Réseaux d’assainissement avec estimation fiable des débits et énergie spécifique minimale

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Vue d'ensemble

Contexte

Provas, la compagnie des eaux municipale d’Haderslev, ville située dans le sud du Jutland au Danemark, est chargée de la gestion de l’eau potable, des eaux usées et des déchets. Comme de nombreuses autres compagnies des eaux, Provas a besoin de réduire ses coûts de fonctionnement pour réaliser de futurs investissements. Faire des économies d’énergie sur les plus de 150 stations de pompage de son réseau aidera Provas à atteindre son but. Cependant, la compagnie a également un autre défi à relever.

Suite à un projet de restructuration du réseau, les eaux usées, collectées aux quatre coins de la municipalité, sont à présent acheminées pour être traitées de façon centralisée à 60 kilomètres d’Haderslev. Sur le trajet, de grandes quantités d’eau s’infiltrent, gonflant le volume transitant dans les canalisations à près de 10 millions de m³ par an. Comme Provas est payée pour n’en traiter que 2 millions de m³, ce phénomène met l’entreprise en difficulté. Pour résoudre le problème, la compagnie doit pouvoir disposer d’un aperçu détaillé des modèles d’écoulement au niveau de chacune des stations de pompage. Cela pourrait être réalisé à l’aide de l'installation de débitmètres externes, mais cela représenterait cependant un investissement énorme ; Provas a donc recherché d’autres solutions.

La compagnie s’est ainsi tournée vers les technologies modernes de régulation des pompes pour voir si celles-ci pouvaient constituer une solution. « Savoir comment fonctionnent nos stations de pompage et à quel prix est essentiel si nous ne voulons pas nous noyer dans les coûts de fonctionnement » , explique Erik Jørgensen, responsable des opérations chez Provas. « Nous souhaitons passer aussi peu de temps que possible à inspecter nos stations. Et quand elles fonctionnent, il faut qu’elles le fassent à leur point de consigne optimal pour consommer aussi peu d’énergie que possible. ». La compagnie a donc lancé un projet test en coopération avec Grundfos pour économiser de l'énergie et recueillir des données sur les débits au niveau des stations de pompage.

 

La solution

Provas et Grundfos ont décidé de tester l'armoire de contrôle Dedicated Controls pour postes de relevage Grundfos pour voir s’il pouvait résoudre ces deux problèmes. L'automate, qui peut être utilisé aussi bien pour les stations de pompage de réseau que pour les stations de pompage principales, présente un certain nombre de fonctionnalités de base qui permettent la régulation des pompes (démarrage/arrêt de la pompe, gestion de l’alternance des pompes, mesure des trop-pleins, alarmes et avertissements) ; mais il propose également plusieurs fonctionnalités avancées dédiées au transport des eaux usées.

La fonctionnalité d’optimisation de l’énergie permet d’optimiser le point de consigne des pompes équipées de convertisseurs de fréquence, en minimisant l'énergie spécifique. Cette fonctionnalité se recalibre en continu, si bien que l’usure de la pompe et autres conditions variables de l’installation n’affectent pas le rendement de la pompe.

La fonctionnalité d’estimation du débit sert quant à elle à calculer le débit de la station de pompage indépendamment de la vitesse de pompage. Tout comme la fonctionnalité d’optimisation de la consommation d’énergie, l’estimation du débit se recalibre en continu pour offrir la plus grande exactitude possible.

Ces deux fonctionnalités de l'armoire de contrôle Dedicated Controls ont été testées pendant trois mois. Le calcul du débit a été testé au niveau de trois stations de pompage disséminées dans Haderslev, et les résultats ont été vérifiés avec les résultats de débitmètres externes déjà installés. De plus, la fonctionnalité d’optimisation de la consommation d’énergie a été testée sur les pompes de relevage des eaux usées de l’une des stations de pompage.

 

Fonctionnement

La fonctionnalité d’optimisation de la consommation d’énergie des armoires de contrôle Dedicated Controls peut aider le personnel d’exploitation lors du réglage des pompes ; elle peut également ajuster la fréquence de la pompe automatiquement en fonction des conditions de fonctionnement. Elle optimise donc la consommation d’énergie spécifique, avec à la clé une réduction maximale des frais liés à l’énergie.

