L'électricité est l'élément d'investissement le plus important dans une installation d'extrusion sous pression, qui a déjà optimisé son achat de résine. Contrairement à la résine, cette dernière est presque entièrement contrôlée par la technique. Une ligne d'extrusion sous pression qui transforme un kilogramme de HDPE en flacons finis en utilisant 0,85 kWh et une ligne qui tire parti du même dépannage pour utiliser 0,42 kWh produisent des pièces identiques à partir de la même matière première. La différence réside entièrement dans l'architecture de l'entraînement, l'enveloppe thermique, le circuit d'air compressé et la manière dont la machine se comporte pendant les secondes où elle ne transporte rien. Cet article présente les lois physiques sous-tendant ces différences, avant de développer une méthode arithmétique reproductible qui permet à un ingénieur d'usine de calculer la réduction en kilowatt-heure annuelle possible en passant d'une extrusion sous pression hydraulique à une extrusion sous pression entièrement électrique, rien qu'en utilisant le rendement annuel en kilogrammes et une valeur mesurée de consommation d'énergie spécifique.
Dans ce guide, toutes les économies sont exprimées en kilowatt-heure, en pourcentages, en points d'index ou en bandes relatives. Les structures tarifaires diffèrent énormément selon les régions, les types de contrat, les fenêtres d'utilisation et les régimes de charge selon la demande, et toute tentative d'indiquer une économie monétaire universelle serait trompeuse. Convertissez-vous-mêmes les figures en kilowatt-heure en euros, en utilisant la structure tarifaire de votre propre contrat d'approvisionnement – le travail d'ingénierie consiste à obtenir les bons chiffres en kilowatt-heure, et c'est ce qui suit. Apollo, une usine Wanplas basée à Zhangjiagang, qui dispose de plus de vingt ans d'expérience dans la fabrication de machines à exsuprision et à soufflemoldage et qui compte plus de 4 000 machines en service dans plus de 90 pays, a conçu sa série entièrement électrique autour des mécanismes de perte décrits ci-dessous, et les chiffres utilisés ici reflètent ce que l'architecture servo-électrique peut réaliser en 2026, plus réaliste que le meilleur scénario de marketing.
Pourquoi l'architecture de la courroie est la variable d'énergie la plus importante à contrôler dans les processus de Bio-Based Materials.
Dans le moulage par soufflage par extrusion, la machine passe la majeure partie de chaque cycle sans effectuer de travaux importants mécaniquement. L'extrudeur tourne en continu et produit le parison, mais les actions de serrage, de déplacement du moule, d'activation de la tige de soufflage et de déploiement du dessus/plat sont toutes de courtes phases à forte force, séparées par des intervalles d'inactivité relativement longs. Un cycle typique de production de bouteilles HDPE de 2 L sur une machine à deux postes peut durer 14 à 22 secondes, dont les actions de serrage et de transfert du moule occupent peut-être 2 à 4 secondes au total. Tout le reste consiste en l'extrusion, le refroidissement et le retrait du produit.
Ce profil de consommation est la raison pour laquelle l'architecture des moteurs domine le panorama énergétique. Une pompe hydraulique à déplacement fixe doit continuer à tourner à pleine vitesse pendant toute la course, quelle que soit la demande de débit. Lorsque aucun débit n'est requis, l'huile est simplement rejetée par une valve de dégagement et l'énergie est transformée en chaleur, qui doit ensuite être évacuée par un refroidisseur d'huile - une deuxième pénalité énergétique, en plus de la première. Un système servo-hydraulique réduit cette perte en variant la vitesse de la pompe en fonction de la demande, mais maintient tout de même un débit de base en veille et continue à subir des pertes de throttling et de fuites via les valves et joints. Un machine entièrement électrique ne consomme essence que très peu lorsque les guidages et les monceaux sont à l'arrêt, car un moteur à servoélectrique à couple commandé à zéro et à vitesse zéro ne consomme que ses propres circuits électroniques de commande et le courant de maintien.
La deuxième raison pour laquelle l'architecture du système est importante est thermique. L'huile hydraulique qui a été bloquée par une clapet de secours se transforme en chaleur et cette chaleur est rejetée dans le circuit d'eau de refroidissement. Le compresseur ou la tour de refroidissement qui l'éliminent consomment de l'électricité. Un moteur de pompe de 30 kW dépensant 60 pour cent de chaque cycle en bypass injecte environ 18 kW de charge thermique dans l'huile, ce qui nécessite au total 5 à 6,5 kW de puissance de compression pour la rejeter. Cette répercussion en cascade est habituellement omise lors des mesures uniques des machines et est une des raisons répandue pour lesquelles les économies mesurées au niveau de l'usine, issues de l'électrification, dépassent les économies prédites uniquement à partir des comparaisons entre tableaux de performances des machines.
La troisième raison est la qualité de contrôle, qui affecte indirectement mais significativement l'énergie. Les axes servo-électriques assurent le positionnement et les profils de vitesse beaucoup plus précisément que les vannes hydrauliques proportionnelles, en particulier pendant les fluctuations de température liées à une longue chaîne de production. Une meilleure reproductibilité entraîne un meilleur contrôle de l'épaisseur des parois, ce qui signifie moins de matière par pièce, c'est-à-dire moins de kilogrammes extrudés et chauffés par mille conteneurs. L'énergie par kilogramme et les kilogrammes par pièce sont deux leviers indépendants, et l'architecture entièrement électrique améliore simultanément les deux.
Comment les trois architectures d'entraînement d'EBM consomment réellement de l’énergie
Trois architectures de conduite dominent la base installée de la moulage extrudé sous pression en 2026 : les systèmes hydrauliques à déplacement fixe ou variable ou à entraînement servomoteur et les systèmes entièrement électriques. Connaître les mécanismes de perte de chaque architecture est la condition préalable à toute calcul d’économie crédible, car chaque architecture tombe dans une autre faille.
Hydraulique à déplacement fixe : flux constant, perte constante
Le circuit hydraulique classique de la MBE utilise une ou plusieurs pompes à palettes ou à engrenages de déplacement fixe, entraînées par un moteur à induction à vitesse constante, généralement un moteur à quatre pôles tournant à près de 1 450 tours par minute. La pompe fournit un volume d’huile fixe par tour, indépendamment de la demande. La pression du système est définie par une vanne de régulation, et le surplus de débit retourne dans le réservoir à travers cette vanne.
Le comportement énergétique découle directement de cette description. Durant le serrage – les quelques secondes où le moule se ferme et que la pression de pincement se développe – la pompe effectue un travail utile réellement et la motorisation approche de sa puissance nominale. Pendant les 70 à 85 pour cent du cycle, la pompe est toujours en marche, continuant de consommer de l’énergie pour propulser l’huile au travers de la vanne de dissolution et continuant de transformer cette énergie en augmentation de la température de l’huile. La puissance d’état de repos mesurée sur un tel circuit varie généralement de 25 à 40 % de la puissance nominale du moteur de la pompe, et les machines plus anciennes dont les pompes sont usées, les joints sont endommagés et les réglages de la vanne de dissolution décalés peuvent atteindre 45 %.
Les pertes en mode d'attente sont plus importantes que les pertes en veille. De nombreuses usines laissent les unités de puissance hydraulique en marche pendant les changements de moule, les changements de couleur, les arrêts courts prévus et les transmissions de service, car la redémarrage et le réchauffement de l'huile prennent du temps. Une machine qui produit effectivement pendant 6 200 heures par an peut voir sa unité de puissance hydraulique activée pendant 7 000 heures. Ces 800 heures non productives consomment de véritables kilowattheures et ne produisent aucun kilogramme, ce qui rétréci le taux de consommation d'énergie spécifique sans s'afficher nulle part dans le procès-verbal du processus.
Pompes à variable débits et hydrauliques à servo : mieux, mais toujours fluide
Un système servo-hydraulique associe un servomoteur à aimants permanents à une pompe à débits fixes ou variables et régule le débit en modifiant la vitesse du moteur plutôt que par ajustement. Lorsque aucun actionneur ne demande de débit, le moteur ralentit jusqu'à une vitesse de réserve inférieure ou s'arrête complètement. La puissance à l'arrêt est généralement de 5 à 12 % de la puissance du moteur de la pompe nominalement nommée, ce qui représente une amélioration importante par rapport au point de référence à débit fixe.
Les pertes résiduelles persistent à quatre endroits. Les tuyauteries de fuite volumétriques à travers les composants intérieurs de la pompe et les manchons des soupapes continuent de se produire dès que le circuit est sous pression. La perte de pression à travers les soupapes directionnelles et proportionnelles transforme une partie de chaque activation en chaleur, même lorsque le mouvement est utile. La viscosité de l'huile varie avec la température, de sorte que le circuit n'est à son optimum de rendement que dans une plage assez étroite, généralement comprise entre 40 et 55 °C pour une huile hydraulique minérale de catégorie ISO VG 46. Et les accumulateurs, dans le cas d'installation, introduisent leur propre inefficacité de charge-décharge.
