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Mélanie LOOBUYCK – GIE Lait-Viande de Bretagne Vincent CORBET – Institut de l’Elevage

Les économies d’énergies dans la salle de traite :

des équipements et des pratiques !

Salon International du Machinisme Agricole

Jeudi 24 Février 2011

Les économies d’énergies dans la salle de traite : des équipements et des pratiques ! 2

Sommaire

• Une initiative régionale : le programme « éco énergie lait »

• Des leviers d’action pour réduire les consommations d’électricité du bloc traite

– L’aménagement de la laiterie

– Le pré-refroidisseur de lait

– Le récupérateur de chaleur sur tank à lait

– Le variateur de vitesse sur pompe à vide

Le programme régional « éco énergie lait »


Contexte général

• Les élevages laitiers : un gisement important de consommations d’électricité

• Premiers postes de consommation : le tank à lait et le chauffe-eau

Tank Chauffe-eau

Pour 1 litre de lait 22 Wh 17 Wh

Par élevage(310 000 l lait/an)

6,8 MWh/an 5,3 MWh/an

Pour la Bretagne(15 000 élevageslaitiers, 4,8 M l lait)

106 GWh/an 82 GWh/an

La part du tank à lait dans les consommations totales augmente avec la

référence laitière


En Bretagne

Une région laitière

• Près de 15 000 élevages laitiers, produisant 4,8 milliards de litres de lait/an

• 15 000 tanks à lait et chauffe-eau

consommation électrique annuelle : 190 GWh/an

Une « péninsule électrique »

• La Bretagne ne produit que 8% de l’électricité qu’elle consomme

• Nécessité de réduire les consommations, notamment en heures de pointe

Des solutions identifiées pour réduire les consommations d’électricité liées au bloc traite

• Le pré-refroidisseur de lait

• Le récupérateur de chaleur sur tank à lait



Objectifs

• Développer la mise en place de pré-refroidisseurs de lait et récupérateurs de chaleur sur tank à lait dans les élevages laitiers bretons

• Pour maîtriser les consommations et réduire la demande en électricité

• L’enjeu est double :

– Réduire les consommations d’électricité

– Réduire l’appel de puissance (en heures de pointe)

Mise en œuvre

• GIE Lait-Viande de Bretagne

• Partenaires financiers : ADEME, Région Bretagne et Départements

• Partenaires techniques :

BE Elydhia



Contenu

• Évaluation des équipements sur banc d’essai, au Pôle Cristal de Dinan

– 13 pré-refroidisseurs de lait évalués

– 5 récupérateurs de chaleur sur tank à lait

• Animation / Encadrement

– Accompagnement et suivi des installateurs

– Communication

– Autres : CEE, groupes de travail spécifiques, etc.

• Soutien aux investissements

– Subvention de 40% attribuée par la Région Bretagne et les Conseils Généraux des quatre départements bretons

– Plafonds d’investissements, instruction technique des projets (fiches de prescription)

– Matériels agréés voir listes



• Économies générées : 1,86 GWh/an (depuis le début de l’opération en sept 2009)

Pré-refroidisseurs de lait

Récupérateurs de chaleur sur tank

Nb d’élevages équipés dans le cadre du programme*

345 8

Référence laitière moyenne 528 000 l/an 593 000 l/an

Gain énergétique unitaire 9,9 Wh/l lait (1) 14 Wh/l lait (2)

Gain énergétique total 1,80 GWh/an 60 MWh/an

1,86 GWh/an

* Élevages ayant déposé une demande d’aide. Tous n’ont pas encore réalisé leur investissement

(1) Consommation moyenne d’un tank à lait : 22 Wh/l lait, gain énergétique moyen : 45%

(2) Consommation moyenne d’un chauffe-eau : 17 Wh/l lait, gain énergétique moyen : 75%

• Réduction d’appel de puissance à la pointe : 1,9 MW (estimation)

Des leviers d’action pour réduire les consommations d’électricité du bloc traite


Assurer l’isolation de la laiterie et la ventilation du condenseur du tank

• Maintenir une bonne aération : • 0,85 m² d’entrée d’air en partie basse

• Surface du condenseur en sortie d’air

• Installer une cloison derrière le trou d’homme du tank

• Séparer le(s) groupe(s) « froid »


Entretenir régulièrement le(s) condenseur(s) du tank

Electricité

Effet attendu 5-25 % sur le tank

Soit 1,4 à 6,8 Wh/l


Economiser de l’électricité en assurant la ventilation des condenseurs du tank

• Un essai conduit à la ferme expérimentale de Derval :– Installation avec robot de traite

