Etude de l’efficacité énergétique

Les formes d’énergie

Les énergies classiques : L’énergie peut aussi être livrée sous forme de combustible stocké sur le site. Il s’agit généralement de gaz, de pétrole liquéfié (propane, butane) ou de fioul domestique ou lourd, sans oublié le charbon et le bois qui dans beaucoup de pays occupent une place importante.
Ces combustibles peuvent être utilisés dans les chaudières pour le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire et pour l’entrainement des générateurs électriques locaux.
Les énergies renouvelables:
Energie solaire: Des capteurs solaires sont utilisés depuis des décennies. Ils absorbent le rayonnement solaire et le transforment en énergie thermique. L’utilisation principale de cette énergie, via un fluide caloporteur, est le chauffage et la production d’eau sanitaire. Les cellules photovoltaïques, de techniques plus récentes, transforment l’énergie lumineuse en électricité. De puissance plus petite que les capteurs thermiques, leur emploi est souvent réservé à l’alimentation d’habitats ou d’équipements isolés (relais hertziens, lampadaires…).
Energie éolienne : Elle représente l’énergie mécanique du vent, qui par l’intermédiaire d’une hélice entraine un alternateur. Des producteurs d’électricité exploitent des installations récentes (fermes d’éolienne) qui délivrent plusieurs mégawatts. Mais il existe aussi des installations privées de quelques kilowatts pour alimenter des bâtiments isolés (exploitations agricoles, hôtels).
Energie produite par les réseaux extérieurs : L’énergie sous la forme électrique a une importance particulière, en ceci qu’elle est pratiquement obligatoire pour toutes les utilisations et tous les bâtiments. Elle est habituellement amenée au bâtiment par des réseaux publics de distribution d’électricité, de gaz naturel et de chauffage urbain. Cette fourniture d’énergie fait l’objet de contrats d’abonnement entre les fournisseurs (publics ou privés, en situation de monopole ou non) et les clients occupant le bâtiment.

Bilan de la consommation d’énergie

Dans le but d’optimiser la consommation d’énergie du Grand Théâtre Nationale, il est nécessaire d’élaborer le bilan énergétique. Cette étude se fera tout d’abord par l’étude de la facturation d’électricité en distinguant ses différentes composantes et ensuite par l’identification des niches d’économie d’énergie par l’analyse des données recensées lors de l’enquête.
Etude de la facture d’électricité : Dans cette approche exclusivement financière, il est nécessaire de s’intéresser essentiellement à la fourniture d’énergie électrique. Celle-ci se fait dans le cadre d’un contrat avec un fournisseur. Cependant la variété des types de contrat est élevée et l’éventail de choix s’élargie quand la puissance demandée par le site augmente.
Analyse classique de la facturation : L’analyse s’est effectuée sur la base des factures d’électricité de l’année 2013.Le Grand Théâtre National de Dakar est abonné dans la catégorie MT (Moyenne Tension) avec une puissance souscrite de 1087 kW pour deux transformateurs de 1500kVA.

Analyse de la consommation électrique

Analyse : Dans cette partie, il est question de voir le comportement de la consommation pendant les heures de pointe et les heures hors pointe afin de pouvoir envisager des notifications permettant d’améliorer les conditions d’utilisation de l’énergie. Pour effectuer l’analyse, nous nous sommes référés sur les factures d’électricité mensuelles qui sont à notre disposition à savoir les mois de mars, avril, mai, juin, aout et septembre de l’année 2013.
Interprétation : La consommation élevée d’énergie notée aux heures hors pointe peut être liée à plusieurs facteurs dont les plus spécifiques sont notamment, selon nos investigations, l’utilisation très courante des équipements bureautiques et la climatisation. Nous avons remarqué que les lampes et autres accessoires tels que les cafetières, les imprimantes, les ordinateurs restaient allumées toute la journée. Les utilisateurs de ces appareils n’ont pas l’habitude de les éteindre en quittant le bureau. La consommation d’énergie élevée durant les mois d’avril à juin peut être expliquée par l’utilisation très fréquente de la climatisation durant cette période de forte chaleur de l’année mais aussi du fait de l’ouverture des portes et fenêtres pendant la climatisation. Il faudrait noter que l’ouverture de la porte ou de la fenêtre d’une pièce climatisée entraine une augmentation de 20% de la consommation en énergie .Tous ces équipements précités sont toujours restés en veille pendant les heures de pause et même à la descente. Dans cette situation, ces appareils peuvent consommer le quart de leur consommation en utilisation réelle.
Cette différence de consommation peut aussi être expliquée par la climatisation et l’éclairage de la grande salle de spectacle et des couloirs pendant les manifestations.