Les pertes liées aux accumulateurs méritent une attention particulière car elles sont souvent négligées. Les machines EBM à assistance d'accumulateur, courantes sur les grands équipements de la classe ABLD traitant des conteneurs de 20 L à 1500 L où un grand volume doit être livré rapidement, stockent l'énergie hydraulique dans une vessie pneumatique ou un récipient à piston et la libèrent pendant la phase de forte demande. L'efficacité du stockage pour aller-retour est généralement de 85 à 92 % dans des conditions favorables, mais chute lorsqu'il y a dérive de la pression de préchargement, lorsque le gaz passe à travers la vessie au cours de mois de service, ou lorsque la décharge est contrôlée pour contrôler la vitesse. Une perte de 10 % pour aller-retour sur un accumulateur qui traite une fraction significative de la demande d'énergie maximale de la machine n'est pas négligeable, et cette perte est invisible sans instrumentation dédiée.
Entièrement électrique : le couple uniquement lorsque le couple est requis
Une machine de construction par soufflage-blasage entièrement électrique remplace entièrement le circuit hydraulique. L'unité de serrage est pilotée par un moteur servo qui agit par l'intermédiaire d'un mécanisme à bras télescopique ou d'un système à bille et tête transversal. L'extrudeur est entraîné par un moteur servo ou à rendement élevé en courant alternatif, à travers une boîte de vitesse directe ou à faible rapport, et non pas par un moteur hydraulique. Le déplacement de la table d'extrusion, l'insertion de la fixation de soufflage, le défrottement et le transfert de la pièce sont assurés par d'autres axes servo ou par des actionneurs électriques compacts.
La caractéristique énergétique déterminante est que l'axe de commande stationnaire ne consomme que le courant de maintien, plus les pertes d'électronique. Sur une machine où l'unité de serrage est mécaniquement bloquée dans la position fermée par la géométrie de brassage, même le courant de maintien est nul, car la gâchette véhicule la force de serrage mécaniquement, et non pas le moteur, qui la véhicule de façon électrique. La consommation pendant le temporisateur sur le côté de déplacement d'une machine EBM entièrement électrique est communément inférieure à 2 % de la puissance de déplacement en fonctionnement, contre 25 à 40 % pour un équivalent à déplacement fixe.
Un deuxième avantage moins discuté est le freinage régénératif. Quand un unité de serrage à entraînement servo ralentit une masse en mouvement à la fin d’un mouvement, le moteur agit comme un générateur. Dans les systèmes d’entraînement ayant une alimentation électrique à courant continu commune, l’énergie récupérée est disponible pour d’autres axes sur le même bus plutôt que d’être dissipée dans un résistance de ralentissement. Sur une machine avec plusieurs axes coordonnés et un bus bien conçu, 3 à 8 % de l’énergie de la marche peut être recirculée à l’intérieur. Ce résultat est modeste isolément, mais se cumule au cours de millions de cycles par an.
Ce qui ne change pas dans une architecture entièrement électrique, c’est la charge de chauffage. Les chauffe-têtes, les chauffe-barre et les chauffe-queue ou raccords à soufflerie absorbent de l’énergie résistive quel que soit le type d’entraînement. De même, elle ne change pas la demande en air comprimé, en eau de climatisation ni en équipement auxiliaire. Comprendre cette limite est essentiel pour fixer des attentes réalistes et c’est pourquoi le découpage en pourcentage de la section suivante est plus important que n’importe quelle affirmation en gros titres.
Tableau 1 : Caractéristiques énergétiques des architectures de conduite comparées
| Caractéristique | Hydrodynamique à déplacement fixe | Hydraulique variable / servomécanisme | Tout électrique |
|---|---|---|---|
| La puissance de fonctionnement à vide rapportée à la puissance de mouvement nominale | 25-40 % (les unités usées jusqu'à 45 %) | 5–12 % | < 2 % |
| Déperdition d’énergie en veille pendant les arrêts et les changements de moule | Haut – unité de puissance généralement laissée au repos | Moyen — le moteur est en vitesse de ralenti. | Très bas — entraînement nul, chauffages uniquement |
| Dégradation du cycle du chargeur (si équipé) | 8 à 15 % de l’énergie stockée | 8 à 15 %, se dégradant avec le décalage de charge préventive | Non applicable – absence de quai hydraulique |
| Réduire la vitesse d'ouverture de la vanne et les pertes de fuite | Haut niveau | Moyen | Aucun. |
| Chaleur perdue dans le circuit de refroidissement | Élevé – refroidisseur à huile dédié requis | Modèle intermédiaire – refroidisseur d'huile plus petit | Bas – ventilation du boîtier de commande uniquement |
| Récupération d'énergie lors de la décélération. | Aucun. | Limité | 3–8 % de l’énergie cinétique, via le partage du bus DC |
| Bande SEC typique, contenants en PE (kWh/kg) | 0,65 à 0,90 | 0,50 à 0,70 | 0,35-0,55 |
| Répétabilité du mouvement de serrage et du chariot | Medium, dérive en fonction de la température de l'huile | Bonne | Excellente, indépendants de la température |
| Niveau sonore dans la zone de la machine | Haut niveau | Moyen | Faible |
| Conformité aux zones d'hygiène contrôlée et à l'industrie pharmaceutique | Bas — risque de formation de buée et de fuite d'huile. | Moyen | Élevé – pas de liquide hydraulique |
| Charge de maintenance (liquide, filtres, garnitures) | Haut niveau | Moyen | Faible |
| Bande de dépenses initiales relative | Faible | Moyen | Élevé à Premium |
Où vont les kilowatt-heures : répartition de l’énergie par pourcentage
Avant de calculer une éventuelle économie, il faut décomposer le point de base. Une cellule de soufflage et moulage n'est pas une seule charge ; elle est un ensemble de charges aux comportements très différents, et l'électrification attaque directement uniquement l'une d'elles. Les pourcentages ci-dessous représentent la répartition typique mesurée dans les cellules de moulage par soufflage de moyenne taille produisant des récipients en PE, et ils doivent être considérés comme un modèle de départ à remplacer par vos propres données sous-métrées dès que ces données existent.
Chauffage et plasticage de l'extrusion : 35 à 45 pour cent
Il s'agit du plus grand bloc de la cellule et il est généralement indépendant de l'architecture. Il comprend les bandes chauffantes du barrel, les chauffages du capuchon, les chauffages de l'adaptateur et du grand-réseau, ainsi que le travail mécanique réalisé par la vis extrudeuse pour la coupe et le transport de la matière fondu. Sur un extrudeur à vis unique bien entretenu, avec un rapport L/D de 25 à 30 : 1, lors du traitement d'HDPE, une partie importante de l'enthalpie nécessaire pour porter la résine de température ambiante à une température de fusion comprise entre 175 et 210 °C provient de la cisaillement visqueux plutôt que des bandes chauffantes. Une fois que le barrel atteint l'état de régime stationnaire, les cycles de chauffage dans les zones centrales et sur l'avant tombent souvent sous 20 %, et sur les vis à forte cisaillement, les zones avant peuvent nécessiter un refroidissement plutôt qu'un chauffage.
L'enthalpie théorique requise pour chauffer et faire fondre le HDPE de 25 °C à 200 °C est d'environ 0,19 à 0,22 kWh par kilogram, en tenant compte de la capacité calorifique spécifique de près de 2,3 kJ/kg·K dans l'état solide, de la chaleur de fusion d'environ 200 à 230 kJ/kg et de la capacité calorifique à l'état fondu. Toute énergie d'extrusion mesurée supérieur à environ 0,25 kWh/kg représente une inefficacité : radiation des surfaces de cuve nue, conduction dans la structure de la machine, bandes chauffantes redondantes en cycle de refroidissement actif ou géométrie de l'arbre qui génère beaucoup plus de chaleur de cisaillement que ne le nécessite le processus et nécessite ensuite un refroidissement de la cuve pour l'enlever.
Mouvement de serrage et de moulage : 15 à 25 %
Il s'agit du bloc sur lequel l'électrification a un effet direct. Il comprend l'ouverture et la fermeture du moule, le maintien de la force de serrage pendant le soufflage et le refroidissement, le déplacement du carrousel sur les machines à glissière et l'activation de la tige de soufflage ou de la tige de calibration. Sur une machine hydraulique à déplacement fixe, ce bloc est gonflé par les pertes de dérivation décrites précédemment ; sur une machine entièrement électrique, il se contracte considérablement car l'énergie n'est tirée que pendant le mouvement réel. Dans la pratique, le passage d'une machine hydraulique à déplacement fixe à une machine entièrement électrique réduit généralement ce bloc de 55 à 75 %.
