Les e-motors : la solution idéale pour améliorer l’efficacité et réduire la consommation énergétique
On estime que près de la moitié de l’électricité mondiale est consommée par des moteurs. À eux seuls, les systèmes motorisés du secteur industriel représentent 64 % de cette consommation, contre 20 % pour le secteur tertiaire et 13 % pour le résidentiel. Face aux objectifs mondiaux de réduction des émissions de carbone, l’amélioration de l’efficacité des moteurs et la réduction de la consommation énergétique sont devenues des priorités. Les investissements majeurs, le soutien des gouvernements et des leaders industriels témoignent d’un engouement croissant pour les moteurs à haut rendement.
Les normes internationales d’efficacité énergétique (IE) définissent cinq niveaux de performance : IE1 à IE5, IE5 étant le niveau « Ultra Premium ». Ces codes servent de référence pour les réglementations nationales fixant les exigences minimales en matière de rendement des moteurs.
Les pompes représentent une part importante de cette consommation électrique, notamment dans les secteurs industriel et commercial. Leader mondial des solutions de pompage, Grundfos conçoit des moteurs électriques de qualité exceptionnelle. Forte de plusieurs décennies d’expérience, l’entreprise a été pionnière dans le développement de pompes électroniques (E-pumps) intégrant des variateurs de fréquence pour un contrôle précis et des économies d’énergie. Dès la fin des années 1980, Grundfos lançait la première pompe à vitesse variable avec variateur intégré, et continue depuis à perfectionner son programme E-pump.
Aujourd’hui, Grundfos reste à la pointe de l’innovation en proposant des solutions qui allient performance, confort d’utilisation et respect de l’environnement. Les moteurs électroniques MGE de Grundfos dépassent les exigences IE5 : par exemple, un moteur MGE 11,0 kW atteint un rendement de 95,7 % (contre 93,2 % requis par IE5), et conserve une efficacité remarquable même en incluant le variateur de fréquence.
Selon Markus Brandstetter, CTO de Grundfos : “La transformation digitale est inévitable dans tous les secteurs. Chez Grundfos, nous sommes fiers d’être pionniers dans la création de produits et solutions numériques pour l’avenir. Le développement des moteurs IE5 est stratégique, non seulement pour notre activité, mais aussi pour répondre aux enjeux énergétiques et climatiques mondiaux. Les E-motors améliorent l’efficacité des systèmes, réduisent la consommation d’énergie et contribuent à la lutte contre le changement climatique.”
En 2020, les pompes électroniques Grundfos ont permis d’éviter 270 000 tonnes de CO₂. De plus, les fonctions de contrôle intégrées aux moteurs MGE optimisent non seulement la consommation de la pompe, mais aussi celle de l’ensemble du système.
Le marché des variateurs de fréquence (VFD), notamment pour les pompes, connaît une croissance annuelle estimée à 6 %, portée par l’urbanisation, l’industrialisation et les réglementations énergétiques. Les fabricants cherchent à réduire leurs coûts opérationnels, et même de faibles ajustements de vitesse ou de débit génèrent des économies significatives.
Grundfos observe une tendance forte sur le marché : de plus en plus de pompes sont équipées de variateurs de fréquence (VFD) et d’unités de contrôle. Le marché des VFD, y compris ceux utilisés avec des pompes, devrait connaître une croissance annuelle d’environ 6 % dans les prochaines années, portée par l’urbanisation, l’industrialisation et le renforcement des réglementations gouvernementales en matière d’efficacité énergétique.
Un autre facteur de croissance est la nécessité pour les fabricants d’optimiser leurs processus de production et de réduire leurs coûts opérationnels. Même de faibles réductions de vitesse et de débit permettent de réaliser des économies d’énergie significatives.
Pourquoi choisir un E-Motor?