Amélioration de la consommation énergétique

La démarche de réduction des couts énergétiques impose à utiliser une moindre quantité pour le même résultat. Cependant, toute solution visant à diminuer les consommations d’énergie est fortement encouragé par les besoins des autorités de régulation. Ainsi pour cette étude, nous allons agir dans un premier temps sur l’éclairage et dans un second temps sur la climatisation pour minimiser cette consommation.
L’éclairage : L’éclairage est dans tous les bâtiments une prestation incontournable : il contribue à assurer la sécurité, le confort des occupants mais aussi la productivité des activités. C’est un poste souvent très important de consommation d’énergie, et parfois le premier.
Les Bureaux : Il serait plus avantageux d’assurer l’éclairage des bureaux avec des lampes à incandescence associées à un détecteur de présence ou bien d’utiliser des lampes basses énergies (LBC)de 11W à la place des réglettes fluorescentes de 38W. Ce changement va entrainer une réduction de la puissance mais aussi une réduction de la durée d’utilisation pendant les heures de pause et les heures ou l’occupation est intermittente. Les bureaux dont les fenêtres font face à l’extérieur nécessitent moins d’apport lumineux.
Les Couloirs, hall et salles de maquillage : Réduction de la puissance installée
L’utilisation des lampes de conception récente, qui à flux lumineux égal ont une puissance nominale très faible permet de diminuer considérablement la consommation d’énergie. Plusieurs types de lampes existent dans le marché, parmi elles, on peut citer : les lampes fluo-compactes (-70% par rapport aux lampes incandescentes), les tubes fluorescents récents de petit diamètre (-30% par rapport au tubes classiques), les lampes à ballast électronique (-20% par rapport aux ballasts ferromagnétiques) .
Le remplacement des lampes installées par les lampes précitées ci-dessus, va permettre de doubler l’économie sur la facture d’électricité, d’allonger leur durée de vie mais surtout d’améliorer le confort visuel.
L’éclairage du hall, des couloirs et des toilettes est pratiquement assuré par des lampes LBC alignées en trois rangés. Ces dernières consomment peu d’énergie mais leur nombre fait défaut. Ainsi, nous pouvons envisager une économie en réduisant le nombre de lampes de moitié sans affecter l’éclairage de ce secteur. Cependant l’énergie globale consommée par les LBC au niveau de couloirs est égale à 546,088 kWh. Cette réduction des LBC représente une niche d’économie d’énergie de 273,044 kWh.
En effet ces lampes sont allumées pendant les heures hors pointe avec un tarif normal du kWh égal à 142,15 FCFA donnant ainsi, après calcul un cout moyen d’économie journalière de 38813 FCFA. D’après le Directeur commercial de la structure, le nombre moyen annuel de manifestations est de l’ordre de 48. Ainsi la structure peut réaliser une économie financière annuelle de 1 863 024 FCFA sur la consommation des lampes LBC.
Suppression des allumages inutiles : Dans le bâtiment, les zones situées près des fenêtres extérieures nécessitent moins d’apport lumineux que les zones intérieures.
Il est aussi judicieux de prévoir un détecteur de niveau d’éclairement et une horloge assurant la diminution progression de la tension d’alimentation des sources lumineuses. Ceci peut être aussi appliqué aux couloirs, escaliers et paliers qui ne sont que des lieux de passage ainsi que les entrepôts et locaux techniques sans présence humaine permanente. Pour plus de performance et de confort, des détecteurs de présence intégrables dans les luminaires peuvent être installés. La grande salle de spectacle : Dans la grande salle de spectacle, l’utilisation de lampes de très grande puissance est facteur d’une très importante consommation d’électricité. Ces dernières émettent une quantité très élevée de chaleur par effet joule ce qui influe sur la climatisation de la scène et même
celle de la salle toute entière. Elles sont souvent tombées en panne particulièrement les rebots de 2900W. Cependant, ces lampes peuvent être remplacées par des lampes DEL(Diode Electroluminescente)qui consomment moins d’énergie et qui ont une durée de vie beaucoup plus longue (20 000 à 50 000 h environ). Vu leurs puissances, les DEL classiques 5mm ne chauffent presque pas et ne brulent pas .Les lampes DEL RVT (rouge-vert- bleu) permettent des mises en valeur colorées avec des possibilités de variations sans limite.
L’extérieur : L’éclairage extérieur est assuré par des pilonnes de 150W qui consomment non seulement énormément d’énergie mais les ampoules incandescentes se détériorent fréquemment. Selon le service chargé de l’électricité dans le GTN, il est difficile voire même impossible de retrouver des ampoules identiques à celles de l’installation initiale.
Dans ce cas, pour améliorer la consommation d’énergie à l’extérieur, nous allons faire un dimensionnement pour une installation photovoltaïque afin non seulement de réduire la consommation mais aussi de changer la nature des ampoules.
La climatisation : La salle de transformateur représente le local technique de production d’électricité et de refroidissement. Elle abrite le système de climatisation de la grande salle de spectacle, des couloirs et le hall. Ce système de climatisation est assuré par deux compresseurs qui font circuler de l’eau froide dans des tubes. Un système de ventilation souffle l’air froid vers l’intérieur et aspire la chaleur à l’extérieur.
A l’état actuel, l’un des compresseurs est en panne ce qui réduit le rendement de fraicheur. Ces deux compresseurs ont une puissance totale de 652 kW soit une consommation de 5868 kWh pendant 9 heures d’utilisation. Cependant selon l’enquête préalable qui a été menée au niveau du service technique qui s’occupe de la climatisation dans la structure, il est possible de réduire cette consommation en respectant la durée des manifestations 4 heures au maximum. Dans les bureaux, la climatisation est assurée par les systèmes split qui sont les plus utilisés dans les bâtiments. Ce sont des systèmes dans lesquels l’évaporateur est à l’intérieur du bâtiment et le condenseur à l’extérieur.
La climatisation représente 52% de la consommation dans les bureaux et cela est dû au comportement des uns et des autres. Pour augmenter l’efficacité énergétique et réaliser des économies, il est conseiller de :
réduire le nombre de sources de chaleur inutiles telles que l’éclairage intense, des appareils trop chauds et les éteindre lorsqu’on ne les utilise pas.
choisir un niveau de confort raisonnable (entre 23°C et 25°C, la dernière température étant optimale) et d’installer des appareils de contrôle (thermostats) pour réguler le système de climatisation et obtenir ainsi la température souhaitée.
garder les portes et fenêtres fermées en utilisant le système de climatisation. entreposer le système de climatisation dans une zone bien ventilée, à l’extérieur du bâtiment, à l’abri des rayons du soleil. nettoyer et vérifier le climatiseur tous les 2 mois. Des filtres et des charpentins salles peuvent bloquer le débit d’air normal et dégrader la capacité d’absorption de l’évaporateur, réduisant ainsi l’efficacité du système. Les économies réalisables sont de 3% à 10% .