Prise en charge de l'unité de puissance hydraulique : 10 à 20 %
Sur une machine entièrement électrique, ce bloc est essentiellement nul. Sur une machine hydraulique à volume de piston fixe, il s'agit de l'une des plus grandes pertes évitables dans l'ensemble de l'installation, et il est invisible pour les opérateurs parce que la pompe fait le même bruit quand elle effectue un travail que lorsqu'elle ne le fait pas. Sur les machines servo-hydrauliques, elle correspond généralement à 3 à 7 %. Parce que ce bloc disparaît complètement avec l'électrification plutôt que de simplement se réduire, c'est lui qui est le principal moteur de la réduction principale du pourcentage annoncé.
Air comprimé pour le soufflage : 10 à 20 %
Système d'eau de refroidissement (forme, huile, baril)
Système d’eau de refroidissement : 8 à 15 %
Le refroidissement des matrices de moulage, le refroidissement de l'huile des machines hydrauliques, le refroidissement de la gorge d'alimentation de l'extrudeur et le refroidissement de la zone du tambour sont tous assurés par les circuits d'eau refroidie et d'eau de la tour. La puissance du compresseur du refroidisseur, la puissance de la pompe et la puissance du ventilateur de la tour de refroidissement figurent toutes dans ce bloc. L'électrification réduit indirectement ce bloc en supprimant la charge de refroidissement par huile, généralement de 15 à 30 % du bloc.
Équipements auxiliaires : de 5 à 10 %.
Transporteurs de matériaux et chargeurs à aspiration, séchoirs déhumidifiants pour les matériaux hygroscopiques tels que PA, PC ou PETG, alimentation centrale, granulateurs de recyclage des flashs, transporteurs de sortie, détecteurs de fuites et postes de taillage en aval. Cet élément n'est pas dépendant de l'architecture, mais est souvent trop grand. Les granulateurs de flash, en particulier, sont souvent laissés en fonctionnement permanent lorsque leur fonctionnement doit être intermittent.
Tableau 2 : Distribution énergétique d'une cellule EBM selon l'architecture du moteur
| Bloc d'énergie | Intervalles de parts typiques | Hydraulique fixe (indice, base de 100). | Servo hydraulique (indice) | Entièrement électrique (indice) |
|---|---|---|---|---|
| Chauffage par extrusion and plasticising | 35 à 45 % | 40 | 40 | 38 |
| Fixation et mouvement du moule. | 15–25 % | 20 | 13 | 7 |
| Restauration et dérivation de l'unité de puissance hydraulique | 10–20% | 15 | 15 | 38 |
| Air comprimée pour le soufflage et la commande | 10–20% | 14 | 14 | 14 |
| 35–45 % | 8–15% | 11 | 9 | 8 |
| Équipements auxiliaires (dégazage, transport, granulation). | 5–10 % | 7 | 7 | 7 |
| Indice total de la cellule | 100 % | 107 (ligne de base réglée à 100 après la normalisation) | 88 | 74 |
Si on normalise la colonne sur la puissance fixe dans un indice de 100, on obtient un indice hydraulique à commande électrique de 82 et un indice totalement électrique de 69, soit, respectivement, une réduction de 18 % et de 31 % à la limite de la cellule. Il est à noter que ces chiffres calculés à l'échelle de la cellule sont plus conservateurs que ceux des engins fonctionnant uniquement électrique, parce qu'ils tiennent compte de l'air comprimé et des aides qui ne profitent pas de l'électrification. Lorsque l'on compare les offres des fournisseurs, il faut toujours vérifier à quelle limite la réduction indiquée se réfère.
Consommation d’énergie spécifique : le métrique qui traverse les usines
La consommation d'énergie spécifique, abrégée SEC et exprimée en kilowatt-heures par kilogram de produit final, est la seule métrique d'énergie qui survive au changement de la taille de la machine, du mix de produits, du mode de mise en service ou du pays. La puissance en kilowatts ne vous indique rien sans le temps de fonctionnement. Les kilowatt-heures annuels ne vous indiquent rien sans le rendement. La SEC normalise les deux et permet de comparer une ligne de bouteille de shampooing de 200 ml à une ligne de jerrycan de 20 litres sur une base scientifique.
Définition précise de la métrique
La SEC est calculée en divisant l'énergie électrique totale consommée sur une période définie par la masse du produit susceptible d'être vendu durant cette même période. Trois décisions de définition doivent être explicitées puis maintenues constantes :
- Frontière de mesureSeulement un boîtier terminal de machine, une machine accompagnée de divers auxiliaires dédiés ou une cellule entière comprenant une répartition proportionnelle de l'air comprimé et de l'eau glacée. Chacune de ces options est légitime ; leur mélange n'est pas recommandé.
- Sur base de masse.Kilogrammes de résine extrudée ou kilogrammes de produit fini commercialisable après retrait et rejet de matériau imperméable. La deuxième base est la plus honnête, car le matériau imperméable qui est recyclé et réutilisé a déjà consommé du solaire en solution. Sur un conteneur avec purge et moilage, le matériau imperméable peut représenter de 15 à 40 % de la masse extrudée, donc les deux bases peuvent différer d'un facteur supérieur à
- Fenêtre horaire.Une seule heure de production stable, une pleine demi-tournée ou un mois continu. Les fenêtres mensuelles permettent de saisir les démarrages, les changements de moule et les périodes d'inactivité et, par conséquent, de fournir le nombre qui explique réellement le compteur.
La convention utilisée dans ce chapitre est la suivante :“fringe située immédiatement au-delà de la limite de la cellule, excluant la production d'air comprimé, en fonction de la masse du produit fini susceptible de sortir de l'usine, sur une période de douze mois.” Cette convention est la plus utile lorsqu'il s'agit de préparer un budget annuel, car elle se calcule directement par rapport au volume de vente.
Bandes de référence pour les emballages en PE
Dans tout le parc d'installations de moule-brosse utilisé pour le procédé EBM, le SEC (echapement) des récipients en HDPE et en LDPE de 200 ml à 20 litres se situe dans des bandes raisonnablement cohérentes. Une machine à hydraulique de génération ancienne avec un volume de déplacement fixe, actionnant à un faible taux de charge et à un baril non isolé, mesurera généralement 0,65 à 0,90 kWh/kg. Une machine à hydraulique bien entretenue, équipée d'une pompe à displacement variable et d'un baril isolé, mesurera 0,50 à 0,70 kWh/kg. Une machine entièrement électrique de dernière génération, correctement dimensionnée en fonction du produit et fonctionnant à un taux de charge sain, mesurera 0,35 à 0,55 kWh/kg.
Le matériau compte autant que la machine. Le PP nécessite une température de fusion légèrement supérieure à celle du HDPE et présente un enthalpie de fusion plus élevée, ce qui élève la SEC d'environ 5 à 10 %. Le PVC rigide fonctionne à une température de fusion plus basse, typiquement comprise entre 165 et 185 °C, mais exige une gestion tout à fait soigneuse du cisaillement et souvent des vitesses d'entraînement plus basses, ce qui peut élever ou abaisser la SEC. Les résines techniques telles que le PC et le PA ajoutent une charge de séchage pouvant contribuer de 0,05 à 0,12 kWh/kg à elle seule, et le PC requiert également des températures de fusion bien supérieures à 250 °C. Chaque benchmark SEC doit donc indiquer le matériau.
Calculs élémentaires
Le calcul annuel de l'électricité se réduit à une seule expression :
Consommation électrique annuelle (kWh) = Consommation d'énergie spécifique (kWh/kg) × Production commerciale annuelle (kg)
Et l'économie liée à une modification d'architecture est de :
kWh annuels économisés = (base SEC − SEC entièrement électrique) × production vendable annuelle (kg)
L'élégance de cette formule réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de présumer des délais de cycle, du nombre de machines, du schéma d'exploitation ou de l'utilisation. Tous ces éléments sont déjà intégrés dans le SEC mesuré et dans le tonnage annuel atteint. Le travail d'ingénierie consiste à mesurer honnêtement le SEC de référence et à définir un SEC cible défendable pour la machine de remplacement – et non dans l'opérations d'addition soustraction en elle-même.
Heures d'exploitation annuelles et facteur de charge : Modélisation de la charge opérationnelle
Bien que la méthode SEC ne nécessite pas de modèle horaire pour calculer l'économie, un modèle horaire est essentiel à deux autres fins : dimensionner l'infrastructure électrique, et comprendre pourquoi deux installations ayant des machines identiques déclarent des valeurs de SEC différentes.
Trois schémas de décalage standard
Un fonctionnement en deux shifts, cinq jours par semaine avec les jours fériés statutaires offre généralement de 3 800 à 4 200 heures planifiées par an, dont environ 3 300 à 3 700 heures productives après changement des moules, de la couleur et de l'entretien. Un fonctionnement en trois shifts, cinq ou six jours par semaine atteint de 6 000 à 7 000 heures planifiées, avec 5 300 à 6 300 heures productives. Un fonctionnement de façon vraiment continue, sept jours par semaine avec des fenêtres d'entretien planifiées, atteint environ 8 000 heures planifiées, avec 7 200 à 7 600 heures productives.