Les moteurs électroniques offrent des fonctionnalités avancées, les rendant faciles à utiliser dans une large gamme d’applications complexes. Ils présentent plusieurs avantages par rapport aux moteurs standards, tels que :
- Le moteur MGE offre une efficacité énergétique supérieure, dépassant même la norme IE5.
- Les pertes des moteurs IE5 sont au moins 30 % inférieures à celles des IE3, ce qui réduit la consommation d’énergie d’environ 10 % avec un profil de charge typique.
- La pompe, le moteur et le variateur de fréquence sont parfaitement adaptés pour une efficacité optimale.
- Le choix du mode de contrôle approprié dans le MGE pour l’application peut générer des économies supplémentaires sur l’ensemble du système, jusqu’à 75 % par rapport aux pompes non contrôlées.
Économies d’énergie et de coûts grâce à une efficacité optimisée
Les moteurs MGE de Grundfos sont les plus performants en matière d’efficacité énergétique. Ces moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) sont spécialement conçus pour fonctionner avec des variateurs de fréquence et optimisés pour les applications de pompage, offrant une efficacité élevée même à charge partielle.
Le moteur PMSM intègre également un variateur de fréquence permettant un fonctionnement à vitesse variable, avec des avantages tels que :
- économies d’énergie,
- contrôle des processus,
- fonctionnalités supplémentaires,
- protection intégrée du moteur,
- performances accrues,
- pompes plus compactes,
- réduction des coups de bélier grâce à des rampes de démarrage longues,
- faibles courants de démarrage.
Ces caractéristiques se traduisent par une réduction des coûts énergétiques et des coûts de cycle de vie. Ajuster la vitesse de la pompe en fonction de la demande, plutôt que de réguler le débit avec une vanne, évite la création de pressions excessives, réduit le bruit lié à la cavitation et diminue la consommation électrique grâce à une vitesse de pompe plus faible.
Les moteurs électroniques MGE de Grundfos sont actuellement utilisés dans une large gamme de pompes, notamment les pompes multicellulaires CRE, CME, MTRE, les pompes monocellulaires TPE, NBE, NKE ainsi que les systèmes de surpression destinés à de multiples applications.
Au-delà des moteurs : optimiser l’ensemble du système
Grundfos iSOLUTIONS inaugure une nouvelle ère d’intelligence pour les systèmes de pompage et les technologies de l’eau, en proposant des solutions qui vont au-delà des composants individuels pour optimiser l’ensemble du système.
Grâce à une expertise approfondie dans le domaine de l’eau, Grundfos iSOLUTIONS combine pompes intelligentes, connectivité cloud et services numériques. Ensemble, ces technologies permettent :
- la surveillance en temps réel,
- le contrôle à distance,
- la prédiction des pannes,
- et l’optimisation des systèmes pour atteindre un niveau de performance inédit.
iSOLUTIONS offre la combinaison optimale de pompes, variateurs et composants auxiliaires pour chaque application, en intégrant des fonctionnalités spécifiques et en s’appuyant sur une solide expérience. Cette approche facilite l’intégration des pompes, variateurs, capteurs, systèmes de contrôle, protections et communication, réduisant ainsi le temps d’ingénierie, d’installation et de mise en service.
Installations récentes et leurs impacts
Grundfos dispose de nombreux exemples à travers le monde montrant comment les moteurs électroniques et iSOLUTIONS aident ses clients à résoudre leurs problématiques de gestion de l’eau, tout en économisant l’eau et l’énergie, réduisant ainsi leurs coûts et leurs émissions de carbone.
- Des bâtiments réalisent jusqu’à 80 % d’économies d’énergie grâce à un simple remplacement de pompes :
Taka Solutions, société de conseil en énergie, a collaboré avec Grundfos pour analyser les systèmes de pompage HVAC (chauffage, ventilation et climatisation) de trois bâtiments à Dubaï : Indigo Towers (résidentiel), Green Tower (tertiaire) et Falcon Tower (résidentiel). Ces bâtiments présentaient des coûts électriques anormalement élevés.