« S’il y a suffisamment d’eau dans le puits, le régulateur peut analyser toutes les fréquences de fonctionnement du moteur de la pompe à l’aide d’une fonction de balayage et afficher la corrélation entre fréquence et énergie spécifique » , explique Finn Dalsgaard Nielsen, ingénieur des ventes chez Grundfos. « Vous pouvez ensuite trouver très rapidement et facilement la fréquence qui demande le moins d’énergie spécifique possible ; cette fonctionnalité est prévue pour guider l’utilisateur lors du réglage initial de la fréquence du moteur de la pompe. Une fois que la pompe fonctionne, l'armoire de contrôle Dedicated Controls surveille en continu la consommation d’énergie spécifique et ajuste la fréquence du moteur en fonction des conditions de fonctionnement réel. Mais vous pouvez également utiliser cette fonctionnalité pour le réglage initial lorsque le niveau d’eau dans le puits est bas ».

La fonctionnalité d’estimation du débit évalue le débit d’eaux usées en fonction du niveau d’eau dans le puits, de la pression de refoulement et des données de fonctionnement de la pompe. « La fonctionnalité n’est pas influencée par le débit d’eaux usées entrant dans le puits, et elle est capable de calculer le débit même si la vitesse de la pompe change », indique Finn Dalsgaard Nielsen. Tout comme la fonctionnalité d’optimisation de la consommation d’énergie, l’estimation du débit se recalibre automatiquement pour compenser l’usure et fournir des estimations toujours justes.

 

Les résultats

Après trois mois de tests, les résultats étaient sans appel. La consommation d’énergie spécifique avait diminué de 36 % au niveau de l’une des trois stations de pompage, et les estimations du débit des trois stations étaient correctes avec une marge d’erreur de 5 %. Des résultats suffisamment satisfaisants pour que Provas adopte ces outils au quotidien et pour la planification à long terme. « Étant donné les volumes d’eau que nous traitons, ces écarts minimes importent peu. Nous considérons les estimations tout à fait adéquates », commente Erik Jørgensen. Ces estimations permettent également une bien meilleure planification des opérations. Les Dedicated Controls permettent à l’opérateur de surveiller la consommation d’énergie spécifique dans la durée, et ainsi de planifier le nettoyage et la maintenance pour optimiser la consommation d’énergie de l’installation. « Il se peut que nous n’ayons plus besoin d'effectuer un curage mensuel, mais plutôt tous les six mois », estime Casper Højlund Koch. « Cela signifie que nous pourrions plus facilement mobiliser nos ressources en main d’œuvre là où elles sont réellement nécessaires. »

Les résultats obtenus indiquent que Provas peut retirer un certain nombre d’avantages à utiliser les technologies de régulation des pompes Grundfos.

  • La compagnie peut ainsi réaliser des économies sur les coûts de fonctionnement (consommation moindre d’énergie spécifique, possibilité de se passer de débitmètres extérieurs, demande réduite en main d’œuvre pour les inspections sur site grâce à une planification basée sur des mesures continues, et possibilités de réduire les infiltrations d’eau dans le réseau).
  • La compagnie peut également bénéficier d’une meilleure vue d’ensemble des installations du réseau (estimations de débit détaillées pour toutes les stations de pompage, possibilités d’identifier les problèmes locaux rapidement et de localiser les sources d’infiltration d’eau).
  • La planification de projets peut reposer sur des données de fonctionnement et des estimations de débit réelles plutôt que sur des modèles de simulation génériques.

Erik Jørgensen et Casper Højlund Koch sont tous deux satisfaits de la manière dont le projet a été mené. « Notre coopération avec Grundfos a été bonne, comme toujours », commente Erik Jørgensen. « Pour les deux parties, obtenir de bons résultats était l’objectif à atteindre ». Casper Højlund Koch voit également cette fructueuse collaboration comme un aspect essentiel du projet qui a permis l’amélioration du rendement de l’installation.

« Bien entendu, les aspects techniques sont importants, mais je pense que c’est le processus lui-même qui est le plus intéressant », explique-t-il. « Il est vraiment très important de pouvoir tirer parti de nos forces respectives et de trouver de bons partenaires de coopération comme Grundfos. Sur le long terme, nous avons tout à y gagner ! »

Thème :

Estimations de débit et optimisation de la consommation d’énergie dans les stations de pompage en réseau d'assainissement

Localisation :

Haderslev, Danemark

Société :

Provas (déchets, eau potable et eaux usées)

DEDICATED CONTROLS : ARMOIRE DE CONTRÔLE AVANCÉE POUR STATIONS DE POMPAGE D’EAUX USÉES
Les fonctions avancées comprennent notamment l’optimisation énergétique (pour les stations de pompage à variateur de fréquence intégré) et l’estimation de débit
Casper Højlund Koch, responsable réseau d’assainissement chez Provas
« Il est vraiment très important de pouvoir tirer parti de nos forces respectives et de trouver de bons partenaires de coopération comme Grundfos. Sur le long terme, nous avons tout à y gagner ! »- Casper Højlund Koch, responsable réseau d’assainissement chez Provas
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