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Efficacité énergétique dans l'industrie
30 juin 2016
Crédit coopératif
Code WIFI : Réseau : CC_GUEST
Login : coopforum - Mot de passe : 2016TousBanquiers!
Efficacité énergétique dans l'industrie
• 9h30 - 10h00 : Introduction
• 10h00 - 11h30 : Présentations flash de technologies et des plateaux techniques de 15 laboratoires de recherche
• 11h30 - 12h30 : Temps de rencontre et de dialogue entre les entreprises et les laboratoires
• 12h30 - 14h00 : Déjeuner networking
Introduction
• AAP Energie durable et AMI Industrie ecoefficiente : Frédéric Streiff, Service Entreprises et Eco-Technologies de l’ADEME
• Etude du marché de l’efficacité énergétique industrielle sur les axes : Composant, Procédé, Mesure / Contrôle / pilotage, Chaleur fatale – Laurent Forti de l’IFPEN
L’efficacité énergétique industrielle, quel
accompagnement pour accélérer l’innovation ?
30 juin 2016 – Les rencontres Ecotech by PEXEADEME
Frédéric Streiff - Service Entreprises et [email protected]
ADEME Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie
Statut : E.P.I.C sous double tutelle ministérielle en charge - de l’Environnement, de l’Energie et de la Mer, - de la Recherche
Opérateur de la Transition Energétique et Ecologique pour mobiliser les collectivités, les entreprises et le grand public
Effectifs : ~ 950 salariés - 3 sites centraux : Angers (Siège social) – Paris – Valbonne- 26 directions régionales + 3 TOM + 1 bureau à Bruxelles
Budget d’intervention 2016 :~ 590 M€ d'autorisations d'engagement sur crédits budgétaires
Programme Investissements d’Avenir :~ 1 100 M€ d'autorisations d'engagement 2015-2016 pour le compte de l'État
Présentation de l’ADEME
2
3
Principaux dispositifs de soutien de l’efficacité énergétique dans les entreprises
Prise de conscience du chef d'entrepriseInformer, sensibiliser
Etat des lieux:‐ visite énergie
Diagnostic‐ audit énergétique‐ SMe Energie ISO 50001‐ Diagnostics spécialisés / détaillés
Etude de faisabilité,pour des investissements dans des solutions éprouvées
Investissements- CEE- BPI: Prêts verts
Prêt Eco-Energie
- Fonds Chaleur
Aide à la décisionwww.diagademe.fr
Innovations pour nouvelles offres et solutions
Principaux financement Efficacité énergétiqueR&D
En savoir + www.ademe.fr/actualites/appels‐a‐projets
TRL 1 TRL 2 TRL 3 TRL 4 TRL 5 TRL 6 TRL 7 TRL 8 TRL 9
Coût "attendu" des projets
Appel à thèses
Appel à Projets R&DEnergie durable : production, gestion et utilisation efficaces
Investissement d'avenirAppels à Projets
Industries et agricultures Eco‐efficientes
> 1 M€
< 1 M€
Investissement d'avenirAppels à Projets Initiative PMEPEBI: Performance énergétique dans le bâtiment et l’industrie
< 1 M€
Quelques points communs
En savoir +
Développer des nouvelles offres et solutions technologiques :• la conception et fabrication des procédés, ligne de production est très souvent
externalisée ;• les budgets R&D sont alloués aux produits.
Inclure des éléments de marché : de l’idée au marché
Partage du risque avec un soutien public
AAP Energie Durable: production, gestion et utilisation efficace
Projets attendus– Des projets innovants en amont de la démonstration– Visant à améliorer l’efficacité énergétique dans l’industrie
• Récupération et valorisation d’énergie perdue • Solutions et équipements transverses• Offres technologiques de rupture dans les procédés
– Participation obligatoire d’une entreprise (> 30 % des coûts)
Public visé– Entreprises capables de diffuser ou faire émerger l’offre technologique en France et à l’étranger,
donc équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais aussi bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels utilisateurs.
Aide sous forme de subvention < 300 k€
Processus de pre-dépots
Edition 2016 : clôturée en octobre 2015
9
Exemples de projets financés
10
Commande et optimisation énergétique pour alimentation multi-bobines de chauffage par induction industriel (Fives Celes)
Compression mécanique de vapeur à fort taux de compression (Johnson Control)
Couplage du séchage du papier à la VES avec récupération de chaleur par RMV (CTP)
Séchage par concentrateur à miroir de Fresnel Solaire (Idhélio)
Apports thermique et électrique pour les séchoirs de bois d’œuvre (Base Sarl)
Effacement électrique par stockage de froid
Régulation avancée
Thermoacoustique
Interne de colonne de distillation
Turbine de détente diphasique
2- Initiative PME Performance énergétique dans le bâtiment et l’industrie
11
Axes de l’AAP Descriptif
Performance énergétique dans le bâtiment
- Composants de structure etd’enveloppe multifonctionnels ;
- Systèmes et équipementsénergétiques du bâtiment ;
- Technologies de l’Information et dela Communication (TIC) appliquéesau bâtiment.
