Les avantages de l’optimisation du réseau vapeur
Pourquoi se concentrer sur le présent est crucial pour l’avenir
Si l’on regarde les rapports d’étape face au changement climatique publiés ces dernières années, nous y trouverons peu de raisons de nous réjouir. Nous en connaissons les enjeux ; si nous ne limitons pas la hausse de la température de notre planète, les conséquences seront désastreuses. Pourtant, l’action rapide nécessaire pour atteindre notre objectif zéro émission nette n’a pas encore été mise en œuvre. Si c’est bien d’une « course vers zéro émission nette » qu’il s’agit, pourquoi ressemble-t-elle moins à un sprint qu’à une course « à trois pattes » ?
Souvenez-vous des débuts de l’année 2022. Le monde se remettait d’une pandémie dévastatrice et les économies se reconstruisaient. Mais si nous pensions alors que les choses allaient mieux en matière de changement climatique, il y avait toutefois un revers de la médaille. Les émissions de CO2 issues de l’électricité et de la chaleur avaient atteint leur plus haut niveau jamais atteint, incitant l’Agence internationale de l’énergie (AIE) à lancer un appel à l’action.
Le monde doit maintenant s'assurer que le rebond mondial des émissions en 2021 n'était qu'une exception - et que les investissements durables combinés au déploiement accéléré de technologies énergétiques propres réduiront les émissions de CO2 en 2022...¹
Le défi a été lancé, et une autre année est passée. Une période qui a vu l'agression en Europe et l'émergence d'une crise énergétique mondiale. L’impact sur les aspirations en matière de changement climatique a été brutal. En mars dernier, l’AIE a signalé que « les émissions mondiales de dioxyde de carbone (CO2) provenant de la combustion d'énergie et des processus industriels ont augmenté de 0,9 % ou de 321 millions de tonnes en 2022 pour atteindre un nouveau record historique de 36,8 gigatonnes. »
La bonne nouvelle est, qu’au moins, l’énergie propre a poursuivi sa progression rapide, « sans cela, la croissance des émissions de CO2 aurait été près de trois fois supérieure ».²
Verre à moitié vide ou à moitié plein ?
De tous les points de vue, les perspectives peuvent sembler décourageantes. Un peu comme lorsqu’un bulletin scolaire indique encore et encore : « peut mieux faire ». Le fait que nous semblions toujours regarder par-dessus nos épaules, à ce que le monde aurait pu être, au lieu de regarder vers l’avenir avec optimisme et ambition, n’aide pas.
C’est un exemple classique du problème d’échelle. Face à des problèmes qui dépassent largement nos actions individuelles, nous avons tendance à nous démotiver. Les sentiments d’impuissance peuvent dominer ou, au contraire, nous nous tournons vers l’optimisme technologique.
On peut le voir à l'œuvre dans les approches visionnaires de la lutte contre le changement climatique. Oui, nous attendons avec impatience que l'hydrogène vert soit largement disponible, que nous puissions éliminer le dioxyde de carbone et l'enfermer pour de bon, et nous accueillons favorablement tout processus innovant qui élimine sa production en premier lieu.
Captant notre imagination, ils semblent offrir des promesses lorsque les bons côtés se font rares. L’innovation sera toujours essentielle pour faire face à la complexité et à l’ampleur des problèmes liés au changement climatique. Avec le temps, elle fera partie de notre quotidien. Cependant, le temps ne joue pas en notre faveur.
Il ne nous reste plus que sept ans pour limiter la hausse à 1,5 °C
Telle était la conclusion du rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat publié en début d’année. Un appel à l’action, certes, mais, comme le suggèrent les auteurs, « dans le secteur industriel, bien que difficile, l’objectif zéro émission nette de CO2 est possible ».
Sur plus de 2 000 pages, le rapport du GIEC se penche sur chaque aspect de la crise climatique. Lorsqu’il traite de la réduction des gaz à effet de serre (GES) du secteur énergétique global, il suggère que cela « nécessite des transitions majeures, notamment une réduction substantielle de l’utilisation des combustibles fossiles, le déploiement de sources d’énergie faiblement émettrices, le passage à des vecteurs énergétiques alternatifs, ainsi que l’efficacité et la conservation énergétiques. »³
Faisant écho au message du GIEC, le directeur général de l’initiative Science Based Targets (SBTi), Luiz Amaral, a souligné que la limitation du réchauffement climatique à 1,5 °C nécessite d’en passer par un pic avant 2025, une réduction des émissions de 43 % d’ici 2030, et de 60 % d’ici 2035, avant d’atteindre l’objectif zéro émission nette au début de 2050.
