIONEXX a déjà déposé une demande à la JIRAMA pour augmenter la puissance souscrite. Il faut aussi prévoir les procédures d’utilisation. Par exemple, pour l’utilisation du poste de soudure électrique qui consomme une puissance énorme, des consignes très particulières d’utilisation doivent être données et son utilisation ne doit pas se faire en même temps que celles d’autres équipements de forte consommation. 46 Le tableau 17 présente l’organisation de fonctionnement pour gérer la consommation et pour garder la puissance totale absorbée inférieure ou égale à la puissance souscrite. Tableau 17 : Organisation de fonctionnement (Pa=Puissance absorbée, PS=Puissance souscrite). Puissance souscrite Pa PS Paiement de la prime fixe Perte Normale Pénalisée Généralement, l’usine utilise des moteurs à grande puissance, alors la meilleure solution est de mettre en arrêt les moteurs durant l’heure de pointe. Les entretiens des grands moteurs (broyeur, pelletiseuse) ont été effectués par jour et il faut faire l’entretien en dehors de l’heure de pointe. Pour atteindre cette solution, il faut renforcer l’équipe du service maintenance durant l’heure de pointe afin de surveiller le délestage interne pendant cette durée (cf. Annexe 3). Toutes les installations dont la somme des puissances est égale à 114.60kW sont possibles à arrêter durant l’heure de pointe. L’économie réalisée sur le délestage interne de ces quelques matériels pendant l’heure de pointe est présentée sur le tableau 18.

CONCLUSION GENERALE

                 Force est de constater que l’objectif initialement fixé est atteint : l’audit énergétique de la société BIONEXX a été réalisé conformément à la méthodologie adoptée. Depuis le démarrage de l’exploitation jusqu’à ce jour, quatre sources d’énergie différentes y ont été utilisées : l’énergie électrique de la Jirama, le gasoil, le bois et enfin les briquettes de MVE d’Artemisia. La puissance mensuelle consommée par la Société est de 270kW. Comme sa principale source est l’énergie électrique fournie par la Société JIRAMA, ce qui est très couteux et c’est dans ce cadre que la Société a établi sa politique énergétique de réduction de son coût énergétique. D’où l’idée de ce projet d’entreprendre un audit énergétique en vue de réduire le coût énergétique de la Société par le biais de substituer, voire éliminer, les sources d’énergie électrique par des sources d’énergie renouvelable. L’audit réalisé au niveau de la Société a permis respectivement d’inventorier les différentes sources d’énergie utilisées ; les caractéristiques techniques de ses installations de production ; ses consommations énergétiques journalières/mensuelles pour les cinq dernières années à travers l’analyse des factures, le bilan énergétique, l’évolution de sa consommation en biomasse en particulier les briquettes combustibles à partir des Matières Végétales Épuisées (MVE) et enfin l’inventaire des problèmes relatifs à l’écoulement des briquettes combustibles fabriquées à partir des MVE. Depuis le démarrage de la Société jusqu’en 2016, les sources d’énergie utilisées par la Société pour l’alimentation de sa chaudière sont : le gasoil, le bois et les briquettes de MVE d’Artemisia. Son besoin annuel en gasoil est évalué à 207 746 litres jusqu’en 2011. A partir de l’année 2012, elle a utilisé en même temps le gasoil et le bois pour des consommations annuelles respectives de 6 392 litres et 852 81 kg. En 2013, seul le bois a été utilisé et a remplacé le gasoil avec une consommation annuelle de 1 643 255kg et une économie annuelle de Ar 416 168 000 a été enregistrée. A partir de l’année 2015, seules les MVE d’Artemisia ont été utilisées et ont permis de remplacer le gasoil et le bois avec une consommation annuelle de 746 000kg. Une économie annuelle de Ar 250 595 000 a été enregistrée. Depuis l’année 2014, la Société génère chaque jour 7 000kg de déchets d’extraction destinés à la production de briquettes de MVE d’Artemisia. Le besoin journalier de la Société en briquettes de MVE Artemisia pour ses activités est évalué à 2550kg, ce