Le ratio entre les heures de fonctionnement et les heures programmées est le point où les architectures hydraulique et électrique se distinguent fortement. Pendant les 400 à 600 heures non productives dans une année à trois services, une unité de puissance hydraulique de capacité fixe qui reste alimentée continue à puiser 25 à 40 % de sa puissance nominale, tout en ne produisant rien. Une machine entièrement électrique, dans le même état, ne consomme que l'énergie correspondante au réchauffement des barils, qui peut être réduite de 30 à 50 % en utilisant un abaissement de température de veille de 40 à 60 °C en dessous de la température de processus. C'est le mécanisme par lequel l'électrification améliore la SEC de plus de ce que l'argumentation mathématique sur le blocage de la motorisation ne l'indiquerait pas.
Faible de chargement et conséquences
Le facteur de charge est le rapport entre la puissance tirée en moyenne et la charge de la machine. Les cellules EBM réelles fonctionnent à un facteur de charge de 0,55 à 0,85. Une machine conçue généreusement pour un produit de grande contenance mais actuellement utilisée avec des contenants plus petits se situera à l'extrémité basse ; une machine fonctionnant à son extrémité de pose en extrusion, bâti avec un assemblage complet de moules, se situera à l'extrémité haute.
Le facteur de charge affecte les machines hydrauliques et électriques de manière asymétrique. Une pompe hydraulique présente un faible facteur de charge, mais fonctionne toujours à pleine vitesse, de sorte que sa perte par évacuation reste constante en termes absolus, tandis que le rendement utile diminue – l'ESC s'aggrave rapidement en diminuant le facteur de charge. Un actionneur servo-électrique, avec un faible facteur de charge, tire simplement moins de courant, de sorte que son ES decrease seulement légèrement. En pratique, avec un facteur de charge de 0,55, l'avantage de l'architecture entièrement électrique sur l'hydrolique de volume fixe s'accroît de 45 à 55 %, tandis que avec un facteur de charge de 0,85, il diminue de 25 à 32 %. Les installations dont les carnets de commandes sont volatils et qui introduisent souvent de nouveaux produits bénéficient donc de manière disproportionnée de l'électrification.
Tableau 3 : Modèle de durée d'exploitation et de facteur de charge
| Schéma de poste | Heures planifiées par an | Heures de production | Heures de fonctionnement non productives | Facteur de charge typique. | Amende relative de la SEC sur les systèmes hydrauliques |
|---|---|---|---|---|---|
| Deux shifts, cinq jours | 3,800–4,200 | 3 300-3 700 | 400–600 | 0,55–0,70 | Élevé (réinitialisations fréquentes, période d'inactivité prolongée) |
| Trois shifts, de cinq à six jours | 6 000–7 000 | 5 300 à 6 300 | 500–800 | 0,65-0,80 | Moyen |
| Continu continu, sept jours | 7 800 à 8 200 | 7,200–7,600 | 300–600 | 0.75–0.85 | Faible (mais la perte absolue en kWh est élevée) |
Calcul : Réduction d'énergie en kWh pour 500, 1500 et 3000 tonnes par an
La calcul suivante applique la méthode SEC à trois échelles des installations couvrant la plupart des opérations de moulage par soufflage indépendant. Toutes les données sont exprimées en kilowatt-heure et en pourcentage. Aucun montant financier n'est donné, car les structures tarifaires varient d'une région à l'autre, en fonction des contrats, des frais de demande et des phrases de temps d'utilisation. Appliquez votre propre structure tarifaire à ces données exprimées en kilowatt-heure pour obtenir un résultat financier lié à votre contrat d'approvisionnement.
Définitions du scénario
Trois couples de données de base et de cibles sont évalués à chaque niveau de sortie, représentant l'éventail de résultats réalistes :
- Cas conservateur :Norme type de 0,60 kWh/kg (dans une machine servo-hydraulique envisageable) améliorée à 0,50 kWh/kg. Amélioration de 0,10 kWh/kg, soit 16,7 %.
- Cas typique :point de départ : 0,70 kWh/kg (parc de machines hydrauliques à différents âges) ; amélioration à 0,45 kWh/kg. Amélioration de 0,25 kWh/kg, soit une réduction de 35,7 %.
- Meilleur des cas possibles : SEC de référence 0,90 kWh/kg (un parc ancien à entraînement hydraulique à faible facteur de chargement avec des barils non isolés) passant à 0,35 kWh/kg. Amélioration moyenne de 0,55 kWh/kg, soit 61,1 %.
Tableau 4 : Réduction annuelle d'énergie kWh au niveau des trois classes de production
| Annual Output | Coué : | SEG de base (kWh/kg) | SEC électrique (kWh/kg) | kWh annuels de base | kWh électriques annuels | kWh économisés chaque année | Réduction | Indice (ligne de base = 100) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/a (500 000 kg) | Prudent | 0,60 | 0.50 | 300 000 | 250 000 | 50 000 | 16,7 % | 83,3 |
| 500 t/an | Typique | 0,70 | 0,45 | 350,000 | 225 000 | 125,000 | 35,7 % | 64,3 |
| 500 t/an | Cas optimal | 0,90 | 0,35 | 450 000 | 175 000 | 275 000 | 61,1 % | 38.9 |
| 1 500 t/an (1 500 000 kg) | Prudent | 0,60 | 0.50 | 900,000 | 750 000 | 150 000 | 16,7 % | 83,3 |
| 1 500 t/an | Typique | 0,70 | 0,45 | 1 050 000 | 675 000 € | 375 000 | 35,7 % | 64,3 |
| 1 500 t/an | Cas optimal | 0,90 | 0,35 | 1 350 000 | 525 000 | 825 000 | 61,1 % | 38.9 |
| 3,000 t/a (3,000,000 kg) | Prudent | 0,60 | 0.50 | 1 800 000 | 1,500,000 | 300 000 | 16,7 % | 83,3 |
| 3 000 t/an | Typique | 0,70 | 0,45 | 2 100 000 | 1 350 000 | 750 000 | 35,7 % | 64,3 |
| 3 000 t/an | Cas optimal | 0,90 | 0,35 | 2 700 000 | 1 050 000 | 1 650 000 | 61,1 % | 38.9 |
Lecture correcte du tableau
Trois observations découlent de ce tableau. Premièrement, la réduction en pourcentage est indépendante de l'échelle : elle dépend uniquement de la paire SEC, et non de la tonnage. Une usine de 500 tonnes et une usine de 3 000 tonnes obtiennent le même pourcentage ; ce sont uniquement les kilowattheures absolus qui diffèrent. Deuxièmement, l'économie absoulue varie linéairement en fonction de la tonnage, ce qui signifie que la logique de remboursement privilégie vivement les usines à fort taux d'utilisation. Troisièmement, l'écart entre la simulation de sécurité et la meilleure hypothèse est de un facteur 5,5, d'où l'importance beaucoup plus grande que l'on puisse attendre de la mesure de référence que de la spécification ciblée. Une usine qui assume une mesure de référence de 0,70 kWh/kg alors que la valeur réelle est de 0,85 kWh/kg sous-évalue son économie de plus de la moitié.
Un contrôle intermédiaire utile est le taux par machine. Une machine de taille moyenne unique produisant 2 L de contenants en PEHD à un débit de 45 kg par heure et fonctionnant 6 000 heures de production par an fournit environ 270 tonnes de masse extrudée. Après déduction du flash, le produit commercialisé correspond à un rendement d'environ 78 %, ce qui donne une production vendable d'environ 210 tonnes. Dans le cas typique, cette machine seule permet d'économiser environ 52 500 kWh par an. Une installation composée de sept machines du même type s'approche de la catégorie de 1 500 t/an figurant dans le tableau
Variable de processuss That Move Specific Consommation d'énergie
L'achat d'une machine entièrement électrique définit un nouvel objectif, mais les paramètres de processus déterminent où, dans la bande, l'installation fonctionne réellement. Les variables suivantes ont la plus grande influence mesurable sur la SEC et la plupart d'entre elles peuvent être ajustées sans des dépenses de capital.
Température de fusion et profil de température
Pour les contenants en HDPE, une fenêtre de température de fusion comprise entre 175 et 210 °C couvre la quasi-totalité du travail commercial. Le fonctionnement à 205 °C alors que 185 °C produirait un parison acceptable gaspille deux fois l'énergie : une fois dans les réchauffeurs et les opérations de cisaillement nécessaires pour atteindre la température élevée, et une seconde fois dans le circuit de refroidissement qui doit éliminer l'extrathérain avant que la pièce ne puisse être expulsée. Pour chaque 10 °C de température de fusion inutile, on ajoute environ 0,005 à 0,008 kWh/kg du côté du chauffage et l'on prolonge le temps de refroidissement de 3 à 6 %, ce qui réduit la production et augmente donc la SEC davantage.