Performance énergétique dans l’industrie
- Récupération de chaleur fatale etvalorisation dans les procédésindustriels ;
- Solutions et équipements innovantstransverses à l’industrie ;
- Gestion et intégration optimisée del’énergie ;
- Offres technologiques de rupture etcompétitives pour des procédésspécifiques énergivores.
Périmètre :– Projets de démonstration portés par
des PME développant desméthodologies, des technologies,des services et des solutionsindustrielles ambitieuses, innovanteset durables.
Type d’aide :– Subventions max 200 k€ (RDI ou de
minimis)– Versements : 70% à la notification,
30% au solde
Edition 2016 clôturée le 25 mars 2016
3- AAP Industrie et agriculture éco-efficientes Projets attendus
– Des projets innovants de démonstration– Dans l’industrie, l’agriculture et la filière bois– Visant au moins l’un des 2 objectifs suivants
• La réduction de l’intensité énergétique et des émissions de GES• La réduction de l’intensité en matière et/ou en eau
– Avec un budget global du projet > 1 M€– De 1 à 8 partenaires
Public visé– Entreprises capables de diffuser l’offre technologique en France et à l’étranger, donc
équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais aussi bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels ou agriculteurs utilisateurs.
Aide sous forme d’avances remboursables principalement
Date de clôture : 30 novembre 2016
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Exemples de projets financés
13
OSIRIS MISTRAL ORCASIL
3,2 M€ 17,8 M€ 9,0 M€
Agroéquipement innovant intégrant séchage et refroidissement du grain dans un même outil.
Réduction de 30% de la consommation énergétique par rapport aux procédés actuels.
Procédé novateur de recirculation sélective de fumées à l’agglomération de minerai de fer à Fos-sur-Mer.
Réduction de la consommation énergétique et des émissions polluantes.
Développement d’une machine à cycle organique de Rankine (ORC) et mise en œuvre sur les fumée d’un four de production de silicium.
Production d’électricité à partir de chaleur fatale.
MERCI
Aide à l’investissement :
www.ademe.fr/fondschaleur
Bonnes pratiques énergétiques :www.ademe.fr/energie-dans-votre-atelier
Technologies de récupération d'énergie: site ADEME-CETIAT dédié www.recuperation-chaleur.fr/
Appels à projetswww.ademe.fr/actualites/appels-a-projets 14
En savoir +
Positionnez ici votre logo
Efficacité énergétique industrielle Quel(s) marché(s) ?
Laurent FORTI – IFP Energies NouvellesMarie‐Françoise Chabrelie – CVT ANCRE/ IFP Energies nouvelles
Efficacité énergétique et industrie Nouvelle contrainte ?
Emissions polluantes
Auditénergétique
Actionnaires
Mondialisation
Quotas
Efficacité énergétique et industrie Ou opportunité ?
• Baisse du coût de production (Energie)
• Réduction de l’impact environnemental (CO2)
Compétitivitécoût
• Nouvelles technologies / nouveaux services
• Nouvelles filières économiques
Compétitivité Hors coût
Efficacité énergétique et industrieDe gros progrès déjà faits et des investissements
Part des investissements consacrés aux économies d’énergie dans l’industrie – Source INSEE
• En 2013, les économies d’énergie dans l’industrie des pays de l’UE ont atteint 150 Mtep par rapport à l’année 1990 (1744 TWh)
• Depuis 2000, les économies ont atteint 60 Mtep (698 TWh)
En France, 8 % des investissements réalisés dans l’industrie sont destinés à
économiser l’énergie.
Efficacité énergétique et industrieEt encore du potentiel
Selon le CEREN, le gisement technique d’économies d’énergie dans les procédés de fabrication dans l’industrie lourde se situe entre 28 et 67 TWh en énergie finale.
• Technologies de rupture 13 / 33 TWh• Récupération chaleur 3 / 7 TWh• Optimisation 2 à 4 TWh
• Amélioration (ou rupture) pour les composants et les procédés– Fours, échangeurs, séchages, systèmes de production de froid…
• Intégration énergétique à toutes les échelles procédés, usine, territoire
• Contrôle et Pilotage• Récupération / Valorisation de chaleur fatale
Efficacité énergétique et industrieQuelles possibilités ? (Extrait feuille de route ANCRE – GP8)
Quels marchés ?
