Consommation énergétique

Consommation énergétique d'une usine de dessalement

1. Moyennes de consommation énergétique de procédés de traitement de l'eau

Installer des centrales à énergie renouvelable nécessite en premier lieu d'estimer la consommation énergétique de l'usine de dessalement précédemment dimensionnée. Il existe des valeurs moyennes calculées par Veolia Environnement et présentées dans le Tableau 1. Ces valeurs servent de point de départ et apporteront un ordre de grandeur pour les futurs calculs.

Tableau 1 : Consommation éléctrique de filières de production d'eau potable
(F. Vince, S. Debatz, 2007)

Filière de production d’eau potable

Consommation Electrique (Wh/m3 d’eau potable)

Traitement conventionnel

50 – 150

Traitement membranaire (UF ou MF)

100 – 200

Traitement membranaire avancé d’eau de surface ou de nappe

250 – 700

Dessalement d’eau saumatre (NF ou OI)

600 – 1500

Dessalement d’eau de mer avec système de récupération d’énergie (OI)

3000 – 5000

Dessalement d’eau de mer sans système de récupération d’énergie (OI)

5500 – 8000

Dessalement thermique (distillation)

> 6000

Réutilisation d’eau usée (reuse)

250 – 1500

Traitement des boues

5 – 15

Nous avons décidé d'utiliser un procédé de dessalement d'eau de mer avec système de récupération d'énergie consommant en moyenne 3 à 5 kWh/m3 d'eau produite. Cependant, il nous paraît intéressant d'estimer la consommation réelle pour l'usine en Vendée telle que nous l'avons dimensionnée.

2. Calcul de la consommation énergétique de l'usine en Vendée

Pour le calcul de la consommation énergétique de l'usine, nous prendrons en compte les éléments suivants :
- Pompes de captage
- Pompes Hautes Pression (HP)
- Autres sources (éclairage, ventilation, ...)
- Récupérateurs d'énergies (échangeurs de pression, turbines, ...)

Le dimensionnement de l'usine de dessalement sur lequel nous nous basons pour réaliser le calcul de la consommation énergétique a été établi dans le cadre de l'étude (Calcul de la puissance des pompes)

  • Pompe de captage

Afin de déterminer la consommation énergétique de la pompe de captage d'un rendement de 80 % nous avons tout d'abord calculé la puissance théorique minimale pour fournir l'usine en eau avec un débit de 81 000 m3/j pour une hauteur de colonne d'eau de 15 m, avec la formule suivante :

$P_ {1}=\frac{\rho.g.Q.H}{\eta}$ avec $\rho$ =1035,9kg.m3, g=9,81m.s-2 et $\eta$ =0,80

A.N. : $P_ {1}=178~kW$

En multipliant par le nombre d'heures dans une année (8760 en posant l'hypothèse que la pompe fonctionne sans interruptions) on obtient la consommation énergétique en kWh/an, soit C1 = 1,559280 GWh/an.

  • Pompes HP

Les pompes haute pression sont les plus grandes consommatrices d'énergie pour le procédé. Dans le dimensionnement, deux ont été choisies d'une puissance nominale respective de P2 = 7,03 MW et P3 = 2,10 MW. De la même manière que précédemment, en multipliant par le nombre d'heures de fonctionnement, on obtient une consommation énergétique C2 = 61,582 GWh et C3 = 18,396 GWh/an

  • Autres sources

Les autres sources prises en compte sont :

- l'éclairage estimé à P4 = 100 kW soit une consommation de C4 = 0,000876 GWh/an

- la ventilation estimé à P5 = 100 kW soit une consommation de C4 = 0,000876 GWh/an

- le système informatique estimé à P6 = 50 kW soit une consommation de C4 = 0,000438876 GWh/an

- le prétraitement n'a pu être estimé faute de données

  • Consommation totale

La consommation totale de l'usine de dessalement est donc estimé à Ctot = 81,54 GWh. Pour ramener cette donnée en kWh/m3, il suffit de diviser par le nombre de jours dans une année puis par le débit de sortie de l'eau de 40 000 m3. On trouve une consommation de 5,58 kWh/m3 correspondant à la tranche proposée par Veolia dans le Tableau 1 pour une usine de dessalement sans systèmes de récupération d'énergie. 

  • Systèmes de récupération et économie d'énergie

Plusieurs systèmes de récupération d'énergie sont utilisables dans ce procédé. Les effluents étant sous pression, leur passage au travers de turbines couplées à des générateurs constitue une première solution de récupération d'énergie.

La seconde solution consiste à utiliser des échangeurs de pression. Leur rendement supérieur à 90% font de ces systèmes la solution de plus en plus utilisée pour récupérer une part d'énergie.

Cependant nous ne disposons pas de données suffisantes pour estimer l'économie d'énergie faite.

Une autre manière d'économiser de l'énergie est de coupler le procédé d'osmose inverse à la distillation membranaire sous vide (DMV). Ce procédé permet de diminuer les débits et donc de réduire la consommation énergétique des différentes pompes. Les différents calculs ont été réalisés dans la partie du devenir des rejets. (Dimensionnement DMV). On obtient ainsi une consommation énergétique de 4 GWh/an.

3. Consommation énergétique sur l'année

Au cours de ce projet, nous retiendrons la donnée globale fournie par Veolia de 5 kWh/m3 correspondant à une usine de dessalement avec récupérateur d'énergie. Nous avons choisi de réaliser tous nos calculs en prenant compte de la valeur maximum fournie. Nous sommes ainsi certains de produire l'énergie nécessaire afin de subvenir à tous les besoins de l'usine.

Sachant que l'usine de dessalement produira 40 000 m3/j, on obtient une consommation électrique journalière de 200 000 kWh/j. Sur une année, on obtient une consommation énergétique de 73 000 000 kWh/an soit 73 GWh/an.

Cependant, le le RTE (Réseau de Transport d'Electricité, 2013) estime une perte annuelle moyenne de 2,5% de la consommation énergétique. Ainsi, on obtient une consommation réelle de 74,872 GWh/an. Cette dernière donnée sera celle utilisée au cours des différents dimensionnements d'énergies renouvelables.