Un profil de température croissant dans le tube — plus frais à la zone d'alimentation, plus élevé vers la tête de matriçage — consomme généralement moins d'énergie que un profil plat, car il permet au travail de cisaillement de faire le fondre dans la zone de compression plutôt que d'imposer une conduction de la paroi du tube. Il faut régler le refroidissement de la gorge d'alimentation uniquement aussi froid que nécessaire pour éviter la formation de pont, généralement de 20 à 35 °C pour le PE ; un refroidissement en trop est une perte directe pour les résistances du tube.
Screw Speed, L/D Ratio and Compression Ratio
La géométrie de l'extrudeuse détermine l'équilibre entre le chauffage par cisaillement et le chauffage par conduction. Un extrudeur à vis unique, avec un rapport L/D de 25 à 30 : 1 et un taux de compression de 2,5 à 3,5 : 1, est la configuration standard des machines à soufflage pour l'extrusion de PE, et dans cette limite d'unités, une vis de barrière avec section de mélange produira généralement un SEC 8 à 15 % inférieur à celui d'une vis classique à trois zones, pour une même production, car elle permet d'obtenir une homogénéité du mélange à une température inférieure.
La vitesse des hélices doit être réglée pour réaliser le temps de réduction de la pétrissure requis à la plus faible vitesse de rotation pratique. Utiliser une hélice à vitesse élevée puis réduire le débit avec une pompe de fusion ou une matrice restrictive convertit la puissance de la hélice en chaleur qu'ensuite le système de refroidissement du manchon va éliminer – une perte totale. Lorsque une pompe de fusion ou une pompe à engrenage est installée, il convient de l'utiliser pour stabiliser la pression de sortie, et non pas pour compenser la surhaussement de la vitesse de la hélice.
Vestes d'isolant de baril
Les surfaces bas-nu sont chauffées à 190 à 210 °C et émettent et conviennent en permanence dans la baie de la machine. L'ajout de housses d'isolation amovibles sur le baril et la tête de moulage réduit l'énergie du réchauffeur de 15 à 25 %, et le chiffre plus élevé s'applique aux machines situées dans des halls froids ou climatisés. Les avantages secondaires sont également très appréciables : des températures des zones plus stables, un temps de réchauffement plus rapide à partir de froid, une température ambiante plus basse autour de la machine et un risque de brûlures moindre pour les opérateurs. La difficulté d'application est faible, et cette mesure s'applique également aux machines à hydraulique et entièrement électriques.
Température de l’eau de refroidissement des matrices
L'eau de refroidissement du moule dans la bande de 8 à 15 °C est standard pour les récipients en HDPE. Chaque degré plus froid réduit le temps de refroidissement mais augmente la puissance du compresseur du refroidisseur d'environ 2 à 3 % par degré. L'optimale n'est pas la température la plus froide possible, mais la température la plus élevée qui répond à l'objectif de temps de cycle sans provoquer de problèmes de rétraction ou d'ovalité suite à la mouture. De nombreuses usines maintiennent l'eau refroidie à 7 °C par habitude, alors que 12 °C suffirait pour réaliser le même cycle. Elles sacrifient ainsi 10 à 15 % de l'énergie du refroidisseur, sans avoir à y perdre quoi que ce soit.
La vitesse d'écoulement est tout aussi importante que la température. Le flux turbulent dans les canaux de refroidissement, caractérisé par un nombre de Reynolds supérieur à environ 4 000, transfère la chaleur plusieurs fois plus efficacement que le flux laminaire. Les canaux tronqués ou partiellement obstrués obligent le refroidisseur à compenser par une température d'alimentation plus basse. Le décapage annuel des circuits de refroidissement des moules est une mesure d'économie moyenne de faible difficulté, que les usines repoussent systématiquement.
Étape de pression d'air et récupération Venturi
L'air de soufflage est souvent fourni à une pression unique élevée de 8 à 10 bar lorsque le processus ne requiert cette pression que durant l'inflation initiale. La temporisation de la distribution - une courte impulsée haute pression pour former le contenant sur la surface du moule, puis une pression de rétention inférieure de 4 à 6 bar pendant le refroidissement - permet de réduire de 20 à 35 % la masse d'air consommée par pièce. Là où lesordinateurs de commande permettent de régler indépendamment les pressions de pre-soufflage et de soufflage principal, il s'agit d'une modification de réglage et non d'un changement de matériel.
La récupération d'air permet d'aller plus loin. Un système de récupération basé sur un venturi ou un récepteur récupère l'exhauste de chaque cycle de soufflage et la remet dans un récepteur à pression intermédiaire qui alimente les consommateurs pneumatiques à faible pression tels que les cylindres, les convoyeurs et les éjecteurs de pièce. Des taux de récupération de 20 à 40 % du volume d'air du soufflage peuvent être réalisés sur les machines dont le volume des contenants est élevé. Puisque la production d'air comprimé s'avère l'une des transformations d'énergie les moins efficaces dans une usine — généralement seulement 10 à 15 %, ce qui correspond à l'énergie d'entrée du compresseur — chaque mètre cube non généré vaut plusieurs fois plus que son aspect apparent.
Contrôle de l'épaisseur des parois et du matériel par pièce
Le contrôle de l'épaisseur des parisons, que ce soit au moyen d'un actionneur de diapason hydraulique ou servoélectrique avec un programmateur multi-points, détermine directement le nombre de grammes que l'on met dans chaque contenant. Passer d'un programme d'épaisseur de 20 points à un programme de 100 points permet généralement de réduire de 3 à 8 % le poids de la pièce tout en maintenant les performances d'autosurposte et d'essai de chute. Étant donné que la SEC est exprimée en kilogrammes, les pièces plus légères n'améliorent pas la SEC — mais elles réduisent le total des kilogrammes produits, et donc le total des kilowattheures annuelles, de manière proportionnelle au programme. Une légèreté de 5 % sur une installation de 1 500 t/an supprime 75 tonnes de débit et, à 0,45 kWh/kg, environ 33 750 kWh par an, indépendamment de la question relative à l'architecture du chariot.
Air comprimé : la seconde moitié silencieuse de l’empreinte énergétique de l’EBM
Tout programme d'économies qui s'arrête au niveau de la boîte de terminaison de la machine ne recueille qu'une partie du rendement maximal. L'air comprimé est produit centralement, dosé centralement et donc rarement attribué à la machine qui le consomme, ce qui explique en grande partie qu'il constitue toujours un gros charge non géré dans les usines de soufflage à injection.
La pénalité de conversion
La production d'air comprimé à 7 bar sur la pression manométrique nécessite environ 6 à 7 kW de puissance d'arbre pour chaque mètre cube normal par minute de débit d'air libre sur une compresseur à hélice bien entretenu, augmentant jusqu'à 8 kW sur des unités à poussée alternée plus anciennes ou dans les cas où les filtres d'aspiration sont obstrués. Parmi ce coefficient d'entrée, seule une petite fraction est récupérée sous forme de travail mécanique au lieu d'utilisation ; le reste se transforme en chaleur au niveau du compresseur et en diminution de la pression dans le réseau de distribution. C'est pourquoi un mètre cube d'air comprimé économisé à la machine vaut beaucoup plus que la même énergie économisée à un moteur électrique.
Leaks
Les fuites d’air comprimé dans une usine de matières plastiques non gérée se situent généralement entre 20 et 35 % du volume total produit. Les usines de soufflage sont à l’extrémité la plus mauvaise de cet intervalle du fait du nombre de raccordements rapides, de joints rotatifs sur les pales de soufflage montées sur un chariot et des cylindres pneumatiques soumis à des cycles permanents. Une simple orifice de 3 mm à 7 bar laisse échapper environ 0,5 m3 normaux par minute, ce qui, à 6,5 kW par m3 par minute, correspond à environ 3,2 kW tirés en continu - environ 25 600 kWh par an pour 8 000 heures. Les enquêtes de détection de fuites par ultrasons effectuées chaque année, avec un programme de réparation portant des étiquettes, font partie des mesures de faible difficulté et du plus haut rendement disponible.
Gestion des bandes de pression.
Chaque diminution de 1 bar de la pression du système réduit la puissance d'entrée du compresseur d'environ 6 à 8 %. De nombreuses installations EBM fonctionnent sur l'ensemble du corps principal à 8 ou 9 bar, car une machine a besoin d'air soufflé à haute pression, alors qu'un modulateur dédié destiné à cette machine permettrait de réduire la pression du corps principal à 6 bar. La séparation du réseau en un corps leader à basse pression pour l'actionnement et le transport, et en un bras à haute pression pour le souffle est une mesure de difficulté moyenne qui apporte des retours importants et permanents.