Le marché de l’efficacité énergétique industrielleVision globale
Fabrication d’équipements et de procédés pour l’efficacité énergétique
+ 6% / an depuis 2011 – 13,5 Mds$ en 2015Source : Advanced Energy Economy2011
9,8 Mds$
2012 10,5 Mds$
Le marché mondial des technologies industrielles dans le domaine de l’efficacité énergétique (technologies du chauffage, de la production de froid, de la motorisation, du contrôle et de la gestion de l’énergie) pourrait croître de manière soutenue.
+ 8,8 %/an pour atteindre environ 62 G$ en 2020Source : BBC Research
201311,3 Mds$
2014 12,3 Mds$
201513,5 Mds$
Le marché de l’efficacité énergétique industrielleRécupération / Valorisation de la chaleur fatale
Source : Marketsandmarkets
• 2013 : 38 Mds$• 2018 : 53 Mds$ (+6.5% / an)• Forte demande en zone Asie‐Pacifique• Facteur clé : Réglementations et/ou
incitations gouvernementales
Le marché de l’efficacité énergétique industrielleSystèmes de management de l’énergie pour l’industrie
Marché français de l’audit énergétique en industrie
• 2013 : 40 M€• 2015 : 69 M€• 2017 : 64 M€Source : CODA Stratégies ‐ ADEME
Marché mondial• 2011 : 9,8 Mds$• 2015 : 13,5 Mds$ • Capteurs / Actuateurs – Outils numériques• Bilan, Aide à la décision, Mesure des effetsSource : Advanced Energy Economy
Le marché de l’efficacité énergétique industriellePour conclure
Des marchés importants et en croissance
Un contexte contraint mais préservant des opportunités
Des acteurs présents pour des partenariats fructueux et pour aider à leur financement
Production de froid à partir d’énergies renouvelables,
de ressources énergétiques hybridesou de chaleur fatale
Université de Lorraine – LERMABContact : Riad Benelmir ou Mohamad El Kadri
Faculté des Sciences et Technologies
GAZ
SOL
SOLEIL
CHALEUR
FROID
ELECTRICITE
1
2
3
4
56
AIR
SOL1
7
8
PLATEFORME ENERBAT1. sondes géothermiques2. Capteurs solaires3. Cogénérateur4. Pompe à chaleur5. Machine frigorifique à adsorption6. Bâtiment bizone7. Aéro‐réfrigérant8. ballon
1
Plateforme ENERBAT
Plafond rafraichissantPlancher chauffant
Energie solaire
Tri‐generationd’énergie
2
EVAPORATEURDETENDEUR
CO
MPR
ESSE
UR
CONDENSEUR
2
3
4 1
PARTIECOMPRESSION
PARTIEPASSIVE
Productionde froid
Rejetde chaleurà moyenneTempérature (40°C)
ConsommationElectrique
Production de froid par COMPRESSION
3
EVAPORATEURDETENDEURCONDENSEUR
23
4 1
Sorption
Consommation de chaleurà haute température (75‐90°C)
PARTIECOMPRESSION
PARTIEPASSIVE
Rejetde chaleurà moyenneTempérature (40°C) Production
De froid
Production de froid par SORPTION
4
VapeurH2O
Aéro‐réfrigérant
Condensat
Vapeur
Eauchaude
Eaufroide
Eaude refroidissement
Silica‐gel
CHALEURà haute température(récupération, solaire thermique, cogénération, pompe à chaleur)
FROID
Evaporateur
Silica‐gel
Compartiment 1
Compartiment 2
Condenseur
Eaude refroidissement
Mode opératoire(2 compartiments pour un fonctionnement continu)
5
Verrou technologique : faible efficacité de l’échangeur de chaleur et de masse ADSORBEUR (ou DESORBEUR)
Conséquence : Faible COP de la machine frigorifique à adsorption
Recherche de partenaire industriel pour : La Conception de configurations optimisées de l’échangeur de chaleur et de masse de type tubes, tubes‐ailettes ou à plaques (faisabilité à vérifier pour ce dernier).
6
Importance de la maîtrise des propriétés thermophysiques
Christophe Coquelet, CTP‐Mines ParisTechPatrice Paricaud, UCP‐ENSTA ParisTech
Efficacité énergétique
2 voies:
‐ Architecture des systèmes (thermodynamique des systèmes)
‐ Changement de fluide (thermodynamique des fluides)
Besoins
Prédiction des propriétés thermophysiques‐Thermodynamiques (diagramme de phases, masses volumiques, calorimétrie)‐Propriétés de transport (viscosité, conductivité thermique, tension de surface)
Exemple: Cycle de Rankine
Propriétés thermodynamiques
‐ Changement de fluides et d’architecture: estimation des performances énergétiques, des limites de fonctionnement (zone critique), courbes de bulles et de rosée, efficacité de séparation, capacités calorifiques, influence des impuretés, ...
Propriétés thermophysiques
‐Changement d’architecture: dimensionnement, transferts de matière et de chaleur, etc..
