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Un refroidisseur électrique et des compresseurs à palier magnétique offrent des avantages économiques et environnementaux à RED Rochester – Eastman Business Park

5 octobre 2020

Relever d’énormes défis énergétiques fait partie du quotidien de Recycled Energy Development (RED) Rochester, le service public qui possède et exploite l’infrastructure de trigénération pour le chauffage, le refroidissement et l’électricité du parc d’affaires Eastman. Situé à Rochester, dans l’État de New York, à trois miles du lac Ontario, Eastman Business Park est un immense pôle d’innovation issu du campus de fabrication de films photographiques d’Eastman Kodak, qui s’étendait sur 1 200 acres. Aujourd’hui, le campus abrite plus de 100 entreprises sur 16 millions de mètres carrés, soit l’équivalent de 277 terrains de football. Les locataires consomment d’énormes quantités d’électricité et de nombreux services publics, notamment de l’eau réfrigérée pour le confort et le refroidissement des processus.

Pour le refroidissement des processus et de confort sur le campus sud d’Eastman Business Park, RED Rochester a utilisé plusieurs refroidisseurs centrifuges entraînés par des turbines à vapeur – deux pour le service principal et un pour le service de secours – afin de fournir de l’eau réfrigérée à 43°F. Mais RED Rochester cherche toujours à réduire ses coûts énergétiques et son empreinte carbone. Lorsqu’il s’est agi de remplacer le refroidisseur de secours à turbine à vapeur, RED Rochester a été intrigué par une proposition d’utilisation d’un refroidisseur électrique fabriqué par Smardt. Les estimations ont montré que l’efficacité d’un refroidisseur centrifuge Smardt équipé de compresseurs à paliers magnétiques Danfoss Turbocor® permettrait de réduire la facture de gaz de 650 000 dollars par an et les émissions de CO2 de plus de 23 300 tonnes, ce qui représente un avantage économique et environnemental considérable.

Pourquoi un seul grand refroidisseur est-il judicieux ?

Propriété d’Ironclad Energy Partners, RED Rochester possède et exploite son service public de 120 mégawatts (MW) comme un « micro-réseau » – un système de charges interconnectées et de ressources distribuées regroupées « à l’intérieur de la clôture » du parc commercial Eastman. En conséquence, bien que niché 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 la manière la plus fiable et la plus compétitive possible. RG&E fournit à RED Rochester du gaz naturel pour alimenter sa centrale électrique de trigénération. RG&E offre également des remises lorsque les clients peuvent appliquer une technologie pour réduire leur consommation. RED Rochester a étudié avec impatience le nouveau refroidisseur Smardt qui promettait d’utiliser plus efficacement son infrastructure alimentée au gaz pour alimenter des compresseurs électriques de réfrigérant plutôt que des compresseurs entraînés par des turbines 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, le choix standard pour un nouveau refroidisseur électrique aurait été un refroidisseur centrifuge à usage industriel doté d’un seul compresseur lubrifié à l’huile. Cependant, en nous concentrant sur l’efficacité énergétique et la fiabilité, nous avons étudié les avantages des refroidisseurs électriques sans huile utilisant des compresseurs centrifuges à paliers magnétiques.

Rob VanSkiver, ingénieur commercial pour 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 paliers magnétiques en général, mais également les avantages spécifiques du choix d’un refroidisseur Smardt à plusieurs compresseurs », a-t-il déclaré. « RED Rochester était également réceptif à l’utilisation d’un seul refroidisseur d’une capacité de réfrigération (TR) de 2 000 tonnes par rapport à la conception initiale de plusieurs refroidisseurs. La sélection finale était un refroidisseur à paliers magnétiques Smardt de classe V utilisant le réfrigérant R-134a et employant cinq compresseurs à paliers magnétiques Danfoss Turbocor VTT avec entraînements à fréquence variable Danfoss.

Cette solution contraste avec l’étendue des travaux d’origine qui nécessitait deux refroidisseurs centrifuges à paliers magnétiques de 1 000 TR. Après mûre réflexion, l’équipe d’Avalone a réalisé qu’opter pour un seul refroidisseur de 2 000 TR présentait 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 ainsi que les dépenses liées aux pompes supplémentaires, à la tuyauterie, à l’isolation, aux connexions électriques, à l’instrumentation et aux commandes. Opter pour une conception sans huile éliminerait également les tracas liés à l’installation et à l’entretien d’un système de lubrification à l’huile.

« La seule machine à l’époque d’une capacité de 2 000 TR dans une conception sans huile était le refroidisseur à eau Smardt de classe V », a déclaré VanSkiver. « Pour fournir cette capacité, il utilise cinq compresseurs Danfoss Turbocor VTT, chacun d’une capacité nominale de 400 TR [2 000 TR au total] ».