Ce ne sera pas facile, mais avec le bon état d’esprit, des progrès significatifs peuvent être réalisés vers un avenir plus durable.
Les organisations ayant des objectifs scientifiques validésont prouvé que des réductions monumentales sont possibles, en réduisant les émissions de Scope 1 et 2 de 12 % en moyenne d’une année sur l’autre, soit plus que les réductions annuelles de 7,6 % nécessaires pour atteindre l’objectif de l’Accord de Paris de limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C.⁴
Pourquoi l’optimisation de l’efficacité n’est-elle pas de l’histoire ancienne ?
Les progrès réalisés par les 2 731 entreprises ayant des objectifs fondés sur la science, dont nous faisons partie, sont encourageants. En se concentrant sur le présent et en refusant de laisser le statu quo contrôler l’histoire, des progrès sont réalisés. Les entreprises auront différentes façons d’atteindre leurs objectifs, mais toutes auront un thème commun : l’efficacité.
Tel était l’un des messages clés de la feuille de route autour de la décarbonation industrielle publiée par l’administration Biden-Harris en septembre de l’année dernière. Étant classé en deuxième position des pays aux émissions de CO2 les plus élevées, tout progrès, même infime, dans la manière dont il vise à résoudre ce problème est le bienvenu. Reconnaissant qu’aux États-Unis, 30 % des émissions de CO2 liées à l’énergie proviennent de l’industrie, il se concentre sur la voie à suivre pour cinq des industries les plus émettrices de CO2 : les secteurs du raffinage du pétrole, des produits chimiques, du fer et de l’acier, du ciment et agroalimentaire.
Sur les quatre piliers technologiques clés identifiés, il conclut :
« L’efficacité énergétique représente une stratégie transversale fondamentale de décarbonisation, et elle reste l’option la plus rentable pour réduire les émissions de GES (Gaz à Effet de Serre) à court terme. »⁵
Le gouvernement américain ne considérait pas uniquement l’efficacité comme faisant partie du plan visant à éviter une catastrophe climatique. L’AIE a publié son rapport de suivi sur l’efficacité énergétique le même mois, mettant l’accent sur :
« L’efficacité énergétique est la mesure la plus importante pour éviter la demande d’énergie dans le scénario zéro émission nette d’ici 2050, avec les mesures étroitement liées de l’électrification, du changement de comportement, de la numérisation et de l’efficacité des matériaux. »⁶
Vous pourriez penser que rien ne pourrait être plus pragmatique que d’augmenter l’efficacité. Il est à notre agenda de tous les jours. Alors pourquoi nous rappelle-t-on constamment son importance ?
… et pourquoi l’optimisation du réseau vapeur reste-t-elle une priorité ?
Largement reconnue par de nombreuses industries comme étant une partie essentielle et durable de leurs process, la vapeur est une source d’énergie thermique naturellement efficace. Cela ne veut pas dire que les réseaux vapeur ne peuvent pas être améliorés, mais l’expérience et l’expertise signifient que nous savons comment nous y prendre.
Il existe une gamme de mesures éprouvées et rentables qui permettent d’améliorer un réseau vapeur. Si celles-ci ne sont pas universellement adoptées, la raison en est une combinaison de facteurs, dont beaucoup ne sont pas liés à des obstacles budgétaires.
La première raison, qui est aussi la plus simple, est le manque d’informations et de connaissances. Alors que de récents rapports de haut niveau ont souligné l’efficacité comme première étape vers la décarbonisation, les réseaux vapeur sont complexes, souvent propres à une industrie donnée, voire à une usine. Pour savoir où optimiser, découvrir comment s’y prendre efficacement et comprendre exactement quels en seront les avantages, une aide spécialisée s’avère nécessaire.
Une série d’autres facteurs s’associent pour maintenir l’efficacité en tête de liste des « choses à faire » pour de nombreuses entreprises. Souvent, un manque de ressources financières rend difficile l’adoption même de mesures qui seront amorties en peu de temps (en particulier pour les petites et moyennes entreprises). L’absence de soutien de la part de la haute direction, l’incertitude concernant les nouvelles technologies et la crainte d’une interruption de la production, ainsi que le manque d’incitations gouvernementales et la non-application des réglementations gouvernementales, s’ajoutent à l’inaction.