Récupération de chaleur dans la maison de compresseur
Entre 70 et 90 % de l'énergie consom-mée par le compresseur peut être récupérée sous forme de chaleur de faible qualité dans le flux d'air ou d'eau de refroidissement. Dans les climats exploitant le chauffage ou dans les usines ayant besoin d'eau chaude pour le lavage ou le séchage de la résine, la récupération de cette chaleur supprime une autre consommation d'énergie. Cela n'affecte pas la lecture du compteur d'électricité pour l'air comprimé, mais réduit la consommation globale d'énergie sur le site, ce qui est le nombre qui compte pour les rapports sur les émissions de carbone.
Mesures de réparation et de mise à niveau classées par économies et complexité
Pas toutes les installations peuvent remplacer leur parc de machines. Le tableau ci-dessous classe les mesures pratiques disponibles dans une opération de soufflage et de moulage par extrusion existante, en fonction de la bande de réduction admissible et de la difficulté de sa mise en œuvre. La difficulté est qualifiée comme étant faible, moyenne ou élevée en fonction du temps d'arrêt requis, de la complexité en termes d'ingénierie et de la nécessité de recourir à des entrepreneurs externes. L'intensité en capitaux est exprimée en termes de bande relative plutôt qu'en figure.
Tableau 5 : Mesures d'épargne, bandes d'économies et difficulté d'application
| Measure | Attaque du bloc d'énergie | Économies typiques | Difficulté de mise en œuvre | Classe d'intensité capital |
|---|---|---|---|---|
| Recherche et réparation de fuites d’air comprimé par ultrasons | Air comprimé | 10 à 25 % de l'énergie de l'air. | Faible | Faible |
| Manchons d'isolation des barils et des étaux | Chauffage par extrusion | 15-25 % de l'énergie dépensée par le chauffage. | Faible | Faible |
| Retrait de température en attente lors des arrêts | Chauffage par extrusion | 30-50 % de l'énergie des résistances de réserve | Faible | Faible |
| Optimization de la température de réglage du cycle d'eau refroidie (8 → 12 °C lorsque le cycle le permet) | Eau de refroidissement | 8 à 15 % de l'énergie du refroidisseur | Faible | Faible |
| Stagiaire de la pression d'air de soufflage (division en «pré-soufflage» / «privation») | Air comprimé | 20-35 % du volume d'air soufflé | Faible à moyen | Faible |
| Programme de désagrégation de canal de refroidissement de moule | Eau de refroidissement | 5 à 12 % de l’énergie du chiller | Faible à moyen | Faible |
| Tableau de bord SEC à l'échelle du demi-poste et de la demi-journée. | Tous les blocs (activation) | 3–8 % des comportements | Moyen | Faible à moyen |
| Rétroconception d'un ressort d'obturation avec section de mélange. | Extrusion/plastification | 8-15 % de l'énergie d'extrusion | Moyen | Moyen |
| Air comprimé network pressure split (low / high headers) | Air comprimé | Réduction de 6 à 8 % par barre | Moyen | Moyen |
| Récupération de l'air de soufflage dans un récepteur intermédiaire | Air comprimé | 20-40 % de l'air soufflé récupéré | Moyen à haut | Moyen |
| Retrofit d'une pompe à servo-sur la centrale hydraulique existante | Standby hydraulique et mouvements | 15 à 30 % de l'énergie de la machine. | Moyen à haut | Moyen à haut |
| Moteur à vitesse variable sur les compresseurs et les pompes de refroidissement | Eau de refroidissement | 15–30 % de l’énergie des pompes | Moyen | Moyen |
| Amélioration du contrôleur d'épaisseur de la paroi du pare-chocs. | Kilogrammes totaux transformés | 3-8 % de l'énergie du matériau et de celle de la synchronisation | Moyen à haut | Moyen à haut |
| Remplacement total par machine EBM entièrement électrique | Mouvement, mode d'attente, refroidissement à l'huile | De 25 à 45 % de l'énergie des cellules (jusqu'à 60 %, par rapport aux anciens pompes fixes de displacement) | Haut niveau | Élevé à Premium |
| Recuperation de la chaleur du compresseur pour traiter l'eau chaude | Consommation énergétique totale du site | 70 à 90 % de la chaleur du compresseur peut être récupérée | Haut niveau | Moyen à haut |
Une règle de séquençage raisonnable consiste à exécuter toutes les mesures de faible difficulté avant de passer à une mesure de grande difficulté, et ce, pour deux raisons. Premièrement, les mesures de faible difficulté permettent généralement d'obtenir une réduction de 10 à 18 %, avec le minimum de perturbations. Deuxièmement, et plus importe, elles éliminent les problèmes à la base. Remplacer une machine alors que le réseau d'air comprimé fuie de 30 %, et les bacs ne sont pas isolés, rend impossible d'attribuer correctement l'amélioration correspondante, ce qui menace les arguments en faveur du prochain investissement.
Conversion des kilowatt-heures en carbone : arithmétique du faktor réseau
De plus en plus, les usines de moulage par soufflage doivent communiquer les émissions du Scope 2 à leurs clients propriétaires de la marque et, dans certains cas, aux autorités de contrôle. La conversion des kilowatt-heures en équivalent de dioxyde de carbone est simple une fois un facteur d'émission du réseau est sélectionné, et le tonnage résultant est souvent un nombre plus convaincant en interne que le seul chiffre d'énergie.
Choisir un facteur d’émissions du réseau
Les facteurs d'émissions des réseaux électriques varient considérablement selon les pays et les années, en fonction des mixages de production. Une fourchette de travail allant de 0,55 à 0,85 kg de CO2e par kWh couvre la plupart des réseaux industriels comportant une importante composante de génération thermique. Les réseaux comptant sur un importante desserte en hydroélectricité, en énergie nucléaire ou en énergie renouvelable se situent bien en-dessous de cette fourchette ; les réseaux dominés par le charbon se situent au niveau ou légèrement au-dessus de la limite supérieure. Utilisez le facteur national ou régional publié, applicable à l'année de la déclaration, et indiquez la source dans votre communication. Lorsqu'une centrale est couverte par un contrat d'achat d'énergie renouvelable, un facteur fondé sur le marché peut être utilisé à côté du facteur fondé sur le lieu, comme l'exige le Protocole sur les gaz à effet de serre.
Table 6 Équivalent : Réduction de carbone par niveau de production
En appliquant la bande aux économies type données dans le tableau 4, on obtient les réductions annuelles suivantes de carbone. Tous les chiffres sont exprimés en tonnes métriques d'équivalent de dioxyde de carbone par an.
| Annual Output | Coué : | kWh économisés chaque année | À 0,55 kg de CO2e/kWh | À 0,70 kg de CO2e/kWh | À 0,85 kg de CO2e/kWh |
|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/an | Typique | 125,000 | 68,8 t | 111 t | 106,3 t |
| 500 t/an | Cas optimal | 275 000 | 151,3 t | 192,5 t | 233,8 t |
| 1 500 t/an | Typique | 375 000 | 206,3 t | 262.5 t | 318,8 t |
| 1 500 t/an | Cas optimal | 825 000 | 453.8 t | 577,5 t | 701,3 t |
| 3 000 t/an | Typique | 750 000 | 412,5 t | 650 t | 637,5 t |
| 3 000 t/an | Cas optimal | 1 650 000 | 907,5 t | 1 155,0 t | 1 402,5 t |
Exprimée par kilogramme de produit, la solution typique retire 0,25 kWh/kg, ce qui, à 0,70 kg de CO2e/kWh, correspond à 0,175 kg de CO2e par kilogramme de récipient produit. Pour un propriétaire de marque qui effectue une évaluation du cycle de vie d'un format d'emballage, cette valeur est directement utilisable et une conversionneurs lui est de plus en plus demandé. Être en mesure de citer une TEC mesurée et l'intensité de scope 2 correspondante par kilogramme devient une qualification commerciale dans les appels d'offres pour les emballages destinés à l'alimentation, aux boissons, aux soins de la personne et aux produits pharmaceutiques.
Mesure et vérification : prouver les économies sur votre propre étage.
Un taux de réduction calculé est une hypothèse. Pour en convertir un résultat vérifié, il faut un protocole de mesure qui résiste à un audit et qui doit être en place avant le changement de machine, et non après.
Instrumentation
La configuration minimume crédible est un compteur de qualité de l'énergie à trois phases sur l'alimentation entrant de chaque machine, enregistrant l'énergie active en kWh à des intervalles d'une minute ou moins, avec un compteur de production correspondant enregistrant les pièces bonnes. Une précision de classe 1 suffit pour la gestion de l'énergie ; une précision de classe 0,5S est préférable lorsque les données permettront de garantir les performances du fournisseur. Les transformateurs de courant doivent être dimensionnés pour la charge réelle, et non la cote de câble, car un transformateur de courant fortement surdimensionné mesurant une machine faiblement chargée perd en précision dans la partie inférieure de son plage.
Instrumentation supplémentaire qui justifie son installation : un débitmètre et une sonde de température dans le circuit de refroidissement du moule afin de quantifier la chaleur rejetée, un débitmètre d'air compressé dans la branche de la machine et un alimentateur de matière résine àtranslation variable pour obtenir des kilos extrudés vérifiés et non estimés.
