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L'industrie du verre devrait connaître des changements importants afin d'atteindre les objectifs 2030 et 2050 de décarbonation fixés par l'Accord de Paris. Mikael Le Guern explique comment cette transformation en verre « vert » peut être réalisée grâce à l'électrification et à la digitalisation du procédé de fabrication du verre.

L’industrie du verre est actuellement confrontée à trois défis principaux pour atteindre une fabrication décarbonée. Le premier est d’atteindre les objectifs de décarbonisation, guidés par l’Accord de Paris ainsi que par d’autres objectifs climatiques/énergie zéro carbone fixés par les gouvernements et les entreprises. La réduction des émissions de NOx et de SOx est également un facteur environnemental clé.

Deuxièmement, les changements attendus nécessaires pour parvenir à la décarbonation vont exercer une pression sur les CapEx et les OpEx qui pourrait affecter la rentabilité et la qualité du verre. En tant qu’industrie énergivore où les technologies traditionnelles sont peu efficientes, le verre doit rester compétitif par rapport aux autres matériaux d’emballage tels que l’aluminium et le plastique.

Enfin, avec des consommateurs exigeant des changements rapides, cette industrie traditionnellement conservatrice devra accélérer considérablement son rythme de changement pour s’adapter à la nouvelle réalité, par exemple grâce à l’électrification et à la digitalisation des procédés, avec l’agilité nécessaire pour atteindre les objectifs de développement durable de ses clients.

Afin de respecter les réductions d’émissions de carbone, l’industrie doit réduire considérablement sa consommation de gaz naturel. En décembre 2020, l’UE a annoncé des objectifs de réduction des émissions de carbone de 55 % d’ici 2030. Début septembre 2021, le prix du carbone dans le système d’échange de quotas d’émissions de l’UE (ETS) était déjà aux environs de 60€/tonne. Une augmentation de 80 % par rapport à début janvier 2021. La tendance devrait se poursuivre, avec certaines projections à plus de 90€/tonne d’ici 2030 et au-delà.

Évidemment, cela s’applique à l’Europe mais le défi de la décarbonisation est valable partout. La Chine a créée son propre marché d’échange de carbone, couvrant dans un premier temps les centrales électriques au charbon et au gaz qui représentent ~ 40 % de leurs émissions de carbone. On s’attend à ce que l’ETS chinois s’étende à d’autres secteurs, dont le verre. Le négoce de l’ETS chinois a débuté en juillet 2021 à un prix bien inférieur à celui de l’Europe, à ~ 6€/tonne.

Selon un sondage sur le prix du carbone menée de juillet à août 2020 auprès de centaines de parties prenantes chinoises, « les personnes interrogées s’attendent à ce que le commerce des émissions de carbone affecte de plus en plus les décisions d’investissement dans les années à venir. Ainsi, 37% des personnes interrogées s’attendent à ce que les décisions d’investissement soient fortement ou modérément affectées en 2020. D’ici 2025, ce nombre passe à 69%. » La Chine s’est engagée à porter ses émissions de carbone à un pic avant 2030 et à atteindre la neutralité carbone vers 2060. Les États-Unis ont également adhéré à l’Accord de Paris. C’est un mouvement mondial. Le marché et les consommateurs l’exigent.

L’électrification a du sens

La majorité des émissions de CO2 dans la fabrication du verre (généralement 75 à 85 %) proviennent de la combustion de carburant lors du processus de fusion. Le remplacement des brûleurs à gaz par des éléments chauffants électriques est donc un moyen très direct de réduire rapidement les émissions de CO2. D’autres technologies sont en cours d’évaluation comme l’hydrogène et le biogaz.

Cependant, Eurotherm estime qu’en termes de préparation et de disponibilité de la technologie, la fusion électrique, y compris la fusion hybride (utilisant 50 à 90 % d’énergie électrique) est la solution la plus logique pour relever le défi de la décarbonation pour les années à venir.