Au-delà des obstacles généraux qui entravent l’amélioration de l’efficacité, les réseaux vapeur ont leur propre ensemble spécifique de défis à surmonter. Traditionnellement, de nombreuses entreprises se sont concentrées sur les chaudières, et non sur l’ensemble du réseau vapeur qui comprend la production de vapeur (chaudières), la distribution, les systèmes de récupérationet la manière dont la vapeur est utilisée.
Bien que l’optimisation du réseau puisse s’avérer être plus difficile que le simple fait de remplacer un équipement, nécessitant une connaissance et une évaluation plus globales du réseau, elle entraînera souvent des économies d’énergie bien plus importantes que le remplacement d’un seul composant par un autre plus efficace.⁷
Et, si le simple fait de remplacer une chaudière par une autre plus économe en énergie peut sembler logique, cela ne signifie pas nécessairement que l’ensemble du réseau vapeur industriel sera plus efficient. La sous-estimation ou la surestimation de la demande de vapeur, la mauvaise gestion du réseau et le fonctionnement de celui-ci en dessous de l’efficacité optimale sont des facteurs courants de réduction de l’efficacité globale.
Évaluation de l’optimisation du réseau vapeur
Il y a près de dix ans de cela, le rapport de l’Organisation des Nations Unies pour le développement industriel (ONUDI) se penchait sur les potentiels d’efficacité énergétique des réseaux vapeur industriels.⁷ L’objectif était de démontrer quelles mesures d’efficacité étaient rentables ainsi que d’en estimer la valeur. La Chine a été choisie pour servir de test.
Sept experts en vapeur issus des États-Unis, de l’Europe et de la Chine ont ainsi été consultés afin de déterminer les mesures communes d’efficacité énergétique à inclure, leurs économies d’énergie respectives et le coût de leur mise en œuvre.
Contrairement à celui de nombreux pays, le modèle de consommation énergétique de la Chine est dominé par le secteur industriel. En 2019, l’industrie manufacturière représentait environ 55 % de la consommation totale d’énergie de la Chine, et 59,6 % de l’énergie du secteur manufacturier provenait du charbon.⁸
En s’accordant sur neuf mesures techniquement réalisables, les experts ont constaté qu’à l’exception de deux, toutes seraient rentables, conduisant potentiellement à une réduction annuelle des émissions de CO2 s’élevant à 201,23 millions de tonnes. La prise en compte de l’ensemble de ces mesures se traduirait par un potentiel total d’économies techniques de combustible s’élevant à environ 26 % du combustible total utilisé pour produire de la vapeur.
Cette économie de combustible était supérieure à la consommation d’énergie primaire de plus de 160 pays à travers le monde.
Ce tableau répertorie les neuf mesures d’efficacité des réseaux vapeur, avec des valeurs sélectionnées :
Économies de combustible annuelles cumulées et réduction des émissions de CO₂, pourcentage d’amélioration de l’efficacité et potentiel de durée de vie des mesures d’efficacité des réseaux vapeur industriels en Chine, classées par coût d’énergie économisée
| % d’amélioration type de l’efficacité énergétique par rapport à une pratique à faible efficacité | Potentiel annuel cumulé d’économies de combustible dans l’industrie (PJ/an) | Potentiel annuel cumulé de réduction des émissions de CO₂ de l’industrie (ktCO2/an) | Durée de vie type de la mesure (années) | |
| 1: Gestion de l’excès d’air : réglage de la régulation de positionnement existant (ou régulation simple) | 5.0% | 348 | 34,177 | 0.5 |
| 2: Optimisation de la combustion | 3.5% | 572 | 56,227 | 12 |
| 3: Optimisation de l’isolation des tuyauteries, vannes, raccords et cuves de vapeur | 5.0% | 868 | 85,368 | 10 |
| 4: Optimisation de la déconcentration de la chaudière et de la mise en température issue de la déconcentration de la chaudière | 2.8% | 1,025 | 100,769 | 12 |
| 5: Mise en place d’un programme efficace de maintenance du purgeur de condensat | 2.2% | 1,140 | 112,049 | 7 |
| 6: Optimisation de la récupération des condensats |
4.1% | 1,346 | 132,304 | 12 |
| 7: Récupération de l’énergie thermique contenue dans les gaz de combustion (économiseur et/ou réchauffeur d’air) |
7.4% | 1,687 | 165,817 | 16 |
| 8:Récupération de la vapeur de revaporisation |
3.9% | 1,851 | 181,953 | 10 |
| 9: Optimisation de la perte au feu (« PAF ») | 5.0% | 2,047 | 201,231 | 10 |
Si l’on repense à ce délai de sept ans pour faire de réels progrès vers l’objectif zéro émission nette, la durée de vie de ces mesures montre à quel point l’optimisation des réseaux vapeur peut faire une réelle différence. Alors que toute amélioration aurait clairement un impact, ce n’est que lorsque l’ensemble du réseau est optimisé que les avantages deviennent significatifs.