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : ETAT DES LIEUX
Introduction
I-1 Présentation du Grand Théâtre National
I-2 Etat des lieux
I-2-1 Répartition de la consommation d’énergie dans le Grand Théâtre Nationale
I-2-2 Répartition des puissances installées
Conclusion du Chapitre I
Chapitre II AUDIT ET ECONOMIE D’ENERGIE
Introduction
II-1 Revue bibliographique
II-2 Les formes d’énergie
II-2-1 Les énergies classiques
II-2-2 Les énergies renouvelables
II-2-3 Energie produite par les réseaux extérieurs
II-3 Bilan de la consommation d’énergie
II-3-1 Etude de la facture d’électricité
II-3-2 Analyse classique de la facturation
II-4 Analyse de la consommation électrique
II-4-1 Analyse
II-4-2 Interprétation
II-4-3 Adéquation du contrat
II-5 Amélioration de la consommation énergétique
II-5-1 L’éclairage
II-5-2 La climatisation
Conclusion du chapitre II
Chapitre III: ETUDE D’UNE SOLUTION SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE POUR L’ECLAIRAGE EXTERIEUR
III-1 Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque
III-1-1 L’énergie solaire photovoltaïque
III-1-2 Composition d’un système photovoltaïque
III-2 Etude technique du système photovoltaïque
III-2-1 Gisement énergétique disponible
III-2-2 Le bilan énergétique
III-2-3 Dimensionnement des composants du système PV
III-2-3-1 Dimensionnement du générateur solaire
III-3 Analyse technico-financière du système PV
III-3-1 Etude comparative de lampes
III-3-2 Les besoins énergétiques
III-3-3 Etude technique du système avec LED
III-3-4 Dimensionnement des câbles entre les composants du système photovoltaïque
III-3-5 Cout des équipements avec les LED
III-3-6 Coût de l’approvisionnement en énergie électrique par la SENELEC
III-3-7 Etude Comparative éclairage solaire et éclairage classique
III-3-8 Analyse financière du projet
Conclusion Chapitre III
CONCLUSION GENRALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE