ARCHIVÉE - Qu'est-ce qu'un système d'information de gestion énergétique?

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Un système d'information de gestion énergétique (SIGE) est un élément important d'un programme complet de gestion de l'énergie. Il fournit aux personnes et aux services clés des renseignements pertinents qui leur permettent d'améliorer le rendement énergétique.

Un SIGE se définit par ses produits livrables, ses caractéristiques, ses composantes et le soutien qu'on y apporte. Les produits livrables incluent la détection rapide d'un mauvais rendement, le soutien au processus décisionnel et un système de rapportsefficace en matière d'énergie. Les caractéristiques comprennent le stockage de données dans un format utilisable, la définition d'objectifs valides en matière de consommation d'énergie et la comparaison de la consommation réelle avec ces objectifs. Les composantes incluent les capteurs, les compteurs d'énergie, le matériel informatique et les logiciels (qu'on trouve parfois comme systèmes de contrôle du rendement des processus et des activités de l'entreprise). Les éléments de soutien essentiels comprennent l'engagement de la direction, l'attribution des responsabilités, les procédures, la formation, les ressources et les vérifications régulières.

La présente section décrit les grandes lignes d'un SIGE efficace. La liste de contrôle de la section 10 vous aidera à déterminer si un SIGE proposé ou existant réussira. Les questions traitées dans la présente section sont résumées à la figure 1.

2.1 Qu'est-ce qu'un SIGE?

Un SIGE donne au personnel approprié d'une organisation des renseignements servant à la gestion de la consommation et des coûts de l'énergie. Sa nature exacte dépend des éléments suivants :

• l'emplacement;
• les installations et les procédés;
• le coût de l'énergie (par rapport aux autres coûts);
• les compteurs et autres instruments existants;
• les systèmes de surveillance et de contrôle;
• les données historiques;
• les systèmes d'analyse et de communication des données;
• les systèmes de gestion existants.

Dans le présent guide, la définition du SIGE s'appuie sur les résultats qu'il procure à l'entreprise; la façon de les obtenir est secondaire.

Au fil des ans, les SIGE ont affiché des degrés de réussite et de viabilité variés. La liste de contrôle de la section 10 donne un aperçu des caractéristiques d'un SIGE efficace, soit d'un système qui permettra de diminuer les coûts énergétiques d'au moins 5 p. 100 et de maintenir le rendement accru. On devrait s'assurer que le SIGE planifié ou existant répond à ces exigences (en parcourant chaque élément de la liste de contrôle).

Le présent guide traite de chacun des éléments de cette liste de contrôle. Nous suggérons donc vivement qu'elle soit consultée de nouveau après la lecture du guide.

2.2 Programmes de gestion de l'énergie et SIGE

Un SIGE n'est qu'un élément d'un programme de gestion de l'énergie (PGE) complet, sans lequel cependant on ne pourra obtenir ni maintenir tous les avantages attendus. Un SIGE efficace devrait diminuer la consommation (et les coûts) de l'énergie d'au moins 5 p. 100.

Les mesures à prendre en matière de consommation d'énergie dans le cadre d'un PGE peuvent inclure un ou plusieurs des éléments suivants :

• élaboration et approbation d'une politique et d'une stratégie en matière d'énergie;
• formation et mesures de sensibilisation;
• vérifications énergétiques afin de cerner et d'évaluer les possibilités;
• élaboration et mise en œuvre des mesures d'amélioration;
• mise en œuvre des systèmes de gestion du rendement, notamment du SIGE.

La politique énergétique d'une entreprise doit comporter des objectifs convenus et montrer l'engagement de la haute direction en la matière. La stratégie énergétique déployée à l'appui de cette politique doit donner un aperçu de plans précis axés sur l'amélioration du rendement.

La formation est essentielle pour s'assurer que le personnel opérationnel connaît les enjeux clés en matière d'énergie et les mesures qu'il doit prendre pour réduire les coûts. Les activités de sensibilisation peuvent également servir à souligner le besoin de réduire la consommation énergétique et à expliquer le lien qui existe entre l'énergie et l'environnement.

Les vérifications énergétiques constituent en général le fondement du plan d'économie d'énergie d'une entreprise. Généralement effectuées par des ingénieurs chevronnés, elles précisent et quantifient la répartition de la consommation d'énergie, et définissent les possibilités d'amélioration. Il peut s'agir de changements entraînant peu ou pas de frais, ou encore nécessitant des investissements.