Les multiples compresseurs sont disposés dans une configuration modulaire fiable. Aucune panne de compresseur ne peut faire tomber le refroidisseur. La modularité améliore également la flexibilité car les compresseurs peuvent être étagés pour fonctionner comme plusieurs machines. À mesure que la charge diminue, les compresseurs s’arrêtent pour réduire la capacité à 10 % de leur capacité nominale à pleine charge. À mesure que la charge augmente, des compresseurs supplémentaires se mettent en marche. Lorsque tous les compresseurs Danfoss Turbocor VTT fonctionnent à pleine charge en conjonction avec l’économiseur Smardt et à des températures d’eau du condenseur plus froides que la conception, le refroidisseur a pu fournir jusqu’à 2 300 TR de capacité, soit 300 TR au-dessus de la valeur nominale. La large plage de capacité permet de retarder la mise en service de refroidisseurs à turbine à vapeur moins efficaces, car la charge supplémentaire peut être gérée par temps frais par le refroidisseur électrique. Le refroidisseur Smardt de classe V intègre également des vannes à bille Danfoss, des voyants, des électrovannes, des vannes modulantes d’aspiration électronique KVS et des vannes motorisées ICM pour améliorer les performances.

Fonctionnement à vitesse variable pour des conditions météorologiques variables

Le temps 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 de grandes variations de charge et fonctionnent mal dans des conditions de charge partielle ; souvent, un faux chargement via une dérivation de gaz chauds était nécessaire pour réduire correctement la capacité. En effet, les anciens refroidisseurs étaient surdimensionnés et utilisaient diverses techniques réduisant l’efficacité, nécessaires pour garantir un débit adéquat de réfrigérant et d’huile. En revanche, le compresseur Danfoss Turbocor VTT utilise des roulements magnétiques qui tournent dans un champ magnétique. Il n’y a pas de roulements mécaniques nécessitant une lubrification. Les refroidisseurs conventionnels à compresseur unique lubrifiés à l’huile ont une méthode limitée de contrôle de la capacité à de faibles niveaux de débit de réfrigérant (la région de « surtension ») et à des niveaux de débit élevés (la région de « starter »). Les refroidisseurs équipés de plusieurs compresseurs Danfoss Turbocor VTT avec entraînements à vitesse variable Danfoss peuvent réduire davantage la capacité en réduisant le nombre de compresseurs en fonctionnement pour permettre des efficacités exceptionnelles à charge partielle tout en restant fiable.

La technologie innovante Danfoss IntraFlow™ améliore le contrôle de la vitesse et de la capacité du compresseur Danfoss Turbocor VTT. IntraFlow étend la plage de fonctionnement sans avoir besoin d’aubes directrices d’entrée, de diffuseurs à géométrie variable et de dérivation de gaz chauds requis sur les refroidisseurs conventionnels pour réduire la capacité et maintenir la stabilité.

« La charge d’Eastman Business Park est assez dynamique », a déclaré VanSkiver. « La capacité de faire fonctionner cette unité efficacement sur une large plage de charges donne à RED Rochester la flexibilité des compresseurs étagés pour s’allumer et s’éteindre selon les besoins et gérer efficacement les charges complètes et partielles. Le refroidisseur Smardt s’accélère pour gérer la charge principale jusqu’à ce qu’un refroidisseur à turbine à vapeur soit mis en ligne pour supporter cette charge. Ensuite, il ralentit pour transporter des charges partielles beaucoup plus efficacement que ne le ferait un des refroidisseurs à turbine à vapeur. Enfin, des entraînements à vitesse variable Danfoss ont été appliqués aux nouvelles pompes à eau glacée et à eau de condenseur pour améliorer les performances globales du système.

Grâce aux compresseurs Danfoss Turbocor, le refroidisseur Smardt peut profiter des conditions météorologiques froides pour fonctionner à des températures d’eau de condenseur extrêmement basses de 45 °F. Dans ces conditions, il peut atteindre des rendements aussi bas que 0,15 kW/TR et un coefficient de performance (COP) jusqu’à 25.

 

Avantages économiques et environnementaux

« Notre décision d’opter pour un grand refroidisseur à palier magnétique était justifiée par les économies d’énergie, la réduction des coûts d’investissement et les remises », a déclaré Avalone. « Cela nous a permis d’avoir un retour sur investissement en moins de deux ans. Le refroidisseur Smardt nous en donne plus pour notre argent en raison de sa capacité exceptionnelle, de sa capacité de préparation et de ses performances à pleine charge et à charge partielle.

Respectueux de l’environnement, RED Rochester apprécie la capacité de la solution à augmenter 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 justifié de s’attendre à une baisse de la consommation annuelle de gaz naturel de 200 millions de pieds cubes.

Cela se traduit par une réduction des émissions de CO2 de 23 300 tonnes, soit l’équivalent du retrait de 2 000 voitures de la route.

Publié à l’origine sur esmagazine.com

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