La plupart de ces mesures sont adaptées à tous les réseaux vapeur, quel que soit le moyen de production. La principale variable sera clairement l’impact sur les émissions de CO2.
Reconnaissant la nécessité d’une énergie plus propre, le président chinois Xi Jinping a déclaré que le pays serait neutre en carbone d’ici 2060. Il est déjà le plus grand investisseur mondial dans la transition énergétique propre, ayant engagé 266 milliards de dollars en 2021, soit plus d’un tiers du total mondial (755 milliards de dollars).
En se concentrant sur l’instant présent et en s’assurant que toutes les mesures d’efficacité possibles sont utilisées, une réduction des émissions est à portée de main.
Atteindre une optimisation efficace dans les réseaux vapeur
Pour en revenir aux statistiques énergétiques que nous avons couvertes au début de cet article, ainsi qu’au défi à relever pour atteindre l’objectif zéro émission nette, il est utile de voir comment traduire les généralisations autour de « l’efficacité » en action.
Aucune de ces mesures n’est en attente de développement. Toutes sont techniquement possibles et, dans la plupart des cas, rentables sur une période relativement courte. Et, plus important encore, elles récolteront des bénéfices tangibles tandis que les autres technologies, plus récentes, n’en sont encore qu’à leurs prémices.
Depuis la publication du rapport de l’ONUDI, le potentiel d’optimisation des réseaux vapeur a également progressé. Aujourd’hui, avec l’adoption rapide de la transformation numérique, notre connaissance de l’endroit exact où l’optimisation sera la plus efficace est bien plus grande. C’est quelque chose que le GIEC a souligné dans son rapport cette année :
Les technologies numériques peuvent contribuer à l’atténuation du changement climatique et à la réalisation de plusieurs ODD (confiance élevée). Par exemple, les capteurs, l’internet des objets, la robotique et l’intelligence artificielle peuvent améliorer la gestion de l’énergie dans tous les secteurs, accroître l’efficacité énergétique et promouvoir l’adoption de nombreuses technologies à faibles émissions, y compris les énergies renouvelables décentralisées, tout en créant des opportunités économiques (confiance élevée).³
En matière d'efficacité, chaque pays a ses meilleurs élèves, qui cochent toutes les cases, et ses exceptions, qui n'ont jamais réfléchi à l'optimisation. Cependant, il est fort probable que la marge d’amélioration soit toujours présente.
En utilisant les dernières informations numériques, nous n’avons jamais eu de meilleure occasion d’obtenir une évaluation technique détaillée des opportunités d’efficacité énergétique du réseau vapeur. Les enjeux n’ont jamais été aussi grands. Bien qu’il soit possible que nous ayons d’autres nouvelles décevantes concernant le changement climatique, mais comme Bill Gates l’a dit un jour, « les mauvaises nouvelles font les gros titres, et les améliorations progressives ne le font pas ».
¹: Les émissions mondiales de CO2 ont atteint leur plus haut niveau historique en 2021 - Actualités - AIE
²: Les émissions mondiales de dioxyde de carbone liées à l’énergie ont augmenté de moins de 1 % en 2022, moins que ce que l’on craignait initialement, car la croissance des énergies renouvelables a limité l’impact de l’utilisation accrue du charbon et du pétrole - Actualités - AIE
³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf
⁴: Le GIEC publie un « dernier avertissement » pour maintenir le réchauffement à 1,5 °C - Science Based Targets
⁵: Feuille de route de la décarbonisation industrielle du DOE | Ministère de l’Énergie
⁶: Efficacité énergétique - Analyse - AIE
⁷: Potentiels d’efficacité énergétique dans les réseaux vapeur industriels en Chine (unido.org)
Au moment de la rédaction de l’étude, les chaudières au charbon représentaient environ 80 à 85 %, les chaudières au mazout et au gaz, environ 15 %, et les chaudières utilisant d’autres combustibles (p. ex. électricité, biomasse, etc.), moins de 5 % de la capacité totale des chaudières en Chine.
⁸: Comment évolue l’empreinte énergétique de la Chine ? | Projet ChinaPower (csis.org)
⁹: Chine - Pays et régions - AIE