Un audit énergétique Grundfos a révélé des pompes surdimensionnées, un fonctionnement inefficace et un mauvais équilibrage dans les systèmes de refroidissement primaire, avec des pompes fonctionnant à vitesse constante. Grundfos a recommandé de remplacer ces pompes par des modèles à vitesse variable NB-E intelligents, capables d’ajuster le débit en fonction des besoins des refroidisseurs, sans gaspillage, et d’améliorer le Delta-T à 5 °C.
Résultat : à Indigo Tower, la consommation est passée de 36 kW/h à seulement 7-10 kW/h. Après deux ans, la consommation électrique des pompes a diminué de 81 %, avec un retour sur investissement en 8 mois. Falcon Tower a réduit sa consommation de 46 %, Green Tower de 57 %. Globalement, les économies d’énergie totales (pompes, refroidisseurs, ventilation, éclairage) atteignent 20 à 25 %.
- Une surveillance efficace pour résoudre les problèmes opérationnels – économiser l’eau et les coûts tout en augmentant la production :
Sur la base des analyses fournies par Grundfos iSOLUTIONS MONITOR, l’entreprise CPKelco, située à Køge, au Danemark, a installé deux nouvelles pompes CRNE3-23 équipées d’un moteur MGE de 11 kW.
Cette solution a non seulement permis de résoudre les problèmes rencontrés par CPKelco, mais elle a également eu un impact positif à long terme sur leurs CAPEX et OPEX :
CAPEX, car la solution proposée était moins coûteuse que l’ancien système ;
OPEX, grâce aux économies d’énergie, à une réduction de 50 % de la consommation d’eau, à des économies sur la maintenance et à une production accrue.
C’est un excellent exemple de la manière dont Grundfos aide ses clients non seulement à surveiller leurs pompes, mais aussi l’ensemble du système dans lequel elles sont intégrées.
- Chez Grant’s Distilleries au Royaume-Uni, Grundfos a remplacé les pompes CR à vitesse fixe utilisées pour l’alimentation des chaudières à vapeur sur quatre chaudières (capacité vapeur de 12,5 à 30 tonnes, pression de 10 bars) par des pompes Grundfos iSOLUTIONS CRIE15-8 équipées de moteurs MGE.
La vanne modulante de la chaudière a également été supprimée. La pompe CRIE régule le niveau d’eau dans les chaudières en ajustant sa vitesse en fonction de la demande.
Par ailleurs, les pompes Grundfos utilisent des fonctions intégrées au variateur – telles que limit-exceed et signal relay output – pour contrôler une vanne de dérivation, garantissant un débit à travers l’économiseur lorsque le brûleur fonctionne mais que la chaudière ne demande pas d’eau.
L’ensemble du contrôle est géré par le variateur, au moment exact, pour assurer un fonctionnement sûr et efficace de la chaudière tout en réduisant la complexité.
Résultat :
40 % d’économies d’énergie sur une seule pompe, soit environ 5 000 GBP par an ;
6 % d’économies sur la consommation de gaz grâce à un contrôle plus stable du niveau d’eau.
Trois mots qui décrivent parfaitement les moteurs MGE de Grundfos : fiables, personnalisables et économes en énergie.
Depuis leur lancement dans les années 1990, ces moteurs ont établi la norme dans le secteur. Associés à la digitalisation des pompes, ils transforment aujourd’hui les pratiques industrielles, ouvrant des opportunités inédites tout en bouleversant les habitudes.
Grundfos a intégré son expertise approfondie en matière de fonctionnement optimal des pompes dans la conception des moteurs MGE pour créer un produit à la pointe de la technologie. Combinée à la fiabilité des E-motors, cette innovation réduit considérablement le temps de retour sur investissement des E-pumps – un progrès majeur.
En association avec nos pompes, ces moteurs offrent à nos clients un niveau d’efficacité inégalé.
Sources:
3 : https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/variable-frequency-speed-drives-vfd-vsd-market