Exemple:Nombre de Nusselt Nu
hD
Diagramme température – entropied’un cycle ORC à deux étages
Voir: http://direns.mines‐paristech.fr/Sites/Thopt/fr/co/problematique‐fluides.html
Besoins
Données expérimentalesSimulation moléculaireModèles, corrélations
Simulation des procédés et des systèmes thermodynamiques
Diagramme de phase (R1234yf + R600a).Prédiction avec équations d’état
Aspendata
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
0 10 20 30 40 50
COP
T°C cold source
modelExp. data
Simulation sous Aspen d’un cycle deréfrigération (prédiction du COP)
Composants innovants d'électronique de puissance en GaN pour convertisseurs
électriques ou driver pour LED
Thierry Bouchet 04 38 78 28 94 [email protected] Boulanger [email protected]
Marché en 2015:Electronique de puissance: 82B$ + 7% CAGRComposants de puissance: 15 B$
DISTRIBUTION > 1kW
POWER SUPPLY <1kW POWER CONVERTER > 1kW
« Transportation »Moyenne puissance
(KWATT)
« Consumer »faible puissance
(WATT)
« Industry/PV/SmartGrid»
Forte puissance (MWATT)
Silicium GaN/Si
100 V
SiC
1200 V
L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE EST PRÉSENTE PARTOUT
GaN intrinsèquement plus performant que le silicium et le SiC …
… pour plus d’efficacité énergétique au niveau système
GAN/SI : MEILLEURE EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE
Les composants GaN- fonctionnent à plus haute fréquence permettant de réduire les passifs- ont une structure latéral à électrode coplanaire pour une intégration monolithique de fonctions ….
… pour plus de densité d’intégration des systèmes
Pour le même calibre en tension le composant GaN est 2 à 4 fois plus petitque son ancêtre en silicium pour la même densité de puissance dissipée (W/cm2)
Source PANASONIC
GAN/SI: DENSITÉ D’INTÉGRATION AUGMENTÉE
Filière Electronique de puissance
Design etfabrication des puces Assemblage Intégration Système
Plate-forme de test industriel de composants de puissance
Les composants GaN/Si du CEA ont un niveau de performance à l’état de l’artsur un flow technologique compatible CMOS 200mm. L’effort se concentreaujourd’hui sur la fiabilité, l’intégration et la réduction des coûts
Les composants Grand Gap et GaN/Si notamment contribuent à l’intégration dessystèmes pour plus d’efficacité énergétique.
Le CEA dispose d’une filière grand GAP complète en GaN/Si du matériaujusqu’au système avec des solutions de caractérisation et de testsdisponibles sur ses plateformes technologiques
Miniaturiser les convertisseurs de puissance passe par des solutions depackaging 3D innovantes et des nouvelles technologies de passifs
SYNTHESE
Captation/récupération de la chaleur
Échangeur de chaleur
Echangeur polymère à bas-coutsImpression 3D, extrusionEchangeurs eau/air ou eau fumées, récupération de chaleur basse température (<120°C)
Optimisation des échangeurs (micro canaux) Etudes, design, fabrication par CIC, essais HT Application pour des échangeurs de grande compacité
Intensification des transfertsUtilisation de nano-structuration de surface pour intensifier l’ébullition ou la condensationUtilisation de nanoparticules dans les fluides
Simulation des transferts monophasiquesTransferts de chaleur par conduction, convection (forcée, naturelle, mixte) et rayonnementTurbulence, couplage à des réactions chimiques
Simulation des changements de phaseSimulation des écoulements et transferts de chaleur en ébullition et condensationValidation expérimentale
Captation/récupération de la chaleur
Échangeur de chaleur
Tests d’encrassement des échangeursEn phase gazeuse (fumées), liquide ou en fluides pétroliersBoucles en fluides réels ou simulants
Echangeurs-réacteursRéalisation d’une réaction chimique en continu dans l’échangeur avec maitrise de la températureApplication pour réaction exo/endothermiques
Test d’échangeursEn gaz (air) ou en liquide (eau)Différents débits et niveaux de température
Facteu
r d’intensificatio
n
Encrassement en fluide pétrolier• Boucle Beech dédiée• Avec les produits réels (pétrole brut, RAT)
• Tests d’échangeurs avec deux circuits encrassants
Encrassement en liquide• Boucle Oscar en eau• particules simulantes (CaCO3 • Tests d’échangeurs avec deux circuits encrassant
Encrassement en gaz• Boucle Ruth dédiée en air chaud• Avec particules réelles ou simulantes• 150 °C, 400 Nm3/h,• Ensemencement 1g/Nm3
Test d’échangeursObservation a posteriori
Suivi des résistances thermiques par mesures entrée/sortie
Sondes d’encrassementMesure locale de résistance
thermique
Haute température• Tests d’échangeurs gaz/gaz • Jusqu’à 850 °C• Deux gammes de débits ~0.04 et 0.4 kg/s
Condensation d’eau• Condensation de vapeur d’eau dans des tubes d’échangeurs jusqu’à 2 m
• Inclinaison réglable• 25 °C, 35 mbar, 20 kW
Evaporation de fluides organiques• hydrocarbures ou réfrigérants• échangeurs à plaques ou tubulaires
Stockage thermique en lits de roches• fluide caloporteur huile 300°C• réservoir de 2.4 m3
Stockage thermochimique• hydratation/déshydratation d’un sel• différents niveau de T° possibles• stockage longue durée (intersaisonnier) +
Boucles phénoménologiquesSouvent pour des travaux de
thèse
Institut Mines-Télécom
Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle
Thermique des Composants et Systèmes
Intensification des transfertsdans les échangeurs et les procédés industriels
Échangeurs à haute efficacité énergétique
Institut Mines-Télécom2 MINES DOUAI
Thermique expérimentale
Identification de champs thermiques Thermo IR
Devt de bancs d’essais
Modélisation et simulation numérique
Dévt de modèles numériques Logiciels CFD
Codes Open-Source
Mécanique des fluides exp.
