Passer à l’ère IE5 pour l’efficacité énergétique

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Par Caroline Hayes

Publié le mardi 14 mars 2023

Alors que le secteur de l'ingénierie recherche des moyens durables et économiques pour parvenir à une plus grande automatisation, qu'est-ce qui freine une adoption plus large du moteur IE5 ?

Les moteurs convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique pour entraîner les pièces. Aujourd’hui, ils sont omniprésents, avec plus de huit milliards de moteurs électriques utilisés rien que dans l’UE. Ils sont disponibles dans toutes les tailles pour une utilisation dans les maisons, les bureaux, les usines, les équipements hospitaliers et les équipements d'usine.

On estime qu’ils représentent plus de 50 pour cent de la consommation mondiale d’électricité et, avec la hausse des prix des carburants, leur fonctionnement économe en énergie est devenu un problème économique autant qu’environnemental. La mise à disposition de moteurs plus économes en énergie contribuera à réduire les émissions de CO2 et aidera les pays à atteindre leurs objectifs de zéro émission nette.

Les moteurs industriels sont utilisés pour contrôler le couple et la vitesse sur les bandes transporteuses, les bras robotisés, les véhicules à guidage automatique et dans les compresseurs pour réguler le volume d'air, de gaz ou de liquide circulant dans les tuyaux.

Ils sont classés en termes de classes d'efficacité internationale (IE), chaque niveau d'efficacité générant 10 à 20 % de perte d'énergie en moins lors du fonctionnement du moteur (voir l'encadré ci-dessous).

La classe IE5 est définie pour les moteurs fonctionnant à vitesse variable. Richard Gee, directeur des ventes de moteurs et de générateurs au Royaume-Uni chez ABB, affirme que les moteurs IE5 produisent des pertes d'énergie jusqu'à 50 % inférieures à celles des moteurs IE2 équivalents et 20 % de pertes inférieures à celles des moteurs IE4.

Les moteurs synchrones peuvent utiliser des aimants permanents ou créer un couple grâce à une réluctance magnétique. Aujourd'hui, il existe des moteurs à aimant permanent (PM) IE5, des moteurs à réluctance synchrone IE5 et des moteurs à réluctance synchrone assistés IE5 PM. Des travaux sont en cours pour créer un moteur à induction (ou asynchrone) IE5, mais il est difficile d'en obtenir un rendement aussi élevé, explique Norbert Hanigovszki, directeur de l'intelligence des entraînements chez Danfoss.

Le type d'aimant utilisé affecte le coût et la taille d'un moteur. Les matériaux de terres rares utilisés dans les aimants permanents sont rares et géopolitiquement sensibles car la plupart sont extraits en Chine, explique Hanigovszki. La ferrite est un aimant moins cher mais plus faible, ce qui donne lieu à un moteur plus gros.

Selon les estimations, les moteurs IE5 ne représentent aujourd’hui pas plus de 1 % du marché automobile total. Une partie de la lenteur de l'adoption peut être due au fait que les gouvernements n'exigent pas de moteurs supérieurs à IE3. Cela peut être dicté par la géographie des constructeurs automobiles, observe Hanigovszki, avec Danfoss, ABB et Siemens en Europe et GE et Allen-Bradley aux États-Unis, mais aucun constructeur en Chine.

En conséquence, les moteurs IE5 sont un outil de différenciation des produits, mais sont considérés comme une mise à niveau de luxe plutôt que comme une nécessité. Étant donné qu'un moteur IE5 doit être fabriqué spécifiquement et à un coût élevé, et sachant que les économies ne peuvent pas être réalisées immédiatement, il convient de prendre en compte le coût total du projet, et pas seulement le coût initial du moteur, conseille Hanigovszki.

Cela est particulièrement vrai pour les projets municipaux où les moteurs IE5 peuvent réduire les coûts de fonctionnement et la consommation d'énergie pour les grands projets qui font fonctionner les moteurs à charge partielle ou à vitesse partielle, tels que le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC), le pompage d'eau douce et le traitement des eaux usées. L'électricité utilisée pour approvisionner les villes en eau représente généralement le tarif d'électricité le plus élevé, explique Hanigovszki, de sorte que toute économie sera significative.

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Les moteurs sont conçus pour fonctionner pendant au moins 20 ans, mais des économies totales peuvent être réalisées relativement rapidement. ABB cite l'exemple d'un moteur de 110 kW tournant à 1 500 tr/min. La différence de coût initial entre son moteur IE5 et un moteur IE3 « est négligeable par rapport aux économies annuelles en coûts énergétiques ». Le package moteur IE5 remboursera la différence de coût après environ 13 mois. De plus, il continuera à générer des économies annuelles pendant le reste de sa durée de vie. D’ici 10 ans environ, la réduction de la consommation d’énergie couvrira le coût initial de l’ensemble du package IE5, affirme l’entreprise.