Les efforts de décarbonation, menés partout dans le monde par les leaders de l'industrie et les législateurs, soulignent l'importance du remplacement des carburants fossiles par des énergies renouvelables.
L'une des façons dont l'industrie peut suivre ce mouvement consiste à remplacer les systèmes à énergie fossile des éléments chauffants par des systèmes électriques. Toutefois, cette transition ne peut pas se faire en appuyant simplement sur un bouton.
Dans cet article, Dennis Long, Concepteur de systèmes en chef de la division environnement et technologies chez Watlow®, un fabricant d'équipements industriels chauffants, explique comment les fabricants peuvent passer à l'électrique et pourquoi ce basculement est urgent.
Le vent est en train de tourner pour les éléments chauffants industriels. La demande d'électrification de l'ensemble des procédés est de plus en plus pressante, et les éléments chauffants électriques sont perçus comme une solution efficace et écologique. L'un des principaux développements de l'électrification des éléments chauffants a pris la forme de systèmes chauffants industriels moyenne tension fiables.
Évolution des attitudes
Selon l'Agence de protection de l'environnement (EPA), une partie considérable des émissions de gaz à effet de serre provient de la combustion de carburants fossiles dans l'industrie. La majeure partie de cette énergie est brûlée sur site pour la production d'énergie et de chaleur. L'EIA (administration américaine d'information sur l'énergie), estime que le secteur industriel génère environ 24 quadrillions de BTU (British Thermal Units) de chaleur par an, soit environ un tiers de l'énergie livrée au total. Les applications de chauffage industriel représentent à elles seules 36 % du total de la consommation d'énergie livrée rien que pour le secteur de la fabrication.
Par conséquent, la pression est forte pour décarboner et électrifier les systèmes partout où cela est possible. Cette demande ne provient pas seulement des gouvernements, mais également des ONG et des chefs d'entreprise depuis plusieurs années. Par exemple, en 2018, la Banque d'Angleterre a déclaré que le secteur financier avait « pris du retard dans la réduction des investissements en énergies fossiles » et prévenu que ce genre d'actifs risquait de se déprécier totalement. Puis, en mai 2021, après plusieurs années de litiges, un tribunal néerlandais a statué que le fournisseur d'énergie et produits pétroliers Shell Energy devait réduire ses émissions de carbone de 45 % d'ici 2030.
Ce jugement a poussé de nombreuses autres entreprises à accélérer la décarbonation de leurs opérations. Watlow a découvert dans une étude que plus de 90 % des personnes interrogées dans l'industrie pétrolière et gazière avaient développé, ou sont en train de développer, une stratégie à long terme pour garantir la durabilité et la faible empreinte carbone de leur site.
Produire de la chaleur avec de l'électricité
L'électrification des éléments chauffants industriels est l'une des stratégies clés de réduction de l'impact du pétrole et du gaz sur le climat. Les éléments chauffants électriques ne consomment pas directement d'énergies fossiles et peuvent être alimentés par des sources d'énergie renouvelables. Les échangeurs de chaleur électriques sont bien connus dans le secteur pétrolier et gazier, mais historiquement, ils n'interviennent que dans les applications inférieures au mégawatt (MW).
Cependant, il devient de plus en plus intéressant d'utiliser des éléments chauffants électriques pour les applications comprises entre un MW et moins de 15 MW. Cela couvre plusieurs domaines, dont la production de gaz et de pétrole, mais aussi la production d'énergies renouvelables ou d'ammoniac, et le recyclage du carbone.
Outre la réduction de la consommation d'énergie fossile, les éléments chauffants électriques et les échangeurs de chaleur présentent d'autres avantages, tels qu'un décalage thermique plus réduit, une utilisation plus sûre, une distribution plus uniforme de la chaleur et un plus faible encombrement.
L'électricité est-elle vraiment efficace ?
Ce qui importe le plus pour mettre en place des conditions idéales pour les éléments chauffants industriels n'est pas la méthode de chauffage, mais le flux de chaleur de la surface chauffée. Pour ce type d'application, les éléments chauffants électriques parviennent à des températures d'exploitation tout à fait comparables à celles des éléments à gaz, et sont aussi plus uniformes et faciles à contrôler.
Watlow, qui fabrique des éléments chauffants industriels depuis près d'un siècle, a récemment introduit sa solution de contrôle et chauffage moyenne tension intégrée POWERSAFE™ qui remplace de façon sûre, fiable et propre les équipements équivalents utilisant des énergies fossiles.
Le système POWERSAFE intègre un échangeur de chaleur électrique, un contrôleur de processus et un système d'alimentation, ainsi qu'un boîtier moyenne tension isolé incluant une interface homme-machine (IHM) et un contrôleur logique programmable (PLC). Il intègre également une combinaison flexible de rectificateur à commande électronique (SCR) et de circuits de contacteurs jusqu'à 20 MW, fournissant une puissance à haute efficacité supérieure à 99 %, ce qui réduit la taille totale et le poids de la solution.
De plus, la puissance demandée pour les équipements chauffants électriques ne cesse d'augmenter, ce qui rend les solutions moyenne tension intéressantes, car elles réduisent les coûts totaux d'installation en réduisant le câblage et le nombre de transformateurs. Elles présentent également des avantages de sécurité supplémentaires, tels que des relais et des disjoncteurs de protection ultra-rapides pour protéger le personnel et les installations, et les verrouillages de sécurité pour la protection en cours d'utilisation.
Watlow contribue aux besoins de décarbonation de la plupart des industries qui, historiquement, semblaient poser les plus grands défis. Une solution moyenne tension, telles que POWERSAFE permet de rendre la transition des énergies fossiles vers l'électricité aussi simple que possible.
