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DESMI OptiSave™ offre une gestion simple de la puissance pour la conformité à l'efficacité énergétique
octobre 2021
Économies de carburant et conformité aux réglementations d'efficacité de l'IMO grâce à une gestion intelligente de l'énergie pour les pompes de refroidissement et les ventilateurs de DESMI OptiSave™
Les propriétaires et les concepteurs de navires doivent se conformer aux réglementations toujours plus strictes de l'industrie maritime en matière de réduction des émissions de CO2 et de gaz à effet de serre. Ces nouvelles règles comprennent l’Indice d'efficacité énergétique à long terme des navires existants (EEXI) et l’Indice de conception d’efficacité énergétique (EEDI).
Ces réglementations font partie de la stratégie de l'Organisation maritime internationale (OMI) visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre du transport maritime international d'au moins 40 % d'ici à 2030 et de 70 % d'ici à 2050, par rapport à 2008.
Les nouvelles mesures exigeront de tous les navires qu'ils calculent leur IEEE en fonction des moyens techniques mis en œuvre pour améliorer leur efficacité énergétique et qu'ils établissent leur indicateur d'intensité de carbone (IIC) opérationnel annuel et leur cote IIC. L'intensité de carbone établit un lien entre les émissions de gaz à effet de serre et la quantité de marchandises transportées sur la distance parcourue.
Les navires obtiendront un classement de leur efficacité énergétique (A, B, C, D, E - où A est la plus élevée). Les administrations, les autorités portuaires et les autres parties prenantes sont encouragées à offrir des incitations aux navires pour qu'ils soient classés A ou B. Un navire classé D pendant trois années consécutives, ou E, est tenu de soumettre un plan de mesures correctives pour montrer comment l'indice requis (C ou plus) serait atteint. (Pour des informations plus détaillées, veuillez consulter les liens ci-dessus ou l'annexe de cet article).
Les armateurs peuvent mettre en œuvre plusieurs technologies pour répondre aux exigences. L'une d'entre elles comprend les Technologies en matière d'efficacité énergétique, qui se concentrent sur l'amélioration de la consommation de carburant des moteurs auxiliaires. Le Système d'économie d'énergie DESMI OptiSave™ offre une solution rentable pour la conformité. Il aide les propriétaires et les concepteurs de navires à répondre à l'exigence de réduction des émissions de CO2. Ces systèmes peuvent être intégrés au stade de la nouvelle construction ou en tant qu'applications de rétrofit, entièrement intégrées dans les systèmes de contrôle globaux. Le système OptiSave™ est également adapté aux navires qui resteront en service au-delà de 2030.
« Vous devriez l'installer quelles que soient les règles et réglementations », déclare John Nielsen, responsable des grands comptes de DESMI pour la marine et l'offshore. « Au bout du compte, vous voulez économiser du carburant. Et ce faisant, vous contribuez à sauver la planète. »
L'engagement de DESMI
Lorsqu'ils développent des solutions pour aider à améliorer les performances opérationnelles et l'empreinte carbone des navires, les ingénieurs concepteurs de DESMI se rendent compte qu'il n'existe pas de solution « passe-partout » pour tous les navires.
« Les flottes et les modèles opérationnels sont tellement diversifiés de nos jours. Nous fabriquons donc notre solution OptiSave™ sur mesure pour chaque navire, afin qu'elle atteigne les meilleures performances possibles », explique John Nielsen. « Nous sommes là pour soutenir nos clients avec la meilleure solution possible. »
DESMI s'engage pour un meilleur environnement. Le système OptiSave™ a été développé dans le seul but de réaliser les plus grandes économies d'énergie possibles pour les pompes centrifuges et les ventilateurs axiaux.
Le système OptiSave™ est modulaire, ce qui signifie qu'il est extensible et que plusieurs autres applications peuvent être incluses.
L'approche DESMI OptiSave™
Les économies d'énergie réalisées grâce au système DESMI OptiSave™ dépassent souvent de manière significative les pré-calculs effectués au moment de la conception du système.
Le contexte et l'optimisation de la vitesse des machines centrifuges sont basés sur la Loi d'affinité, qui implique que lorsque la vitesse de l'arbre ou le diamètre de la roue change, la puissance en chevaux varie proportionnellement au cube de la variation de la vitesse de l'arbre ou du diamètre de la roue. En d’autres termes avec un diamètre de roue constant, la variation de la vitesse entraine une variation d’environ 3 fois de la puissance consommée
Cette loi est exprimée par la formule suivante : P1/P2 = (N1/N2)³ ou (D1/D2)³
"Fondamentalement, il existe une relation entre le débit, la pression et la puissance. Donc, si vous réduisez la vitesse, vous réduisez la puissance", explique John Nielsen.
En installant le système d'économie d'énergie DESMI OptiSave™, les armateurs augmenteront considérablement l'efficacité globale des systèmes d’eau de refroidissement des navires.
Comment cela fonctionne
Les systèmes et pompes de refroidissement par recirculation d'eau de mer sont conçus pour fonctionner dans de l'eau de mer à 32 °C et à 100 % de charge du moteur. Normalement, ils fonctionnent comme si cette condition était permanente, partout dans le monde. Mais en réalité, il n'y a que quelques zones où ces conditions sont présentes (voir la carte). Suivant les routes maritimes empruntées ces conditions de température d’eau de mer sont généralement beaucoup plus faibles.
Un système de refroidissement de navire standard fonctionnant dans ces conditions partout dans le monde absorbera trop d'énergie 95 % du temps. Le système DESMI OptiSave™ peut réguler la consommation d'énergie en fonction de la demande réelle de refroidissement - ce qui permet également d'économiser du carburant et par conséquent réduire les émissions de CO2 du navire.
L'histoire de deux navires
On peut se rendre compte de l'efficacité du système DESMI OptiSave™ en comparant le trajet de deux navires identiques se rendant de Shanghai au Danemark. Un navire ne dispose pas de système, et l'autre dispose d’un système DESMI OptiSave™.
Au départ de Shanghai (température de l'eau 24 °C), la vitesse de la pompe du navire OptiSave™ est à 56 %. Là où le navire sans système fonctionne à une vitesse de pompe de 100 % et une utilisation de 90 kW. Le navire OptiSave™ ne consomme que 22 kW.
En atteignant la Méditerranée (20 °C), la pompe fonctionne à la moitié de la vitesse du système de pompe de refroidissement « normal » du navire OptiSave™.
Lorsque les navires atteignent le Danemark, l'économie cumulée réalisée par le système DESMI OptiSave™ est de 52 000 kWh, soit une économie de 75 %.
Le système DESMI OptiSave™ pour l'eau de mer : circuit primaire de refroidissement
Le système OptiSave™ contrôle les pompes de refroidissement par recirculation d'eau de mer en modifiant la vitesse de la pompe en fonction de la demande réelle de capacité de refroidissement à tout moment, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie maximales.
Chaque pompe à eau de mer dispose de son propre variateur de fréquence (VFD) monté individuellement et approuvé par la marine pour la régulation de la vitesse et du débit de la pompe. Un panneau de commande principal est à son tour alimenté par les informations de processus provenant des transmetteurs de température et de pression du système. Des capteurs situés sur le tuyau d'arrivée d'eau de mer mesurent la température afin de pouvoir contrôler et calculer la quantité d'eau de mer nécessaire pour maintenir un refroidissement adéquat du côté eau douce.
Les transmetteurs de température sur le tuyau de sortie de l'eau de mer sont utilisés pour surveiller et maintenir une température de décharge maximale. Ceci est réalisé pour pouvoir extraire le plus d'énergie possible de l'eau de mer et préserver les écarts de température au niveau de l’échangeur.
DESMI peut également installer des capteurs de pression supplémentaires du côté de l'eau de mer pour mesurer la pression différentielle sur les refroidisseurs centraux d'eau de mer. La mesure de la pression différentielle a l'avantage de donner au système OptiSave™ la capacité d'avertir l'ingénieur de service lorsque le rinçage à contre-courant des refroidisseurs est nécessaire.
Le système OptiSave™ de DESMI pour le refroidissement par recirculation d’eau douce à basse température : circuit secondaire de refroidissement
DESMI propose également un système OptiSave™ pour le refroidissement par recirculation d’eau douce à basse température (LT/FW) où le contrôle est formé en utilisant des mesures de pression, de température et de débit pour obtenir la consommation d'énergie la plus faible possible sur les pompes principales LT/FW.
Sur presque tous les navires commerciaux, le système de refroidissement LT/FW est conçu pour une température d'eau de refroidissement de 36 °C à la sortie (entrée des composants). Cette température est traditionnellement contrôlée à l'aide d'un régulateur PID relié à une vanne 3 voies avec un actionneur de vanne avec une consigne de température réglable suivant le composant à refroidir : moteur, HVAC, générateur….
La vanne à 3 voies mélange l'eau de refroidissement chaude LT/FW provenant des composants avec l'eau plus froide provenant des échangeurs de chaleur principaux et maintient une température constante de 36 °C.
Contrairement au système de refroidissement à eau de mer ouvert, le système d'eau de refroidissement LT/FW est fermé et nécessite une certaine pression pour fonctionner.
Lorsque le système OptiSave™ est installé dans une application LT/FW, les convertisseurs de fréquence sont programmés à un régime minimum spécifique. Ce régime correspond au réglage de pression minimum où le système d'eau de refroidissement fonctionnera comme prévu. Le système maintient la pression en utilisant des mesures de pression différentielle.
Afin de surveiller et de contrôler les performances du système avec une pression plus faible et donc un débit réduit, un certain nombre de transmetteurs de pression et de transmetteurs de température sont installés. Chacun de ces capteurs a la capacité de contrôler les convertisseurs de fréquence du système LT/FW.
En outre, le système OptiSave™ est conçu pour fonctionner avec les exigences de température définies par MAN et WinGD.
Il est possible d'augmenter les économies d'énergie globales des pompes à eau de refroidissement LT/FW en ajoutant des vannes d'arrêt pour les composants individuels du système LT/FW. La fonction de ces vannes est de fermer le flux d'eau à travers les composants, lorsqu'ils ne sont pas en fonctionnement, et donc de réduire davantage le débit. Par conséquent, la consommation d'énergie des pompes principales d'eau de refroidissement LT/FW est réduite.
Système de ventilation de la salle des machines
Le système DESMI OptiSave™ fonctionne également de manière similaire pour le système de ventilation de la salle des machines. Chaque ventilateur dispose de son propre convertisseur de fréquence monté individuellement et d'un automate de commande commun pour la régulation de la vitesse du ventilateur/du débit d'air.
Le convertisseur de fréquence de chaque ventilateur fonctionne avec des informations provenant du capteur de température de la salle des machines, des mesures de pression différentielle et des mesures de l'indice de carburant du moteur principal.
Le système peut également commander les clapets coupe-feu en fonction de l'état de fonctionnement de chaque ventilateur. Les clapets peuvent également être manipulés en mode manuel. En option supplémentaire, le système est également conçu pour contrôler l'ouverture et la fermeture des volets d'échappement dans l'entonnoir. Cette fonction assure un meilleur contrôle de la pression différentielle (surpression) dans la salle des machines.
Les ventilateurs actionnés par le système OptiSave™ fonctionneront à la même vitesse, s'ils fonctionnent en mode AUTO.
Un fonctionnement fiable - même à distance
Le panneau de commande principal OptiSave™ comprend un écran tactile couleur pour faciliter la surveillance et l'état du système. Il comprend également un certain nombre de modes de sécurité intégrée. Par exemple, si le fil d'un capteur se rompt, ou si le panneau de commande maître est mis hors tension, la vitesse de la pompe passe automatiquement à 100 % pour assurer un refroidissement suffisant.
En outre, toutes les alarmes et tous les événements sont enregistrés et peuvent être transférés au système d'alarme du navire. Une assistance à distance est également disponible pour l'enregistrement des données et la surveillance des données de performance - depuis n'importe quel endroit éloigné dans le monde, quel que soit l'endroit où le navire navigue. La surveillance à distance permet non seulement de trouver les pannes, mais aussi de contrôler les performances du système, explique John Nielsen. « Nous n'avons pas besoin de monter à bord », précise-t-il.
Le système DESMI OptiSave™ peut être installé et mis en service en seulement quatre à six jours, selon la taille du système. Il ne nécessite pas de modification des fonctions de sécurité du navire, mais ne requiert qu'une modification minimale de l'équipement existant.
"Nous pouvons proposer des solutions clés en main, nous effectuons les pré-calculs, nous faisons la production et fournissons l'équipement pour l'installation, et nous réalisons la mise en service", explique John Nielsen. "Il n'y a pas besoin de cale sèche, et l'installation peut être effectuée lorsque le navire est en service."
L'installation et les engagements de DESMI
Actuellement, quelque 700 systèmes OptiSave™ sont en service sur différentes catégories de navires dans le monde.
L'un d'entre eux est le Maersk Tianjin, pétrolier et chimiquier, de 2016. Dans ce cas, il a été signalé par Maritime Hawai'i en 2017, qu'un système d'eau de refroidissement DESMI OptiSave™ a permis au navire d'économiser environ 116 tonnes de carburant par an. Cela a permis d'économiser 359 tonnes de CO2/an et de réaliser des économies de carburant considérables.
Pour les ventilateurs de la salle de refroidissement de Maersk Tianjin, le système OptiSave™ a permis d'économiser environ 32,4 tonnes de carburant par an, avec 175 tonnes d'émissions de CO2 économisées.
Dans le cadre de l'engagement de DESMI envers ses clients, nous fournissons des calculs qui permettent à nos clients de prendre des décisions. Voir l'exemple ci-dessous.
| System Details | Calculated yearly savings | Saving based on VLSFO (IFO380) | Saving based on LSMGO | |||||||
| System | Capacity [m3/h] | Discharge pressure [bar] | Shaftpower [kW] | kWh | FO/Tons | CO2/Tons | Sox/Tons | Nox/Tons | ||
| SEA Cooling Water Pumps | 400 | 2,5 | 45,0 | 503.692,00 | 102,2 | 275,94 | 5,31 | 8,85 | $43.840,73 | $50.864,94 |
| LT Cooling Water Pumps | 340 | 3 | 45,0 | 453.330,00 | 91,98 | 248 | 5 | 8 | $39.456,66 | $45.778,45 |
| E\R Fans | 42000 | 372,6 Pa | 11,0 | 202.356,00 | 41,06 | 111 | 2 | 4 | $17.613,51 | $20.435,56 |
| SUMMARY | 1.159.378,00 | 235,24 | 634,94 | 12,31 | 20,85 | $100.910,90 | $117.078,95 | |||
| Fuel oil price in Tons - (4 Ports Avg, 22/09/21) | $543,00 | $630,00 | ||||||||
Annexe
L'IMO a adopté de nouvelles mesures obligatoires pour réduire l'intensité en carbone de la navigation internationale, avec des amendements à l'annexe VI de MARPOL (MEPC.328(76)) adoptés lors du MEPC 76. Ces amendements combinent des approches techniques et opérationnelles pour améliorer l'efficacité énergétique des navires.
Approche technique
Un Indice d'efficacité énergétique des navires existants (EEXI) doit être calculé pour les navires de 400 gt et plus, conformément aux différentes valeurs fixées pour les types de navires et les catégories de taille. Cet indice indique l'efficacité énergétique du navire par rapport à une valeur de référence. Les navires doivent respecter un IEEE spécifique requis, qui est basé sur un facteur de réduction requis (exprimé en pourcentage par rapport à l'Indice de conception d’efficacité énergétique (EEDI) de référence).
Approche opérationnelle
L'approche opérationnelle comprend l'Indicateur d'intensité de carbone (IIC) opérationnel annuel d'un navire et sa cote IIC.
L'IIC détermine le facteur de réduction annuel nécessaire pour garantir une amélioration continue de l'intensité de carbone opérationnelle du navire dans un niveau de notation spécifique. L'IIC opérationnel annuel réel réalisé (IIC opérationnel annuel atteint) devra être documenté et vérifié par rapport à l'IIC opérationnel annuel requis.
Cela permettrait de déterminer l'indice d'intensité carbonique opérationnelle. L'échelle de notation - A, B, C, D ou E - indique un niveau de performance supérieur majeur, supérieur mineur, modéré, inférieur mineur ou inférieur. Le niveau de performance sera enregistré dans le plan de gestion de l'efficacité énergétique du navire (SEEMP).
Un navire classé D pendant trois années consécutives, ou E, devra soumettre un plan de mesures correctives, afin de montrer comment l'indice requis (C ou plus) sera atteint. Les administrations, les autorités portuaires et les autres parties prenantes, selon le cas, sont encouragées à offrir des incitations aux navires classés A ou B.
En termes simples, cette mesure à court terme vise à atteindre les objectifs de réduction de l'intensité de carbone de la stratégie initiale de l'OMI en matière de gaz à effet de serre (GES). Vous trouverez de plus amples informations sur le site web de l'OMI concernant les les mesures d'efficacité énergétique, les mesures de réduction des GES et la stratégie sur les GES.
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