L’électrification des procédés est le moyen le plus rapide de réduire les émissions de gaz à effet de serre pour respecter l’Accord de Paris et pour respecter les engagements et les promesses des entreprises pris via des initiatives telles que le RE100 ou le Science Based Targets (SBTi). Par conséquent, il est prévu que le nombre et la taille des systèmes électriques devront augmenter pour prendre le relais des combustibles fossiles traditionnels.

L’avantage de la fusion électrique est qu’il s’agit déjà d’une technologie éprouvée et couramment utilisée, adaptée à une mise à l’échelle pour alimenter de plus grands systèmes de fusion électrique. En tant que fournisseur mondial de produits énergétiques avancés, de systèmes de fusion et de boosting électriques et de services associés à l’industrie du verre depuis plus de 50 ans, Eurotherm possède le savoir-faire pour le faire et est prêt pour l’électrification !

Considérer l’ensemble du process

L’électrification du procédé ne se limite pas au four lui-même. Avec la croissance des systèmes électriques, il est important d’avoir une approche holistique en incluant le système d’alimentation complet et l’architecture de distribution. Pour les meilleurs résultats, une approche verticale complète est nécessaire, du réseau électrique jusqu’au verre.

Faire partie de Schneider Electric permet à Eurotherm de combiner le système de distribution d’énergie avec l’automatisation des procédés et l’architecture du système d’alimentation pour optimiser au maximum la réduction des émissions de CO2. Cette intégration comprend les équipements de distribution haute et moyenne tension (HT et MT), les transformateurs, les appareillages de commutation, les variateurs VFD, … jusqu’au système de contrôle de puissance de la fusion et du boosting.

Traditionnellement, les systèmes d’alimentation pour les fours verriers ont été conçus par des sociétés d’ingénierie et/ou des utilisateurs finaux miniers, qui appliquent leurs connaissances en matière de process industriels et leur expérience de projets précédents. Bien que cela puisse aboutir à des installations robustes, elles ne sont souvent pas optimisées en termes de coût et d’encombrement, car le processus de conception électrique se concentre sur des éléments individuels du système, plutôt que de considérer le système dans son ensemble. Les fabricants d’équipements électriques ne sont généralement pas non plus impliqués dans la phase de conception, étant souvent consultés uniquement lors de la demande de devis une fois la conception décidée.

Une approche ‘du réseau au verre’

L’approche d’Eurotherm est différente, où, dans le cadre de l’électrification, le système électrique complet peut encore être optimisé en termes de coût et de fiabilité grâce à la modélisation et la simulation avec des logiciels tels que le logiciel Schneider ETAP, une plateforme pour la modélisation et la simulation de systèmes d’alimentation électrique, optimisant les systèmes d’alimentation électrique des clients sur la base de leurs équivalents jumeaux numériques.

Grâce à ce type de conception de bout en bout, les systèmes d’alimentation critiques complexes peuvent être rationalisés et l’intégration des technologies d’énergies renouvelables, de micro-réseaux, de piles à combustible et de stockage de batteries au réseau électrique peut être améliorée et accélérée. Une approche de la conception « du réseau au verre » peut non seulement aider à fournir des réseaux électriques résilients et un transport et une production d’énergie décarbonés mais également conduire à des économies importantes, allant jusqu’à 20% sur les CapEx, en améliorant la conception et les performances.

Power supply box inside view

Pour l’optimisation des coûts dans les grands systèmes électriques, Eurotherm recommande également d’installer tous les équipements dans une maison électrique préfabriquée (E-House) ; une solution de distribution électrique intégrée, testée, validée et compacte. Les sites industriels existants (Brownfield) comme les sites neufs (Greenfield) peuvent bénéficier d’économies importantes allant jusqu’à 20% en réduisant les coûts de génie civil des bâtiments traditionnels destinés à abriter des équipements industriels.

Les avantages supplémentaires sont une réduction des délais allant jusqu’à 20% et une réduction drastique du temps de démarrage de l’équipement et des coûts de mise en service, ce qui se traduit par des campagnes de reconstruction plus courtes et moins stressantes.

