Remodelage de sites industriels existants : l’intégration énergétique au service de l’usine 4.0

L’Usine du Futur sera économe en énergie, mais aussi agile grâce à des moyens de production flexibles et reconfigurables. Conférer ces propriétés aux procédés existants est  un challenge complexe qui induit  souvent une réorganisation des unités de production. La méthodologie développée pendant cette thèse propose des solutions d’intégration énergétique à la fois viables, robustes et adaptables via le remodelage des réseaux d’échangeurs de chaleur déjà installés.

Nombre de projets de récupération énergétique ne se concrétisent pas.  Les raisons de ce constat sont certes financières mais aussi pratiques. Les solutions proposées ne tiennent pas  compte de la variabilité du procédé qu’il s’agisse de perturbations non maitrisées sur les températures et les débits ou des points de fonctionnement multiples (changement de campagne, évolution de la charge…).

Les contraintes spécifiques du site étudié (topologie des unités, compatibilité des courants, sécurité…) sont  aussi rarement prises en compte. Nos  travaux ont pour objectif de combler ces lacunes.
S’appuyant sur une analyse statistique des historiques de mesures, une  première étape permet de caractériser les différents points de fonctionnement (cas de marche)1 des unités de production. Un modèle de simulation du procédé valide ensuite la cohérence des données mesurées et  les complète pour chaque point de fonctionnement identifié.

Une seconde étape dédiée au diagnostic énergétique évalue la pertinence des échangeurs de récupération déjà installés puis détermine et priorise un ensemble de scénarios de remodelage potentiellement prometteurs.  Pour chaque scénario, un modèle de  programmation linéaire mixte multi-périodes (PLM) détermine une nouvelle topologie du réseau d’échangeurs. Les réseaux obtenus sont adaptables aux différents cas de marche identifiés à la première étape et reconfigurables grâce à l’implantation de by-pass.  Le panel de réseaux proposés est enfin évalué et classé selon divers indicateurs de performance parmi lesquels la viabilité économique et la robustesse vis-à-vis de la variabilité du procédé. L’approche a été validée sur deux sites industriels.

Intérêt pour l’industrie 

L’Industrie, qui représente plus de 20 % de la consommation d’énergie en France, a un rôle primordial à jouer  dans la transition énergétique. Dans l’attente de la substitution des énergies fossiles par les énergies renouvelables, un levier essentiel pour li- miter les émissions de gaz à effet de serre (GES) est l’amélioration de l’efficacité énergétique de toutes les  activités. Avec la digitalisation, une gestion de l’énergie performante et compatible avec la flexibilité des systèmes industriels constitue un aspect  clé de l’Industrie 4.0 ou Usine du futur.

Afin de fournir aux ingénieurs des outils performants et simples d’utilisation permettant de réduire les coûts  tout en répondant aux exigences de flexibilité de la production, le projet  RREFlex – outil Robuste pour la synthèse de Réseaux d’Échangeurs Flexibles – propose des outils de diagnostic et d’aide à la décision visant  à améliorer l’efficacité des installations grâce à la synthèse de réseaux d’échangeurs de chaleur flexibles.