Relever d’énormes défis énergétiques pour assurer le développement de l’énergie recyclée, fait parti de la réalité au quotidien de (RED) Rochester, l’organisation publique qui possède et exploite l’infrastructure de chauffage, de refroidissement et d’électricité de trigénération pour Eastman Business Park. Situé à Rochester, New York, à trois miles du lac Ontario, Eastman Business Park est un centre d’innovation massif qui a évolué à partir du campus de fabrication de films photographiques de 1 200 acres d’Eastman Kodak. Aujourd’hui, le campus abrite plus de 100 entreprises dans 16 millions de pieds carrés, une superficie équivalente à 277 terrains de football. Les locataires consomment des quantités massives d’électricité et de multiples services publics, y compris de l’eau glacée pour le confort et le refroidissement.
Pour le refroidissement et le confort sur le campus sud de l’Eastman Business Park, RED Rochester a utilisé plusieurs refroidisseurs centrifuges à turbine à vapeur — deux pour le service principal et un pour la sauvegarde — pour fournir de l’eau réfrigérée à 43 °F. Mais RED Rochester s’intéresse toujours à la réduction des coûts énergétiques et de son empreinte carbone. Lorsqu’il est venu le temps de remplacer le refroidisseur de secours de la turbine à vapeur, RED Rochester a été intrigué par une proposition d’utilisation d’un refroidisseur électrique faite par Smardt. Les estimations ont montré que l’efficacité d’un refroidisseur centrifuge Smardt avec compresseurs à palier magnétique Danfoss Turbocor® pourrait réduire de 650 000 $ par an la facture de gaz et réduire les émissions de CO2 de plus de 23 300 tonnes métriques, un énorme avantage économique et environnemental.
Pourquoi un seul grand refroidisseur a du sens
Propriété d’Ironclad Energy Partners, RED Rochester possède et exploite son service public de 120 mégawatts (MW) en tant que « microgrid »— un système de charges interconnectées et de ressources distribuées regroupées « à l’intérieur de la clôture » d’Eastman Business Park. En conséquence, bien qu’imbriqué dans le territoire de service de Rochester Gas and Electric (RG&E), RED Rochester prend des décisions d’exploitation de services publics en temps réel de manière indépendante. Il peut importer ou exporter de l’énergie et augmenter ou diminuer la production de vapeur et d’électricité pour fonctionner de manière aussi fiable et compétitive que possible. RG&E fournit du gaz naturel à RED Rochester pour alimenter sa centrale tri-génération. Les AM et EP offrent également des rabais lorsque les clients peuvent appliquer la technologie pour réduire la consommation. RED Rochester a étudié avec enthousiasme le nouveau refroidisseur Smardt qui promettait d’utiliser plus efficacement son infrastructure au gaz pour alimenter les compresseurs de réfrigérant électriques plutôt que les compresseurs à turbine à vapeur.
« Cela fait près de 20 ans qu’un nouveau refroidisseur électrique a été acheté et installé à Eastman Business Park », a déclaré Craig Avalone, responsable de l’énergie chez RED Rochester. Historiquement, la sélection standard pour un nouveau refroidisseur électrique aurait été un refroidisseur centrifuge industriel avec un seul compresseur lubrifié à l’huile. Cependant, en mettant l’accent sur l’efficacité énergétique et la fiabilité, nous avons étudié les avantages des refroidisseurs électriques sans huile utilisant des compresseurs centrifuges à palier magnétique. »
Rob VanSkiver, ingénieur commercial de la région de Rochester pour H&V Equipment Sales, a été impressionné par les recherches menées par l’équipe d’ingénierie d’Avalone.
« Ils ont étudié les refroidisseurs centrifuges à palier magnétique en général, mais aussi les avantages spécifiques du choix d’un refroidisseur Smardt à compresseurs multiples », a-t-il déclaré. « RED Rochester était également réceptif à l’utilisation d’un refroidisseur unique avec une capacité de réfrigération de 2 000 tonnes (TR) par rapport à la conception initiale de plusieurs refroidisseurs. La dernière sélection a été un refroidisseur à palier magnétique de Classe-V Smardt utilisant un réfrigérant R-134a et utilisant cinq compresseurs à palier magnétique VTT Danfoss Turbocor avec entraînements à fréquence variable Danfoss.
Cette solution contraste avec la portée originale des travaux qui prévoyaient deux refroidisseurs centrifuges à palier magnétique de 1 000 TR. Après mûre réflexion, l’équipe d’Avalone s’est rendu compte qu’un seul refroidisseur de 2 000 TR offrait de nombreux avantages. Un seul grand refroidisseur réduirait considérablement les coûts de montage et d’assemblage du refroidisseur dans la salle d’équipement du deuxième étage et les dépenses des pompes supplémentaires, de la tuyauterie, de l’isolation, des connexions électriques, de l’instrumentation et des contrôles. Aller avec une conception sans huile éliminerait également les tracas de l’installation et de l’entretien d’un système de lubrification à l’huile.
« La seule machine à l’époque avec une capacité de 2 000 TR dans un design sans huile était le refroidisseur à eau de Classe-V Smardt », a déclaré VanSkiver. Pour fournir cette capacité, il utilise cinq compresseurs VTT Danfoss Turbocor, chacun d’une capacité nominale de 400 TR [2 000 TR au total].