Lorsqu'on a défini les possibilités, il faut les traduire en projets que l'on peut justifier et mettre en œuvre. L'élaboration de projets comprend l'estimation précise des coûts et des avantages ainsi que l'évaluation de questions d'ordre pratique, notamment quant à l'environnement et à la sécurité.

Les systèmes de gestion du rendement visent à garantir la réalisation et le maintien d'améliorations grâce au contrôle, à l'analyse du rendement et à un système de rapports efficace à tous les échelons de l'entreprise.

Le SIGE est l'élément clé de la gestion du rendement; il constitue également un instrument de soutien essentiel au processus de vérification énergétique. Un SIGE moderne est un outil logiciel étroitement intégré aux systèmes de surveillance et de contrôle des procédés et aux systèmes de TI d'une entreprise. Il fait souvent partie d'un système général servant à gérer le rendement des procédés (et des activités).

Malgré cela, il importe de comprendre qu'un SIGE ne fonctionne pas seul – et qu'il faut aussi l'engagement de la direction, des procédures, de l'organisation ainsi que la formation et le savoir-faire technique adéquats.

2.3 Produits livrables d'un SIGE

Le premier objectif d'un SIGE est de soutenir le programme de gestion énergétique de l'entreprise. En voici les livrables :

• 2.3.1 Détection rapide d'un mauvais rendement
• 2.3.2 Soutien au processus décisionnel
• 2.3.3 Système efficace de rapports sur le rendement
• 2.3.4 Vérification des activités antérieures
• 2.3.5 Détermination et justification des projets énergétiques
• 2.3.6 Preuves de réussite
• 2.3.7 Soutien à la budgétisation énergétique et à la comptabilité de gestion
• 2.3.8 Données sur l'énergie à d'autres systèmes

Pour concevoir et mettre en œuvre un système efficace, il faut absolument comprendre les résultats attendus du SIGE. En s'appuyant sur l'analyse qui suit, le lecteur devrait pouvoir préciser les exigences de son SIGE.

2.3.1 Détection rapide d'un mauvais rendement

Un des rôles importants du SIGE est la détermination rapide et efficace de situations qui nuisent au rendement. En voici quelques exemples :

• points de consigne incorrects;
• matériel fonctionnant inutilement;
• défectuosités du matériel : encrassement des échangeurs thermiques, présence d'air dans les condenseurs de réfrigération, etc.

Il faut déceler ce type d'anomalies aussi rapidement que possible et y remédier en appliquant des solutions pratiques et rentables. Il ne suffit pas de déceler un problème passé (p. ex., survenu la semaine précédente) impossible à corriger à cause du délai écoulé et parce que les opérations sont passées à un nouveau « mode ».

La comparaison entre le rendement réel et les objectifs permet souvent de déceler un mauvais rendement. Tout écart par rapport à l'objectif doit donner l'alerte. Outre la consommation d'énergie, les indicateurs de rendement peuvent aussi englober des mesures de l'efficacité ou des indicateurs indirects (p. ex., le niveau d'oxygène dans les gaz de combustion d'une chaudière).

Il y a plusieurs façons valables de définir les objectifs :

• Le rendement antérieur normal du procédé – on peut comparer le rendement actuel ou futur au rendement antérieur afin de déterminer les progrès réalisés (point de référence).
• Le meilleur rendement futur possible ou antérieur du procédé (pratique exemplaire).
• Le niveau de rendement escompté – p. ex., 5 p. 100 inférieur au point de référence (réduction).
• Le rendement budgétaire (budget).

La réussite repose sur la définition d'objectifs solides et la prise en considération de facteurs déterminants. Nous y reviendrons à la section 8.

La fréquence de la surveillance du rendement varie selon l'application. Dans un procédé complexe qui consomme beaucoup d'énergie, il peut être approprié d'établir un rapport toutes les 15 minutes, surtout si l'opérateur peut apporter des changements au procédé en fonction des alertes sur le rendement. Par contre, dans un SIGE associé à une unité centrale de réfrigération par exemple, on peut se satisfaire de rapports quotidiens ou hebdomadaires parce qu'il est probable que les anomalies apparaîtront lentement et qu'on ne peut y remédier que par des mesures d'entretien (p. ex., nettoyage du condenseur, charge de fluide frigorigène).