qui correspond à une réserve de 4 250kg/j de briquettes de MVE non utilisées, soit 1 624,250t/an. Le stockage de cette réserve crée, à la fois, un encombrement et une nuisance olfactive pour les membres de personnels, d’où l’idée de la transformation des 4250kg/j de MVE Artemisia sous forme d’une nouvelle source énergétique qu’est le biogaz. La valorisation de ces 4 250kg/j de MVE Artemisia à des fins énergétiques dans l’optique de diversifier les sources d’énergie de la Société permet de produire 3195,6m3/an de biogaz correspondant à une quantité de chaleur annuelle de 17 575 800 kcal ou 8628,12kWh/an d’électricité. Compte tenu du résultat d’audit effectué au niveau de la Société, différentes propositions d’amélioration sont possibles et réalisables pour réduire sa consommation énergétique, entre autres, l’arrêt des machines électriques de grande puissance pendant l’heure de pointe qui permet de sauver 146 406kWh/an d’énergie électrique ; le remplacement des chauffe-eaux électriques par le système solaire qui peut apporter à la Société une économie annuelle d’Ar 1 558 075 ; le changement des lampes à tubes fluorescents (36W et 18W) pour éclairage interne et des lampes halogénés 250W pour l’extérieur de l’usine en lampes à type à Leds génère une économie annuelle de 53558kW d’énergie électrique. Ces différentes propositions ne peuvent pas être réalisées tant que les ressources humaines ne soient pas sensibilisées suivant la politique de l’entreprise visant à la réduction du coût énergétique. Pour y arriver, un changement de comportement est primordial. Les expériences effectuées au laboratoire au sein du CNRIT nous ont permis de déduire que les déchets d’Artemisia sont techniquement valorisables pour produire du biogaz et que les paramètres de fermentation sont tous favorables, la biométhanisation s’avère plus intéressante puisqu’elle permet d’atteindre l’objectif prévu qui est de produire de l’énergie alternative tout en optant pour des techniques favorables à l’environnement. La perspective d’application à échelle réelle d’un biodigesteur a permis de vérifier que les résultats des essais de laboratoire concordent avec la réalité. La production de biogaz, même avec des conditions climatiques non identiques, a fonctionné et la quantité de gaz produit n’est pas loin des résultats expérimentaux. Un rendement de 60% de biogaz a été obtenu dans les conditions de fermentation anaérobie et après la digestion, les digestats récupérés forment un engrais très riche en matières fertilisantes. Cette exploitation par méthanisation est donc avantageuse à la fois en termes d’énergie et d’environnement. Pour ficeler ce travail, beaucoup restent encore à faire en particulier la valorisation d’autres déchets de la Société que ce soit solides, liquides ou gazeux à diverses fins.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : CARACTERISTIQUES DE LA SOCIETE BIONEXX
I.1. PRESENTATION DES SOCIETES D’ACCUEIL DE STAGE
I.1.1. Société BIONEXX
I.1.1.1. Information générale
I.1.1.2. Localisation
I.1.1.3. Activités générales
I.1.1.4. Principales matières premières et produits fabriqués
I.1.1.4.1. Principales matières premières
I.1.1.4.2. Produits fabriqués
I.1.1.5. Processus de fabrication
I.1.2. Présentation du CNRIT
I.1.2.1. Fiche d’identification du CNRIT
I.1.2.2. Historique du CNRIT
I.1.2.3. Objectifs du CNRIT
I.1.2.4. Missions du CNRIT
I.1.2.5. Organigramme du CNRIT
I.2. PROBLEMES DE GESTION DE L’ENERGIE CHEZ BIONEXX
I.2.1. Généralités sur l’énergie
I.2.1.1. Définition de l’énergie [8]
I.2.1.2. Spécificités de l’énergie électrique [7]
I.2.1.3. Sources d’énergie électrique
I.2.1.3.1 Énergies fossiles [8]
I.2.1.3.2 Énergies renouvelables [8]
I.2.1.4. Avantages et inconvénients des deux types de source [8]
I.2.1.5. Enjeux de l’économie d’énergie [7]
I.2.2. Sources d’énergie utilisées par BIONEXX
I.2.2.1. Groupe de secours de BIONEXX
I.2.2.2. Source de la JIRAMA
I.2.2.3. Biomasse
I.3 AUDIT ENERGETIQUE
I.3.1. Étude théorique de l’audit énergétique
I.3.2. Pour le cas de la société BIONEXX
I.3.2.1. Audit électrique