– Tank récent de 2008

– Cloison derrière le trou d’homme

– Groupes frigorifiques dans le local technique avec portail électrique

– Sur un cycle complet de remplissage

– Fin août 2009


Cumuler jusqu’à 7Wh/l soit 40% d’électricité sur le stockage du lait

• Effet « ventilation » : 3 Wh/l soit 18%

• Effet « entretien » : 4 Wh/l soit 24%

Condenseur du tank Sale Sale Propre Propre

Portail électrique Fermé Ouvert Fermé Ouvert

Conso. Élec. du tank (kWh) 130 110 110 90

Production laitière (l) 5500 5200 5500 5400

Temp. dans le local (°C) 29 25 28 22

Conso. Elec. (Wh/l) 24 21 20 17


Le pré-refroidisseur de lait

Principe de fonctionnement

• Un échangeur thermique passif lait-eau permet de prérefroidir le lait avant son entrée dans le tank

• Permet de réduire le temps de fonctionnement du tank à lait

40 à 50 % d’économies sur la consommation électrique du tank

usure moindre des groupes frigorifiques

choc thermique réduit

au niveau collectif, réduction de l’appel de puissance en heures de pointe

• Deux systèmes existent

– Le pré-refroidisseur tubulaire

– Le pré-refroidisseur à plaques



Facteurs de réussite

• Disponibilité de l’eau froide utilisée : quantité, débit, T°C

• Type et dimensionnement du matériel

– Tubulaire ou à plaques

– Dimensions adaptées au débit de lait (puissance de la pompe, cadence de traite, etc.)

• Accessoires

– Filtre à lait (le cas échéant), purges, régulation de l’alimentation en eau

• Nettoyage de la MAT assuré

– Système by-pass, ajout des quantités d’eau nécessaires…

• Valorisation de l’eau tiédie : abreuvement, nettoyage des quais…

• Entretien



Aspects économiques

Ex pour une exploitation de 450 000 litres

• Consommation du tank : 450 000 l x 22 Wh/l = 9,9 MWh/an

soit 850 €/an (tarif bleu base hors TVA : 9,68 c€/kWh)

• Coût de l’investissement : 4 700 € en moyenne

• Économies générées par le pré-refroidisseur : 45% en moyenne soit 4,5 MWh/an (440 €/an)

• Temps de retour sur investissement :

– Sans subvention : 10,5 ans

– Avec 40% de subventions (cf programme « éco énergie lait » ou PPE) :

6 ans



L’exemple du GAEC BRIAND dans les Côtes d’Armor

• 58 vaches laitières

• 483 000 l lait produits/an

• Salle de traite 2 x 6 postes

• Tank à lait de 4 500 litres, 2 groupes

– Consommation estimée : 20 Wh/l lait

– Soit près de 950€/an (tarif bleu base hors TVA : 9,68 c€/kWh)




• Pré-refroidisseur à plaques DeLaval (51 plaques)

• Mise en marche début 2010

• Pilotage de l’alimentation en eau : électrovanne asservie à la pompe à lait

• Filtre à lait, nettoyage avec un système by-pass

• Valorisation de l’eau tiédie

– Initialement : abreuvement des vaches laitières

– Désormais : retour au puits pour garantir une pression disponible suffisante




• Changement quotidien du filtre

• Débit d’eau important dans le pré-refroidisseur

• T°C de l’eau basse

• Valorisation de toute l’eau tiédie


• Investissement : 4 500 € HT (matériel, pose et accessoires inclus)

– Prix après subvention (40%) : 2 700 €

• Consommation du tank après mise en place du pré-refroidisseur : 10,2 Wh/l lait

• Soit une économie de 49% 460€/an

• Temps de retour sur investissement : 6 ans (sans compter de futures hausses du prix de

l’électricité)


Réduire la consommation du(es) ballon(s) d’eau chaude

• Réduire la quantité d’eau chaude employée

• Isoler les circuits et le ballon d’eau chaude

• Entretenir le chauffe-eau (résistances, anode sacrificielle, …)

• Remplacer les chauffe-eau anciens

Electricité

Effet attendu 5-35 % sur le chauffe-eau

Soit 0,9 à 6,3 Wh/l


Isoler le ballon d'eau chaude

• Essai à Derval

• Deux fois 6 jours– 17 au 22/11/10

• Min 4.6°C

• Max 9.6°C

– 24 au 29/11/10• Min -0.8°C

• Max 5°C

• Consommation journalière de 5 litres d’eau chaude pour les veaux

Laine

de verre

de 200

Gaines

d’isolation


Isoler son ballon d'eau chaude

Sur 6 jours Non isolé Isolé

Mise en chauffe 21 fois 19 fois

Fonctionnement 21 heures 12 heures

Consommation

journalière3,1 kWh 1,7 kWh

2 jours sur 6

Isolé Non isolé

0,5 kWh suffise à chauffer

5 litres d’eau de 12 à 65°C


Le récupérateur de chaleur sur tank à lait

Principe de fonctionnement

• Un échangeur fluide frigorigène / eau, placé en amont du condenseur à air, permet de préchauffer l’eau chaude sanitaire à environ 50°C

• Permet de réduire la consommation électrique du chauffe-eau

70 à 90 % d’économies sur la consommation électrique

pas d’impact négatif sur le fonctionnement du tank

↑ la disponibilité en eau chaude



Plusieurs systèmes existent

• Echangeurs externes (à plaques)