Les compresseurs multiples sont disposés dans une configuration modulaire fiable. Aucune défaillance du compresseur ne peut faire baisser le refroidisseur. La modularité améliore également la flexibilité car les compresseurs peuvent être mis en scène pour fonctionner comme plusieurs machines. Au fur et à mesure que la charge diminue, les compresseurs s’arrêtent pour réduire la capacité à 10% de la pleine charge. Au fur et à mesure que la charge augmente, des compresseurs supplémentaires s’allument. Lorsque tous les compresseurs VTT de Danfoss Turbocor fonctionnent à pleine charge en conjonction avec l’économiseur Smardt et sont plus froids que les températures d’eau du condenseur de conception, le refroidisseur a pu fournir jusqu’à 2 300 TR de capacité — 300 TR au-dessus de la valeur nominale. La large plage de capacité permet de différer l’activation de refroidisseurs à turbine à vapeur moins efficaces, car la charge supplémentaire peut être manipulée par temps froid par le refroidisseur électrique. Le refroidisseur Smardt de Classe-V intègre également des vannes à bille Danfoss, des lunettes de visée, des électrovannes, des vannes de modulation d’aspiration électronique KVS et des vannes à moteur ICM pour améliorer les performances.
Fonctionnement à vitesse variable pour temps variable
La météo varie considérablement à Rochester, New York. La proximité du lac Ontario apporte un mélange changeant d’humidité, de pluie, de neige, de gel et de dégel. Par temps froid, les refroidisseurs fonctionnent dans des conditions de charge partielle par rapport aux conditions de pleine charge de l’été.
Les anciens refroidisseurs à turbine à vapeur n’étaient pas conçus pour les grandes variations de charge et fonctionnent mal dans des conditions de charge partielle ; souvent, un faux chargement par dérivation de gaz chaud était nécessaire pour réduire adéquatement la capacité. C’est parce que les vieux refroidisseurs étaient surdimensionnés et utilisaient diverses techniques de vol d’efficacité nécessaires pour assurer un débit de réfrigérant et d’huile adéquat. En revanche, le compresseur VTT Danfoss Turbocor utilise des roulements magnétiques qui tournent dans un champ magnétique. Il n’y a pas de roulements mécaniques nécessitant une lubrification. Les refroidisseurs de compresseur classiques lubrifiés à l’huile ont une méthode limitée de contrôle de la capacité à de faibles niveaux d’écoulement de réfrigérant (la région de « surtension ») et à des niveaux d’écoulement élevés (la région de « starter »). Les refroidisseurs équipés de plusieurs compresseurs VTT Turbocor de Danfoss avec variateurs de vitesse Danfoss peuvent réduire davantage la capacité en réduisant le nombre de compresseurs en fonctionnement pour permettre une efficacité exceptionnelle de la charge partielle tout en continuant à fonctionner de manière fiable.
La technologie innovante Danfoss IntraFlow™ améliore le contrôle de la vitesse et de la capacité du compresseur VTT Danfoss Turbocor. IntraFlow étend la plage de fonctionnement sans avoir besoin d’aubes directrices d’admission, de diffuseurs à géométrie variable et de dérivation de gaz chaud requise sur les refroidisseurs conventionnels pour réduire la capacité et maintenir la stabilité.
« La charge d’Eastman Business Park est assez dynamique », a déclaré VanSkiver. « Le fait de pouvoir faire fonctionner cette unité efficacement sur une large plage de charge donne à RED Rochester la flexibilité des compresseurs à étages pour activer et désactiver le cycle selon les besoins et gérer efficacement les charges complètes et partielles. Le refroidisseur Smardt monte en puissance pour gérer la charge primaire jusqu’à ce qu’un refroidisseur à turbine à vapeur soit mis en ligne pour transporter cette charge. Ensuite, il descend pour transporter des charges partielles beaucoup plus efficacement que l’un des refroidisseurs à turbine à vapeur. Enfin, des variateurs de vitesse Danfoss ont été appliqués sur les nouvelles pompes à eau froide et à eau du condenseur pour améliorer les performances globales du système. »
Grâce aux compresseurs Danfoss Turbocor, le refroidisseur Smardt peut tirer parti des conditions météorologiques froides pour fonctionner à des températures extrêmement basses de l’eau du condenseur de 45 °F. Dans ces conditions, il peut atteindre des rendements aussi bas que 0,15 kW/TR et un coefficient de performance (COP) allant jusqu’à 25.
« Notre décision d’opter pour un grand refroidisseur à palier magnétique était justifiée par les économies d’énergie, la réduction des coûts en capital et les rabais », a déclaré Avalone. « Cela nous a donné un retour sur investissement de moins de deux ans. Le refroidisseur Smardt nous en donne plus pour notre argent en raison de sa capacité exceptionnelle, de son rabattement et de ses performances à pleine charge et à charge partielle. »
Respectueux de l’environnement, RED Rochester apprécie la capacité de la solution à booster la rentabilité tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. Depuis que le refroidisseur est devenu pleinement opérationnel au printemps 2019, Avalone estime qu’il est justifié de s’attendre à ce que la consommation annuelle de gaz naturel diminue de 200 millions de pieds cubes.
Cela se traduit par une réduction des émissions de CO2 de 23 300 tonnes métriques, soit l’équivalent de 2 000 voitures retirées de la route.
Publié à l’origine dans esmagazine.com