Analyse de champs dynamiquesS-PIV, LDV
Devt de veines aérauliques
Méthodes d’optimisation
Optimisation de forme : boucle logicielle, plans d’expériences,
surfaces de réponseOptimisation topologique
Développement de méthodes et outils d’analyse
Validation sur prototypes
Thermique des Composants et Systèmes
Thermique des Composants& Systèmes
Institut Mines-Télécom
Analyse des mécanismes de transfert
3 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Modélisation/simulation numérique
Aéroréfrigérants – Aérocondenseurs Finned tube Aerocondensers Offset Strip Fins
Institut Mines-Télécom
Analyse locale des transferts thermiques et de la structure des écoulements
4 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Méthodes d’analyse expérimentale
Expérimentation sur maquetteValidation localeInvestigation de concepts
−1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5
0.5
y/H
1
0
Lignes de courant dans plan transversal
Convection thermique
PIV stéréoscopique
Générateur de vorticité
Tube aileté
Institut Mines-Télécom
Optimisation de forme par CFD
Optimisation topologique
5 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Exemple de boucle
logicielle
Front de pareto
Techniques d’optimisation
Exemple en conduction 3D (siège automobile)
Exemple en conduction 2D
Institut Mines-Télécom6 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Exemple de projetEtudes de concepts & géométries innovants
Identification expérimentale de champs locaux
Simulation numériqueAnalyse des mécanismes d’intensification
NiveauxTRL
TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6
DIESTADevelopment of Internally and Externally StructuredTubes for Air coolers
Institut Mines-Télécom
Éléments de bilan Partenariat industriel développé
Brevets et publications réguliers : 10 articles ACL + 2 brevets sur 2014-2015
Co-animation du groupe national « Échangeurs » de la Société Française de Thermique (SFT)
(en partenariat avec le LARIS, Univ. Angers)
Moyens Vélocimétrie laser par imagerie de particules : PIV 2D/3C à 100 Hz
Thermographie infrarouge rapide (360Hz)
Bancs d'essais dédiés analyse transferts convectifs & échangeurs : mesures locales de
coefficient de transfert, caractérisation de la dynamique d’écoulements
Bancs d'essais pour prototypes d’échangeurs industriels de moyennes puissances
(certification APAVE obtenue en 2013)
Moyens de calculs significatifs : cluster de 600 cœurs de calcul, stations de travail
7 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle
Institut Mines-Télécom
Merci de votre attention
Contact MINES DOUAI :Daniel Bougeard, Adjoint RechercheDépartement Energétique [email protected]
Smart Spy : La boîte noire pour votre activité
Marion ANDRILLAT +33 6 47 22 08 61 [email protected] Boulanger [email protected]
CIRC
UIT
GÉN
ÉRIQUE
DEDA
TALO
GGING
IHM
• batterie et chargeur 1h à 1 journée
• Microcontrôleur basse consommation 200 mesures par seconde
• Mémoire quelques heures d’enregistrement
• boutons et leds
• module de communication PC• mémoires supplémentaires• Capteurs :
o Chocs & vibrations (accéléromètre)
o Orientation (magnétomètre)o Distance (optique)o Mesure sans contact
(capacitif)o Climat (P, T°C, H%)
ACCESSOIRES
• Développé sous Qt potentiellement multiplateforme propriété source
• Modulaire• Permet de paramétrer le circuit
• Afficheur basse conso (e‐paper)• Communication sans‐fil (Bluetooth)• Recharge inductive• Ajout de capteurs
o Détection métal (inductif)o Distance (optique indépendant de la surface détectée)o Multi‐températureso Couleur (optique)o Sons (microphone)
FONCTIONNALITÉS EN DÉVELOPPEMENT
EMBARQUÉ
Cœur
DÉBARQUÉ
Mémoire
Transmission
Charge
TraitementCapteur
Affichage post acquisition
Affichage temps réel
Configuration
Principe du système
SmartSpy v12014
SmartSpy v22015
Réseau de capteur d’attitude sans fil
2012
2007
2013
2007‐2011
Amélioration des algorithmes de capture de mouvement
Monitoring de machines de convoyage‐ Capteurs 3A3M3G + distance‐Miniaturisé (<100g, hauteur<1cm)
Monitoring de thermocouple
SmartSpy v1Système: 20 g, 6 cm x 6 cm x 6 mmAutonomie: 2 à 3 heuresRésolution hauteur de vol < 1 mm