I.3.2.1.1. Analyse d’installation
a. Mode d’utilisation de l’électricité au sein de BIONEXX
b. Vérification des charges
c. Répartition des charges
I.3.2.1.2. Analyse des consommations
a. Analyse de consommation journalière
b. Analyse de consommation mensuelle
c. Analyse de facture
I.3.2.1.3. Bilan électrique
a. Recensement des appareillages et moteurs électriques
b. Relèvement de la puissance
c. Diagramme de la comparaison de puissance
d. Diagramme de puissance consommée
e. Diagramme des puissances installées dans chaque secteur
f. Bilan des consommations électriques annuelles de BIONEXX
I.3.2.2. Audit de la biomasse
I.3.2.2.1. Généralités sur la biomasse dans l’usine BIONEXX
I.3.2.2.2. Transformation de la biomasse de BIONEXX
a. Description d’une chaufferie
b. Principe de la chaudière
c. Principe de fonctionnement
d. Paramètres de la chaudière au BIONEXX
I.3.2.2.3. Briqueterie de BIONEXX
a. Principe
b. Machine à briquettes de BIONEXX
c. Avantages des briquettes
d. Utilisation des briquettes combustibles de matières végétales épuisées
e. Client potentiel en briquette combustible
f. Autre option de diversification de source d’énergie
CHAPITRE II : PRODUCTION DU BIOGAZ A PARTIR DES MATIERES VEGETALES EPUISEES DE BIONEXX
II.1 ETUDE THEORIQUE DU BIOGAZ
II.1.1. Biogaz [1]
II.1.2. Définition [2]
II.1.3. Composition chimique du biogaz [1]
II.1.4. Propriétés du biogaz [2]
II.1.5. Utilisations et valorisations du biogaz
II.1.6. Bioréacteurs de la méthanisation [4]
II.1.7. Principe de production de biogaz des déchets organiques [11]
II.1.8. Méthanisation [3]
II.1.9. Processus de méthanisation [10]
II.2 TRAVAUX DE LABORATOIRE 
II.2.1. Dispositifs de l’expérimentation
II.2.1.1. Digesteurs
II.2.1.2. Tuyauterie-conduite
II.2.1.3. Gazomètre
II.2.1.4. Bac d’immersion des digesteurs
II.2.1.5. Bac de récupération
II.2.1.6. Résistance
II.2.2. Réalisation de la fermentation expérimentale
II.2.3. Méthodologie relative à la réalisation de la digestion
II.2.3.1. Formulation
II.2.3.2. Objectifs
II.2.3.3. Manipulation lors de la réalisation des expérimentations
II.2.3.4. Quantification et introduction des substrats
II.2.3.5. Mise en place et adaptation des matériels
II.2.3.6. Évolution de la digestion anaérobie
II.2.3.6.1. Production journalière en biogaz
II.2.4. Détermination des caractéristiques du biogaz produit
II.2.4.1. Inflammation
II.2.4.2. Potentiel et équivalence énergétique du biogaz obtenu
II.2.5. Propriétés fertilisantes des résidus solides
II.2.6. Caractéristiques et bilan de la digestion anaérobie
II.2.6.1. Temps de rétention hydraulique
II.2.6.2. Production en biogaz
II.3 PERSPECTIVES D’APPLICATION EN GRANDEUR RÉELLE
II.3.1. Mesure sur site
II.3.2. Étude de la disponibilité de substrat
II.3.3. Dimensionnement d’un biodigesteur
II.3.3.1. Temps de rétention
II.3.3.2. Volume de biodigesteur (BD)
II.3.3.3. Besoin journalier en eau
II.3.4. Exploitation prévisionnelle de l’unité de production
II.3.4.1. Chargement du digesteur
II.3.4.2. Chargement des substrats
II.3.4.3. Chargement en milieu réactionnel
II.3.4.4. Production prévisionnelle en biogaz
II.3.4.5. Bilan énergétique prévisionnel annuel de l’unité
II.4 CONVERSION DU BIOGAZ EN ÉLECTRICITÉ
II.4.1. Principe de la conversion énergétique [1]
II.4.1.1. Théorie de la conversion énergétique [11]
II.4.1.2. Caractéristiques de la conversion
II.4.2. Matériels utilisés [10]
II.4.3. Caractéristiques et fonctionnement du matériel
CHAPITRE III : RESULTATS
III.1 PROPOSITIONS D’AMÉLIORATION DE L’AUDIT ENERGETIQUE
III.1.1. Pour les matériels à délester
III.1.2. Changement des chauffe-eaux électriques par le système solaire
III.1.3. Changement des lampes
III.1.4. Changement comportemental
III.2 BILAN DE CONSOMMATION ANNUELLE DE BIONEXX
III.3 RESULTATS DE LA VALORISATION ENERGETIQUE DES MVE D’ARTEMISIA
III.3.1. Bilan énergétique prévisionnel de l’unité
III.3.2. Résultats prévisionnels de la conversion de production
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES
Bibliographiques
Webographiques

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