– Ecolacteo, GEA, Packo, Serap

• Echangeurs internes

– Echangeur intégré à la paroi d’un ballon : Boumatic, Serap

– Serpentin tubulaire inséré dans un ballon : Packo




• Accord formel de la laiterie si elle est propriétaire du tank

• Installation par un professionnel du froid

• Type et dimensionnement du matériel

– Tank pré-équipé, échangeur externe ou interne

– Dimensions adaptées à la puissance du/des groupe(s) froid relié(s)

• Ballon intermédiaire pour le stockage de l’eau préchauffée

– Relié au chauffe-eau

– Dimensions adaptées aux besoins en eau chaude de

• Entretien

– Détartrage de l’échangeur à plaques si l’eau est calcaire

– Entretien « classique » du chauffe-eau et ballon de stockage




Ex pour une exploitation de 300 000 litres

• Consommation du chauffe-eau : 300 000 l x 17 Wh/l = 5,1 MWh/an

soit 340 à 500 €/an (tarif heures creuses ou tarif base)

• Coût de l’investissement : 2 000 à 3 000 € en moyenne

• Économies générées par le pré-refroidisseur : 75% en moyenne soit 3,8 MWh/an (260 à 370 €/an)

• Temps de retour sur investissement :

– Sans subvention : 5 à 11 ans

– Avec 40% de subventions (cf programme « éco énergie lait » ou PPE) :

3 à 6 ans


Changer de pompe à vide pour économiser de 5 à 50%

• Pompe à entraînement direct

• Pompe à débit variable avec variateurs de fréquence et régulation (ex : robots)


Remplacer des pompes à vide pour réduire le bruit et la consommation

• Un expérimentation sur la ferme expérimentale de Méjusseaume

– 180 vaches laitières Prim Holstein

– Installation de traite rotative

– Pompes à vide à palettes et courroies

– Hiver 2008 : remplacement des pompes

• Pompes à entraînement direct et à débit variable

• Mise en place différée des variateurs


Economiser 17 kWh/jour soit 40% avec des pompes à vide à débit variable

Conso. (kWh) courroies direct variable

Traite (4h45) 35 25 19

Nettoyage (0h35) 5 6 5

Total (5h20) 41 31 24

29%

44%

24%

40%

– Réduction du bruit également (non mesuré)


Simplifier le nettoyage pour économiser de l’eau et de l’électricité

• Cycle complet de nettoyage de la machine à traire le matin (prélavage, lavage, rinçage)

• 3 traitements différents le soir :Cycle

complet

Rinçage

eau tiède

Rinçage

eau froide

Eau (m3/an) 165 -55 -55

Pompe à vide (kWh/an) 6800 -500 -600

Pompe à lait (kWh/an) 570 -90 -110

Chauffe eau (kWh/an) 13 000 -2 500 -2 900

Produit de lavage (l/an) 300 -150 -150

Transport lisier (m3/an) 165 -55 -55

Pénalités 0 0 0

Ferme expérimentale de Derval – août 2007 à mai 2008

3 610 kWh

soit 4 Wh/l


Bien mesurer les risques sur la qualité du lait vis à vis de l’économie réalisée

Cycle

complet

Rinçage

eau tiède

Rinçage

eau froide

Eau 300 € 200 € 200 €

Pompe à vide 545 € 505 € 495 €

Pompe à lait 45 € 40 € 35 €

Chauffe eau 1040 € 840 € 810 €

Produit de lavage 220 € 110 € 110 €

Transport lisier 375 € 250 € 250 €

Pénalités 0 € 0 € 0 €

TOTAL 2525 € 1945 € 1900 €

580 € / an

625 € / an


Réfléchir aux économies dès la conception

• Choisir des matériaux adaptés pour les sols et les murs

• Rationaliser la circulation des hommes et des animaux

• Privilégier l’éclairage naturel de la laiterie et de la salle de traite :– Des lampes basse consommation pourront être utilisées

pour le complément


Ne pas oublier l’usage premier des équipements

• Privilégier une utilisation dans les conditions nominales des équipements

– Ne pas sur-dimensionner

– Entretenir

• Attention au choix et à l’utilisation des équipements, par exemples :

• Disponibilité en eau chaude vs restriction

• Défaut du pressostat sur le pompage d’eau

• Fuites sur le réseau d’air comprimé

• Décalage de l’horloge HC/HP


Faire l’entretien des équipements avant d’investir dans des nouveaux

Mise en

Œuvre

Coût Economie

Wh/l

Entretien ++ 0 13

39 %Simplification du

nettoyage++ (0) 4

Ventilation (--) (+) 3 7 %

Pré-refroidisseur - ++ 9

54 %Récupérateur -- ++ 10

Vitesse variable + ++ 5

44 Wh/l

Quota

(1000 l)

Economies

d’électricité

(Wh/l)

Prix moyen de

l’électricité

(€/kWh HP/HC)

Coût

(€)

350 x 24 x 0,07 = 590 €

Coût des équipements installés 9 000 €

Retour sur investissement 15 ans

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