Période de base
La référence doit couvrir au moins quatre semaines continues de production représentative, tenant compte du mélange normal de produits, de deux changements de moule et des variations de fonctionnement tout au long des jours de la semaine et du week-end si l'installation fonctionne ainsi. Enregistrez la productivité en kilogrammes de produit commercialisable, l'énergie en kWh et les conditions d'exploitation qui pourraient perturber la comparaison : la température ambiante, la qualité de la résine et le débit de fusion, le mélange de produits en fonction de leur poids et tous les défauts connus des machines.
Normalisation et adaptation
La période de comparaison après installation doit être normalisée pour tout ce qui a changé indépendamment de la machine. Les facteurs les plus courants d'interférence dans le retournage par extrusion sont la température ambiante, qui modifie la charge du refroidisseur entre l'été et l'hiver de 10 à 25 %, le mélange de produits, qui modifie le rapport kilogrammes par cycle, et les changements de qualité de la résine, dans la mesure où une résine à débit de fusion plus élevé nécessite moins de travail de cisaillement. L'approche standard consiste en une régression de l'énergie par rapport à la production et les degrés-jour pendant la période de référence, puis en appliquant cette régression pour prévoir ce que l'installation de référence aurait consommé dans les conditions de la période de reporting.
Fréquence de reporting
Le SEC doit être communiqué au niveau de la coulée à l'opérateur, chaque semaine à la gestion de la production et chaque mois au comité de direction. La visibilité au niveau de la coulée est le facteur de la réduction comportementale de 3 à 8 % : quand un opérateur voit que la continuité du granulateur pendant un changement de moule ajoute des kilowatt-heures mesurables à sa coulée, le comportement change sans même qu'une politique soit écrite. Les usines qui installent des compteurs mais ne les consultent qu'au quart de tour exploitent une fraction du gain comportemental possible.
L'EBM entièrement électrique d'Apollo en pratique
Apollo, une usine Wanplas située à Zhangjiagang près de Shanghai, fabrique dix séries et plus de quatre-vingt modèles de machines à transformation par moulage et extrusion automatique. Plus de 4 000 machines de cette marque sont déjà en service dans plus de 90 pays. Les gammes incluent la série ABLB pour les contenants de 200 ml à 20 L, la série ABLD pour les grands contenants de 20 L à 1500 L, ainsi que la Série Tout électrique pour les applications nécessitant des exigences particulières en matière de performances énergétiques, de propreté et de reproductibilité, allant de 200 ml à 20 L.
Quelles sont les modifications apportées par la série entièrement électrique ?
The Tout électrique Series removes the hydraulic power unit entirely. Clamping, carriage traverse, blow pin actuation and extruder drive are all servo-electric. In energy terms this means the hydraulic standby block in Table 2 goes to zero, the clamping and motion block drops by roughly two thirds, and the oil cooling load disappears from the chilled water circuit. In operational terms it means no hydraulic fluid on the shop floor, no oil filter changes, no seal replacement schedule and no risk of oil contamination on food-contact or pharmaceutical containers — a material advantage for converters supplying medical and pharmaceutical customers, one of Apollo’s eight core application areas alongside food and beverage, daily chemical products, industrie chimique, matériau de construction, automotive, transportation and cultural and sports goods.
Les machines traitent l'ensemble des résines industrielles et techniques utilisées en extrusion surblow : PE, PP, PVC, PA, PC, ABS, PS, EVA, TPU et PETG. Étant donné que les servo-moteurs conservent les profils de vitesse et de position indépendamment de la température de l'huile, les pertes de matière premières au démarrage après un arrêt à froid sont généralement moins élevées que sur un équipement hydraulique équivalent, où les trente à soixante premières minutes de production sont affectées par le réchauffement de l'huile et la dérive associée dans la réponse des vannes.
Sélection entre les architectures
Une architecture entièrement électrique n'est pas automatiquement la meilleure solution pour chaque application. Les conteneurs très volumineux de la gamme ABLD (de 20 L à 1500 L) exigent de fortes forces de serrage et de grandes courseurs assistées par accumulateur, dans lesquels l'architecture hydraulique ou hybride reste souvent la solution technique la plus pertinente, et où le cycle de fonctionnement est suffisamment important pour que les pertes hydrauliques en mode d'attente forment une part inférieure du total. Le cas le plus éloquent d'une architecture entièrement électrique concerne le segment des conteneurs de petite à moyenne taille, à cycles fréquents, comme les bouteilles de 200 ml à 5 L pour les produits de soins personnels, les bouteilles de lubrifiants, les récipients pour produits chimiques agricoles et les bouteilles pharmaceutiques, où les cycles sont courts, où les événements de déplacement sont fréquents, où les facteurs de charge varient en fonction des patterns d'exploitation et où les exigences en matière de nettoyage sont élevées.
Apollo, Bekum et Kautex Maschinenbau offrent toutes des plateformes EBM entièrement électriques ou hybrides dans ce segment, et toute évaluation sérieuse doit comparer la consommation spécifique d'énergie mesurée dans le cadre d'un protocole de test défini et identique, plutôt que de comparer les charges des plaques nominatives. La charge connectée ne dit que ce que l'infrastructure électrique doit alimenter ; elle ne dit rien sur ce que l'appareil de mesure indiquera.
Points de spécification ayant une influence sur la mesure de l'indice SEC
Lorsqu'on spécifie une machine de formage par extrusion et soufflage entièrement électrique, les options suivantes ont un effet direct et quantifiable sur le SEC, qui sera finalement mesuré :
- Isolement du cylindre et de la tête de matrice en tant qu'équipement installé d'usineplutôt qu'un retrodétournement ultérieur, permettant de récupérer 15 à 25 % de l'énergie du réchauffeur dès le premier jour.
- Banque de courant continu commun à tous les axes de servo-moteur, ce qui permet de réutiliser l’énergie régénérative provenant des axes en décélération et de ne pas la brûler dans les résistances de freinage.
- Un contrôle indépendant de la pression de pré-jet et de la pression principale, enabling pressure staging without additional hardware.
- Compteurs d'énergie intégrés avec sortie de données to the plant historian, so SEC is available at shift level without a separate metering project.
- La logique d'allègement en mode veilleCelle-ci réduit automatiquement les points de réglage du chauffage lors des états d'inactivité définis et les rétablit lors d'un redémarrage programmé.
- Programmation de la précision de la épaisseur de paroi à partir de plusieurs pointsUne résolution suffisante pour la géométrie du récipient permet de réduire le nombre de kilogrammes par pièce.
- Évaluation correcte de la dimension de la machinepour l'enveloppe du produit réel. Une machine de grande taille gérant des contenants de petite taille gaspille l'énergie dans chaque bloc simultanément, résultat de la plus fréquente erreur de spécification.
Le service de personnalisation des machines d'Apollon comprend la configuration des moules et l'adaptation de la tension d'alimentation, les ingénieurs effectuent l'installation et la mise en service sur site, et les machines sont inspectées et testées à l'usine avant leur expédition. Les engagements de Wanplas au niveau du groupe – parmi lesquels une entité annuelle gratuite pour les pièces de rechange, une garantie de transport, une garantie de la capacité de production et une garantie de la qualité – s'appliquent dans toutes les usines du groupe, et la politique d'usine ouverte du groupe permet aux éventuels acheteurs de voir une machine fonctionner avec leur propre résine et leurs propres moules avant de signer un contrat. Pour les transformateurs dont le calcul de la consommation d'énergie dépend de la réalisation d'une SEC spécifique, un test d'acceptation en usine avec un systême de mesure de la consommation intégrée dans le protocole constitue le moyen le plus direct de convertir une projection en un engagement contractuel.
Questions fréquemment posées
Quelle est la consommation spécifique d’énergie que devrait atteindre une machine à transformation par moulage et extrudeur entièrement électrique pour le HDPE ?
Pour des récipients en HDPE destinés à un usage général, d'une contenance comprise entre 200 ml et 5 L, une machine à soufflage par extrusion entièrement électrique, adaptée, doit consommer entre 0,35 et 0,55 kWh par kilogramme de produit commercialisable dans la boîte de terminaison de la machine, avec isolation du baril et un facteur de charge supérieur à 0,65. Les chiffres à l'extrémité inférieure de cette bande nécessitent un bon contrôle de l'épaisseur des parois, une température de fusion à l'extrémité inférieure de l'intervalle compris entre 175 et 210 °C et un nombre d'heures d'alimentation minimale. Si votre mesure dépasse 0,60 kWh/kg sur une machine entièrement électrique, examinez l'isolation du baril, le comportement en veille, la valeur de régulation du refroidisseur et l'adaptation de la machine avant de remettre en question l'architecture de la motorisation.
Comment calculer mon propre taux annuel d'économie en kWh sans d'abord acheter une machine ?