EHouse open

Pour les process de fusion et de boosting, une solution privilégiée pour fournir de l’énergie à la fusion consiste à utiliser des boîtiers d’alimentation refroidis par eau qui contrôlent une ou deux paires d’électrodes (généralement de 100kVA à 1000MVA).

Les avantages sont nombreux avec une conception compacte qui peut être située très près du four pour réduire le courant de ligne et les pertes de chaleur, et éliminer les jeux de barres coûteux pour des câbles plus petits. Un réseau de plusieurs boîtiers d’alimentation offre une flexibilité d’évolutivité et une redondance d’alimentation suffisante pour permettre un fonctionnement continu et fiable.

Découvrez les armoires d’alimentation préconçue Eurotherm

Water cooled power supply box 7 x 5

La digitalisation pour des performances basées sur les données

La prochaine phase de l’électrification est la digitalisation. Avec tous ces actifs déployés, il devient important de connecter les appareils. Les architectures de gestion de l’alimentation compatibles IoT avec des appareils connectés sont le choix idéal pour les systèmes de distribution intelligents.

Avec des capteurs intelligents et une connectivité 24h/24 et 7j/7, l’analyse de données en temps réel permet une prise de décision efficace. Cela peut contribuer à la sécurité des personnes et des équipements, améliorer la fiabilité des équipements grâce à une maintenance prédictive, simplifier la gestion des actifs grâce à des fonctionnalités numériques et améliorer la sécurité du réseau. Les équipements connectés peuvent inclure des disjoncteurs, des compteurs de puissance, des contrôleurs de puissance, des variateurs, des appareillages de commutation MT/BT, des transformateurs, etc…

Le résultat peut être des améliorations significatives de l’utilisation des actifs, des coûts de maintenance réduits et une réduction des temps d’arrêt imprévus. De l’atelier jusqu’au niveau de l »entreprise globale, le personnel peut savoir ce qui se passe et quand, à tout moment et de n’importe où.

La digitalisation s’applique à tous les niveaux et EcoStruxure, l’architecture et plateforme interopérable ouverte de Schneider Electric, crée des environnements collaboratifs pour connecter le niveau terrain au niveau entreprise. Ainsi, des produits connectés (tels que les régulateurs de panneaux et les dispositifs de protection) au contrôle périphérique (tels que les contrôleurs d’automatisation programmables (PAC) et les systèmes de contrôle de supervision et d’acquisition de données (SCADA)), en passant par les logiciels/analyses et les services, la plateforme EcoStruxure permet aux solutions compatibles IoT de se connecter, de collecter, d’analyser et d’agir de manière transparente sur les données en temps réel, de la conception à la maintenance.

Une approche de la cybersécurité en profondeur

Avec plus d’équipements connectés, la cybersécurité de bout en bout est un incontournable. Dans le cadre de ses services d’électrification et de digitalisation, Schneider Electric fournit des solutions de cybersécurité et des services continus dans plusieurs environnements d’exploitation, notamment la gestion de l’énergie (équipements de distribution d’énergie) et les produits et systèmes d’automatisation industrielle. Les services de cybersécurité industrielle proposés par Eurotherm incluent des évaluations des risques, une architecture basée sur une approche de défense en profondeur, une surveillance, des correctifs logiciels/systèmes d’exploitation, etc…

Puissance et automatisation intégrés à haute efficacité

Eurotherm continue d’aider l’industrie du verre à atteindre ses objectifs de développement durable en réduisant les émissions de gaz à effet de serre conformément à l’accord de Paris tout en restant rentable. Travaillant en étroite collaboration avec les équipementiers de fours et les fabricants de verre en tant que partenaire digital pour une durabilité et une efficacité optimisées, Eurotherm aide l’industrie à se transformer et s’électrifier – du réseau au verre.

La version complète de cet article est parue dans le numéro de novembre/décembre 2021 de Glass Worldwide aux côtés d’une large sélection d’éditoriaux qui aident dans tous les domaines de la production et de la transformation.

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