SmartSpy v3 (en développement)Sans fil : communication (Bluetooth)et charge (inductive, norme Qi)+ large panel de capteurs+ écran E‐paper
SmartSpy v32016
SmartSpy v2Modulaire (capteurs, comm.)Miniaturisation accrue
Exemples et évolutions
Analyse statistique de données pour la supervision de systèmes industriels
Jérôme Gauthier – CEA List
A propos du CEA‐LIST
Laboratoire d’Analyse de Données et Intelligence des Systèmes• Objectif :
– transfert de technologies innovantes vers l’industrie– fournir des algorithmes d’analyse automatique des données pour extraire
de la connaissance et apprendre
• Application : diagnostic, pilotage anticipatif, supervision• Compétences clefs :
30/06/2016 2
Fouille de donnéesTraitement de données Machine Learning
Analytics : vue générale
30/06/2016 3
Données (signaux, images)
Traitement
Extraction de variableSéparation de sourcesSegmentation
VisualisationFouille de données
Comparaisons (entre capteurs, composants)ProjectionsClassification Détection d’anomalie…
Apprentissage de modèle
Reconnaissance automatiqueInférenceDiscrimination
Analyse continue
Supervision d’infrastructure de réseau d’eau
Objectifs :
• Gestion intelligente de la distribution d’eau
• Supervision et aide à la décision pour la surveillance du réseau (infrastructure & qualité)
Résultat : détection précoce et évaluation du risque
• Fuites et ruptures de canalisation par l’analyse du réseau de capteurs présents
• Contamination à partir d’indicateurs sur la qualité (PH, T°, etc.)
Vérification croiséedes données de conso. suivant les différents
secteurs
Analyse de paramètres systèmes de batterie électrique
PRÉVENTION DU VIEILLISSEMENT BATTERIE• Comprendre pour prédire le comportement de dégradation d’un système batterie
intégrée à une voiture en roulage temps réel• Apprendre l’évolution pour anticiper l’évolution dans le temps
Analyse des attributs pertinents
+Explication et
quantification des relations
3 ans de données de roulage réel
véhicule
Ve : Véhicule électriqueSoH : Indicateur santé équipement (State of Health)
Identifier facteurs de dégradation prématurée à partir des usages de conduite
Identification des facteurs d’impact
Quantification
Prédire SoH* matériel Km ? Usage ?
Taux erreur < 10%
Données historisées hétérogènes Analyse de tests de non‐conformités• Valoriser les données d’essais de non‐conformités des « risers » en
production pour prédire les résultats des tests • Intégrer la variété des données disponible au sein des traitements• Fournir des résultats interprétables
Modéliser la réponse aux tests de conformité
Traitement intensif de l’historique de
données+
Sélection des classifieurs / modèles
+Tests nouvelles
donnéesModélisation statistique
Résultats des tests prédictifs sur
nouvelle donnée :
Taux d’erreur : 8% (82% sensibilité, 92% spécificité)
Prédire le résultat du test de conformité
Références clientsDimensions composantsCaractéristiques matériauxInfo corrosion…etc
Données nouvelles
Amélioration de l’efficacité de machines thermiques via le contrôle‐commande
prédictif
Mohamed BENALLOUCH ([email protected])Christophe CHANGENET ([email protected])
Principe de la commande prédictive de type PFC
• PFC Modèle Trajectoire de référence Horizon de coïncidence Contraintes
Utilisation d’un modèle physique pour déterminer les paramètres nécessaires à la mise en œuvre de la
commande :
développement de modèles macroscopiques des éléments de machines
à réguler ≡ Approche qualifiée de « Métier »
Nécessité d’avoir un modèle de connaissance
Usine sobre : du diagnostic à la conception de solutions ‐
Plateforme CERES
Assaad ZoughaibResponsable Scientifique Mines Paristech ‐ CES
Contexte
• Industrie– Opérations à haute intensité énergétique– sur un même lieu (usine)– Systèmes complexes
Gisements d’économies
Obligations d’audit◦ >250 salariés◦ ou CA HT > 50 M€◦ et Bilan > 43 M€
◦ sur 80 % de la facture◦ auditeur interne ou externe
certifié
Le problème
Procédé
Utilités et technologies
de valorisation de chaleur
Rejets et effluents
Qualité produit
Quel est le problème ?