Installez un compteur d'énergie tri-phasé sur une machine existante représentative, consignez l'énergie consommée et les kilogrammes vendables pendant quatre semaines continues, et calculez la norme de référence de votre consommation d'énergie spécifique. Multipliez la différence entre cette norme de référence et une cible de 0,45 kWh/kg par le volume total annuel de kilogrammes vendables. Par exemple, une norme de référence de 0,72 kWh/kg dans une usine produisant 1 200 tonnes par an donne une économie de (0,72 − 0,45) × 1 200 000, ce qui correspond à 324 000 kWh par an. Appliquez votre propre structure de tarification à ce chiffre séparément ; le produit de l'ingénierie est le nombre de kilowatt-heure.
Une retrofit de pompe à servomoteur est-elle une alternative raisonnable à l'achat d'une machine électrique complète ?
Le retrofit d'une pompe servo dans une unité de puissance hydraulique bien conçue permet généralement de réduire de 15 à 30 % l'énergie utilisée par la machine en éliminant les pertes en veille et les pertes de dérivation, qui sont les pertes hydrauliques les plus importantes à éliminer. Cela ne règle pas les problèmes de throttling des vannes, de fuites volumiques, de charge de refroidissement de l'huile ou de maintenance hydraulique. Comme règle générale, le retrofit est la solution idéale sur les machines dont la durée de vie mécanique reste importante et qui fabriquent un mélange de produits stable ; le remplacement est plus approprié lorsque la machine se trouve à proximité de la fin de sa durée de vie, lorsque la propreté est importante, ou lorsque la composition du produit entraîne des fluctuations importantes de la valeur du facteur de charge.
La technologie de propulsion entièrement électrique réduit-elle la consommation d'air comprimé ?
Non. L'air de soufflage, l'air de pré-soufflage, l'émission d'échappement et l'actionnement pneumatique ne sont pas affectés par l'architecture du système de propulsion des systèmes de serrage et d'extrusion, et l'air comprimé représente toujours 10 à 20 % de l'empreinte énergétique de la poutre. L'air comprimé doit être abordé par des mesures spécifiques : inventaires de fuites, ajustement de la pression entre les phases de pré-soufflage et de retenue, fractionnement de la pression dans le réseau et récupération des émissions de soufflage dans un récepteur intermédiaire. Étant donné que la production d'air comprimé est inefficace, ces mesures permettent souvent de réaliser des retours comparables à l'électrification du système de propulsion, mais avec une intensité de capital nettement inférieure.
Combien le système d'isolation des bacs économise-t-il réellement sur une machine de formage par extrusion et soufflage ?
Les capots isolants amovibles sur la bobine et la tête de matrice réduisent l'énergie du chauffage de 15 à 25 %, le chiffre le plus élevé concernant les machines installées dans des halls où l'on a souvent des courants d'air ou dans des zones de production climatisées où la différence de température est la plus grande. Puisque le chauffage par extrusion et la plasticisation représentent 35 à 45 % de l'énergie totale de la cellule, cela se traduit par environ 5 à 11 % du chiffre global. La difficulté d'implantation est faible ; les capots peuvent être installés lors d'une fenêtre de maintenance programmée et les avantages secondaires de températures de zone plus stables et d'accélération du temps de préchauffe à partir du frais valent la peine d'être obtenus indépendamment du résultat en matière d'énergie.
Pourquoi deux machines identiques dans la même usine affichent-elles une consommation d'énergie spécifique différente ?
Les causes les plus courantes, classées par ordre de fréquence, sont les suivantes : différents facteurs de charge car une machine utilise un produit plus lourd ; différents heures pendant lesquelles les machines sont en mode opérations non productives alors qu'elles sont activées ; différentes conditions du circuit d'eau réfrigérée, lorsque un moule présente des canaux de refroidissement obstrués, obligeant à réaliser des cycles plus longs ; différentes conditions de la tête de vis ou de la matrice, lorsque une vis usée génère une chaleur d'abaissement excessive que le refroidissement du bac doit éliminer ; et différentes valeurs de température du mélange héritées d'une recette ancienne que personne n'a revue. Le sub-métrissage des deux machines et la comparaison de la même période de quatre semaines permettent généralement d'identifier la cause au cours d'un cycle de reporting.
Le fait de l’alourdir le conteneur réduit-il la consommation spécifique d’énergie ?
Non directement, car le SEC est mesuré en kilogrammes et deoppermes poids plus légers ne signifient que des kilogrammes en moins. Ce que la réduction du poids diminue, c'est le total des kilowattheures annuels, en proportion de la masse éliminée. Une réduction du poids d'une pièce de 5 % dans une installation produisant 1 500 tonnes par an supprime 75 tonnes de débit, ce qui, à 0,45 kWh/kg, équivaut à environ 33 750 kWh par an, ainsi que la résine correspondante. La réduction du poids et l'électrification sont donc des mesures complémentaires plutôt que concurrentes, et la programmation de l'épaisseur de paroi en points multiples nécessaire pour la première est généralement disponible sur les machines spécifiques à la deuxième.
Quel facteur d'émissions du réseau dois-je utiliser pour les rapports du champ 2 ?
Utilisez le facteur basé sur l'emplacement publié pour votre réseau national ou régional de l'année de reporting et mentionnez la source dans la communication. Un intervalle de 0,55 à 0,85 kg de CO2e par kWh couvre la plupart des réseaux industriels avec une importante production de chaleur, mais les réseaux possédant une part importante d'énergie hydroélectrique, nucléaire ou renouvelable sont beaucoup plus faibles. Si l'usine détient un contrat d'achat d'énergie renouvelable, indiquez le facteur basé sur le marché en complément du facteur basé sur l'emplacement, conformément aux orientations du Protocole sur les gaz à effet de serre, domaine
Combien de temps doit durer le cycle de base de mesures et de vérification avant un changement de machine ?
Quatre semaines continues constituent le minimum pratique, et huit semaines est préférable lorsque le mix de produits est renouvelé tous les mois. Le bilan doit inclure au moins deux changements de moule, à la fois un démarrage à froid et un redémarrage à chaud, ainsi que la distribution normale des tailles de conteneurs. Enregistrez également la température ambiante, ainsi que l'énergie et la production, afin de normaliser la comparaison après la mise en service pour la charge de refroidissement saisonnière, qui varie généralement de 10 à 25 % entre l'été et l'hiver, et peut autrement supprimer l'effet mis en évidence.
Conclusion
La réduction annuelle de l'électricité possible en passant du filage hydropneumatique au filage par soufflage entièrement électrique ne relève pas de l'opinion ; elle résulte de deux nombres mesurables. Mesurez votre consommation spécifique d'électricité en kilowatt-heures par kilogramme de produit vendu au cours d'une fenêtre représentative de quatre semaines, fixez un objectif défensable dans la bande de 0,35 à 0,55 kWh/kg pour un fonctionnement entièrement électrique sur le PE, multipliez la différence par votre tonnage annuel de produits vendus en kilogrammes, et vous obtiendrez la réponse. À 500 tonnes par an, le scénario typique élimine 125 000 kWh par an ; à 1 500 tonnes, il élimine 375 000 kWh ; à 3 000 tonnes, il élimine 750 000 kWh. Exprimé sous forme d'indice contre un seuil de base de 100, l'installation entièrement électrique fonctionne à environ 64 points d'indice, et par rapport à un parc ancien à déplacement fixe avec un faible facteur de charge, elle peut descendre en dessous de 40.
Le mécanisme à l'origine de ces chiffres est spécifique et tangible : suppression des pertes de déviation de la pompe qui persistent dans 70 à 85 % de chaque cycle, élimination de la consommation en station d'huile pendant les 400 à 800 heures non productives mais sous tension dans une année typique, suppression de la charge de refroidissement du fluide qui passe dans le circuit d'eau refroidie, et récupération d'une partie de l'énergie de décélération grâce à une bus électrique commun. L'électrification ne réduit pas, en revanche, les charges de chauffage, d'air comprimé, de refroidissement au-dessus des moules ni les charges auxiliaires, qui représentent bien plus de la moitié de la superficie des cellules – c'est pourquoi le programme graduel comme présenté dans le tableau 5 est important. Terminez d'abord les mesures de faible difficulté, nettoyez la base de départ, puis prenez la décision d'architecture en disposant de données fiables.
Apollo, une usine Wanplas spécialisée dans l’extrusion-soufflage depuis plus de vingt ans et disposant d’une installation de 8 000 mètres carrés à Zhangjiagang, construit sa Série entièrement électrique pour le segment précis des bouteilles allant de 200 ml à 20 L, où ces mécanismes de perte sont les plus importants et l’intérêt de l’électricité est le plus élevé. Amenez votre propre résine, votre propre moule et votre propre cible SEC pour un test d’installation avec témoins, insistez pour que la mesure de l’énergie soit incluse dans le protocole du test et transformez un calcul de réduction énergétique en un résultat vérifié avant que la machine ne soit expédiée. C’est la différence entre un calcul énergétique et un résultat énergétique.
