L'utilisation de variateurs de fréquence dans l'industrie de l'eau est en constante augmentation. Aujourd'hui, les variateurs sont largement utilisés dans l'ensemble du secteur, depuis la production et la distribution de l'eau jusqu'au pompage des eaux usées dans les systèmes de canalisation des égouts et les stations d'épuration des eaux usées, tant au sein des municipalités que du côté industriel. Les variateurs de fréquence contrôlent la vitesse des moteurs dans une large gamme d'applications de pompes, de soufflantes, de mélangeurs et de déshydratation pour contribuer à améliorer les performances et la rentabilité tout en économisant l'énergie et en réduisant les dépenses.
Généralement, les process de traitement de l'eau et des eaux usées représentent 25 à 40 % de la facture d'électricité d'une municipalité, et correspondent à 4 % de la consommation mondiale d'électricité. Les installations de traitement de l'eau et des eaux usées sont donc normalement le principal poste consommateur d'électricité d'une municipalité.
Grâce à l'utilisation répandue de variateurs de fréquence, de composants d'efficacité énergétique et du contrôle des process en ligne en temps réel associés à la production d'énergie basée sur le méthane provenant des digesteurs des stations d'épuration des eaux usées, les premières installations à grande échelle sont maintenant en fonctionnement sur une base complètement neutre en énergie. C'est possible sans ajout de carbone extérieur. La neutralité énergétique couvre l'ensemble du cycle de l'eau, depuis la production et la distribution de l'eau jusqu'au pompage et au traitement des eaux usées.
Les derniers mots à la mode dans les usines de traitement des eaux usées sont « bioraffinerie » et « installations de récupération des ressources hydriques ». Ils couvrent l'acceptation générale que les eaux usées doivent être considérées comme une ressource permettant d'obtenir de précieuses sources énergétiques. Dans certains cas plus avancés, la production énergétique (même sans ajouter de sources de carbone externes) atteint un niveau où l'énergie récupérée lors du process de traitement des eaux usées non seulement couvre les besoins de l'installation, mais également les besoins en énergie pour la production et la distribution d'eau potable ainsi que pour le pompage des eaux usées. En d'autres termes, tout le cycle de l'eau peut être considéré comme autonome sur le plan énergétique.
La condition préalable à l'autonomie est un système de commande sous forme de variateur de fréquence disponible pour tous les équipements rotatifs afin que l'installation entièrement gérée par ordinateur puisse s'adapter aux variations de charge. Généralement, le process biologique requiert de 30 à 60 % d'énergie. La commande par variateur de fréquence peut diminuer la consommation d'énergie de 20 à 40 %. Le contrôle de l'âge des boues par la commande de la pompe RAS est également important non seulement pour limiter la consommation d'énergie, mais également pour éviter la combustion de carbone, nécessaire dans le digesteur pour générer les gaz permettant de produire de l'énergie. Le VLT® AQUA Drive a été choisi pour certaines de ces installations très pointues, où le rendement élevé du variateur, une fiabilité accrue et la facilité de fonctionnement sont des critères décisifs.
Dans les stations d'épuration des eaux usées, la consommation d'énergie élevée est associée aux process énergivores et au cycle d'exploitation continu : 24 h/24, 7 j/7, 365 j/an. La priorité du secteur a été de développer de nouveaux process et stratégies de contrôle pour réduire la consommation d'énergie par litre d'eau traité. Cependant, les exigences d'amélioration de la qualité du traitement des eaux usées, basées par exemple sur la nécessité d'améliorer l'élimination des nutriments, augmentent la consommation nette d'énergie. Il est par conséquent encore plus important de réduire la consommation d'énergie en se basant sur un contrôle du process avancé.
Les soufflantes ou les aérateurs de surface consomment généralement entre 40 et 60 % de l'énergie totale utilisée dans les usines de traitement des eaux usées. La commande du matériel d'aération avec les variateurs de fréquence Danfoss peut permettre de réaliser entre 30 et 50 % d'économies d'énergie.
En outre, un contrôle efficace de l'équilibre des boues et de l'âge des boues avec les variateurs de fréquence réduit la consommation d'énergie. Il en découle une quantité de carbone supérieure envoyée dans le digesteur, qui peut alors produire plus de gaz qui pourra être utilisé pour produire de l'énergie.
Les installations les plus avancées sont donc capables d'atteindre un haut niveau d'épuration des eaux usées tout en produisant de l'énergie. Une condition préalable pour obtenir ce résultat est de disposer d'une installation entièrement informatisée où il est possible de réguler tous les paramètres via l'installation de variateurs de fréquence sur quasiment tous les équipements rotatifs.
L'importance d'un approvisionnement stable en eau propre et d'une réduction des coûts lors du traitement des eaux usées a été comprise par de nombreuses industries. Certaines industries tendent même à une utilisation de l'eau proche, voire très proche de zéro. Pour l'eau propre, ceci nécessite l'utilisation de technologies de pointe dans le traitement de l'eau, telles que l'osmose inverse et l'ultrafiltration. Le VLT® AQUA Drive aide à améliorer la fiabilité du process et à réduire les coûts énergétiques. Concernant la gestion des eaux usées, la tendance est proche de la vision des collectivités, à savoir que les eaux usées doivent être considérées comme une ressource à partir de laquelle l'énergie et d'autres ressources peuvent être obtenues.
Depuis 2010, la station de traitement des eaux usées de Marselisborg ne cherche plus seulement à minimiser l’énergie qu’elle consomme, mais à maximiser son excédent énergétique net. À l’heure actuelle, l’installation a une production nette d’électricité et de chaleur, et alimente le système de chauffage municipal d’Aarhus, la deuxième plus grande ville du Danemark. L’empreinte carbone a ainsi été réduite de 35 %.
Lire l'étude de cas (en anglais)
Les variateurs de fréquence de Danfoss aident à convertir la biomasse de la production d'insuline et d'enzymes en énergie.
L'utilisation de variateurs VLT® AQUA Drive pour contrôler l'irrigation des pompes vous permet d'adapter la pression et le débit dans le système à la demande actuelle. Vous pouvez ainsi réaliser d'importantes économies d'énergie.
Le refroidissement par canal arrière des variateurs VLT® AutomationDrive réduit la charge calorifique de la sous-station, ce qui permet de recourir à des systèmes de climatisation plus petits et moins gourmands en énergie.
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