Quelle est l’Energie et l’Exergie Minimale Requise (EMR) et (ExMR)?
Comment optimiser la part de l’énergie dans les coûts ?
Des développements basés sur la méthode du pincement :
La méthodologie
– Présélection automatique des utilités sur des critères exergétiques– Conception de la solution optimale selon des critères énergétiques et
économiques, respectant les contraintes technologiques industrielles
CERES‐2 et suites | 09/06/2016
Etape préliminaire: Modélisation du procédé Modèle procédé
Flux thermiques
Intégration énergétique
Choix d’utilités et échangeurs
Nouveaumodèle procédé
Etape 1 : Identification des flux du procédé
Etape 2 : Intégration énergétique et exergétique
Etape 3a : Sélection des utilités
Etape 4 : Construction du nouveau système énergétique
Etape 3b : Construction du réseau d’échangeurs (HEN)
La plateforme CERES
CERES‐2 et suites | 09/06/2016
Méthodologie
UtilitésProcédés Métaux
Pâtes et papiers Agro-alimentaire
Technologies de valorisation de chaleur
Optimisation technico‐économiqueFormulation mathématique MILPAnalyse exergétiquePréselection des utilités (PAC, ORC)
Interface utilisateurMéthode du pincement – Calcul MER
Bibliothèque de modèles ModelicaEnvironnement Open Modelica
Bibliothèque CERES
Travaux en cours et offre partenarialeDes développements méthodologiques (partenariats EDF, TOTAL, PS2E…)
Application sur différents procédés avec des résultats concluants et aboutissant à des innovations technologiques
Formation à la méthodologie et à l’utilisation de la plateforme (en partenariat avec l’ADEME)
Plateforme Optimisation énergétique de procédés de
l’agroalimentaire
Pr. Michel HAVETONIRIS, site de la Géraudière, 44322 NANTES
280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs5 sites : Nantes (2), Saint-Nazaire, Carquefou, La Roche sur Yon4 Axes de recherche :
- Bioprocédés et Séparations en Milieu Marin- Ingénierie de l’Energie- Ingénierie de l’Environnement- Matrices et Aliments : Procédés, Propriétés, Structure, Sensoriel (MAPS2)
Laboratoire de Génie des ProcédésEnvironnement – Agroalimentaire
Directeur : Pr Jack LEGRAND
280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs5 sites : Nantes (2),
Plateforme Optimisation énergétique de procédés de
l’agroalimentaire
2400 m² dédié au génie des procédés alimentaires et sciences des alimentsdont 250 m² dédié à l’optimisation énergétique des procédés
Objectifs : - Amélioration de l’efficacité énergétique de procédés conventionnels,- Développement de procédés innovants moins énergivores à qualités de
produits conservées.
Procédés étudiés : Traitements thermomécaniques, thermiques et frigorifiques de produitsalimentaires (Cuisson, pasteurisation, séchage, réfrigération, congélation…)
Equipements : - Fours multi-énergie conventionnels (Convection, IR) et innovants- Technologie de Fours froids (Chauffage ohmique)- Cellules de Refroidissement rapide et de congélation- Générateurs et cavités et tunnel micro-ondes- Instrumentation (possibilité audits)
Démarche scientifique : - Modélisation des phénomènes multi-physiques- Elaboration de lois de commandes
(objectifs multicritères : efficacité énergétique – qualité produit).- Conception de bancs expérimentaux, démonstrateurs- Développement de simulateurs
Réalisations marquantes
Fours de cuisson à jets en impact(Gain énergétique de 17,5%)
Fours de cuisson Infrarouge – ‘Chaleur tombante’)(Gain énergétique de 20% - Cuisson + rapide)
0 100 200 300 400 500 600-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
temps [s]
Ti[°C
]
profil des températures dans le matériau
Profils cibles prédéterminés
Commande d’un procédé de décongélation micro-ondes
(2009) (2015)
De la conception à l’industrialisation
10%
20%
30%
50%
40%
Ren
dem
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Puissance Utile (kW)1 1000 1000000
Cartographie des différentes technologies de conversion chaleur/électricité
Intérêts d’un cycle ORC transcritique
Température « chaude » du fluide plus élevée pendant la phase d’échange avec la source chaude T2’3’ > T23 (et également T4’1’ < T41) aboutissant à un rendement de Carnot plus élevé.
Travail fourni à la détente |H3’4’| > |H34|
A l’échangeur chaud les irréversibilités et les pertes sont moins élevées en supercritique et la quantité de chaleur transmise est plus élevée la source chaude est davantage épuisée.
2 1
3
4
Sous‐critique Supercritique23 3’ 2’
Heat source
Heat source
3’
2’
• Résultats scientifiques :– Avancement des modèles stationnaires
• Modèle du cycle complet transcritique• Modèles d’échangeurs en fluide supercritique• Outils d’analyse de la pertinence des différentes technologies de turbine / expandeur
– Modèle de cycle alternatif avec éjecteur
• Résultats techniques :– Conception et montage du prototype avec gestion de la
charge électrique• Prototype au R134a• Puissance thermique nominale : 150 kW• Puissance électrique nominale : 7‐8 kWe
– Développement et validation d’une méthode de mesure non‐intrusive de vitesse de rotation de l’expandeur
Travaux au CEA
Vue du prototype ORC transcritique du CEA
Technologie expandeurspirale
Plateforme de caractérisation de matériaux à haute température
Gilles ParentProfesseur au Laboratoire d’Energétique et de Mécanique, Théorique et
Appliquée (LEMTA), UMR CNRS 7563,université de Lorraine2 Av de la forêt de Haye – Vandoeuvre les Nancy
Benjamin Rémy (PR), Vincent Schick (MCF), Hadrien Chaynes (Ingénieur d’études)
La conception ou l’optimisation de systèmes thermiques de récupération de chaleurfatale à haute température nécessite une bonne connaissance des propriétés thermo‐optiques des matériaux aux températures de fonctionnement :
‐ Emissivité et absorptivité (caractérisation du rayonnement émis par une source de chaleur,absorptivité et émissivité d’un capteur de rayonnement pour la récupération de chaleur)
‐ Conductivité thermique (parois d’échangeurs)
‐ Capacité calorifique (inertie thermique, capacité de transport de chaleur d’un fluide)
‐ Prestation de service (caractérisation de matériaux)‐ Partenariats, Projets collaboratifs (financements ADEME)‐ Conseil, Etudes
Services proposés
Mesure de conductivité
Solides et liquides (ex. verre fondu) par méthode Flash Laser 3D20°C à 1400°C (Air ou gaz inerte) et 1600°C (sous‐vide).
Mesure de capacité thermique
2 Types de cellules :
• Capteur calorimétrique 3D (à 3 dimensions) « Capteur Drop » disposant de 56 thermocouples
• Capteur de DSC à flux de chaleur (hf‐DSC) (20 thermocouples).
Gamme de température : de l’ambiante à 1600°C
Setaram MHTC96‐EVO
Mesure d’émissivité spectrale à haute température
Chauffage par laser CO2 : Température 600°C – 2000°C (Tambiante – 600 °C par méthode indirecte)Gamme spectrale : 5000 cm‐1 – 500 cm‐1 ( [2 µm ‐ 20µm]) ou plus selon température
Quelques entreprises qui nous ont fait confianceAirbus, Safran, CEA, HelioFocus, Daum, Baccarat, Pochet de Courval, St GobainRecherche, Arcelor Mittal …
Exemple de matériaux‐ Carbone monolithique, Alumine, Graphite, Titane, Verre liquide, SiC, etc‐Mousses métalliques ou céramiques (développement en cours)
Plateforme de Recherche et d’InnovationSystèmes chimiques, thermodynamiques et
thermochimiques éco efficients
Un écosystème pour accélérer vos développements
Laurent FORTI – Antoine ALBRECHT – IFP Energies Nouvelles
Missions d’intérêt général d’IFPEN
• Apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat
• Création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées
Des compétences scientifiques et techniques mais aussi juridiques et marketing Des moyens de conception, de simulation, d’analyse, de test et de démonstration
Au delà des chiffres clés et des missions d’intérêt général…
Analyse GC 2D
Simulations numériquespour le développement de procédés chimiques
Supercalculateur ENER110
…Des moyens numériques et analytiques…
…Des moyens de test à toutes les échellesCaractérisations mécaniques
sous sollicitations et en milieux complexes
Caractérisations thermodynamiques de tout type
Du micro‐pilote à l’échelle semi‐industrielle
Design optimisé de procédé
Quelques exemples
Outil numérique de modélisation et d’optimisation de réseaux d’échangeurs
Accompagnement technologique pour l’amélioration du système
Co‐développement ORC
IFPEN propose un écosystème complet pour vos développement d’innovations technologiques
TRL 5‐7 Accélérez le développement de votre démonstrateur et testez le en conditions opérationnelles réelles
TRL 3‐4 Optimisez votre « Proof of concept » pour le marché visé
TRL 0‐2 Evaluez rapidement le potentiel de votre concept innovant
Information et inscription :
http://ecoentreprises-france.fr/rencontres-finances
La Prochaine Rencontre Ecotech
SAVE THE DATE8ème édition du Forum natinal des éco-entreprises : 30 mars 2017
Le portail de la filière
http://ecoentreprises-france.fr
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