Les figures 3 et 4 sont des exemples de rapports d'évaluation du rendement. La figure 3 présente un avertissement selon lequel le rendement des 10 minutes précédentes a été mauvais. La figure 4 signale un changement qui indique une amélioration du rendement.

Le tableau 1 présente des exemples de problèmes courants et les fréquences de contrôle respectives qu'un système de surveillance du rendement peut recenser.

Tableau 1. Exemples de problèmes courants pouvant occasionner des coûts énergétiques élevés

Problèmes courants	Fréquence de la surveillance*
Activités liées au procédé
• points de consigne incorrects	horaire
• échangeurs de chaleur encrassés	quotidienne
• interruption des commandes avancées	horaire
• mauvaise synchronisation des commandes	horaire
Chaudières
• mauvais rapport air-combustible	horaire
• échangeurs encrassés	quotidienne
• extraction excessive	horaire
• mauvais choix de chaudière	horaire
Réfrigération
• condenseur encrassé	quotidienne
• air dans le condenseur	quotidienne
• réglage incorrect de la surchauffe	quotidienne
• réglage de pression de refoulement élevé	quotidienne
• mauvais choix de compresseur	horaire
Air comprimé
• fuites	quotidienne
• mauvais réglage du compresseur	quotidienne/horaire
• pression incorrecte	horaire
Vapeur
• fuites	horaire
• purgeurs défectueux	horaire
• isolation inadéquate	horaire
• points de consigne incorrects	horaire
• faible retour du condensat	horaire
Chauffage et climatisation
• température trop élevée	horaire
• ventilation excessive	horaire
• climatisation excessive	horaire
• chauffage et climatisation	horaire
• température élevée de l'eau de refroidissement	horaire
Production d'énergie
• mauvais rendement du moteur	horaire
• réglages inadéquats des commandes	horaire
• tour de refroidissement défectueuse	horaire
• échangeurs de chaleur encrassés	horaire
* La fréquence de surveillance appropriée dépend de l'application.

2.3.2 Soutien au processus décisionnel

Il suffit bien souvent d'avertir le personnel et les cadres opérationnels d'un mauvais rendement pour qu'un problème soit résolu. Ces employés ont parfois suffisamment d'expérience pour comprendre les raisons de la hausse de la consommation d'énergie et prendre les mesures qui s'imposent. Par contre, il se peut qu'ils n'aient pas l'expérience ou le temps nécessaire pour effectuer une analyse.

Si la prise de décisions est difficile lorsque surviennent les problèmes, il faut envisager d'incorporer au SIGE des systèmes de soutien au processus décisionnel. Ces systèmes, qui fournissent des renseignements complémentaires, peuvent se présenter sous plusieurs formes, des manuels aux tableaux en passant par les systèmes informatisés évolués.

Le « savoir » de ces systèmes décisionnels peut provenir :

• d'experts (systèmes experts ou systèmes à base de connaissances);
• des données d'exploitation (exploration de données).

Plus le procédé est complexe et consomme de l'énergie, plus un système de soutien au processus décisionnel sera justifié.

Récemment, on a mis en œuvre des systèmes de soutien décisionnel capables d'apprendre des « règles » à partir des données de fonctionnement historiques. Le système indique alors à l'opérateur comment modifier les opérations du procédé afin de parvenir aux meilleurs niveaux de rendement observés dans le passé (voir la figure 3). On s'assure ainsi que les opérations se déroulent conformément aux pratiques exemplaires.

La figure 6 illustre le principe d'apprentissage fondé sur des données. Le système cherche des périodes de fonctionnement antérieures semblables à celle en cours (p. ex., quant aux paramètres externes comme les niveaux de production, la qualité, les conditions ambiantes). À l'intérieur de ces périodes, celles où le rendement a été optimal servent à déterminer le meilleur ensemble de conditions d'exploitation. Dans certaines circons-tances, un simple système consigné par écrit (fondé sur l'expérience ou la théorie) peut servir de la même manière.

En général, la saisie de données sur le rendement des opérations mérite une étude sérieuse. L'information produite par un tel système doit être rapidement diffusée au sein de l'entreprise (p. ex., au moyen d'intranets).

2.3.3 Système efficace de rapports sur le rendement

En plus de signaler les problèmes au personnel opérationnel, le SIGE devrait également établir des rapports à l'intention de la direction, des cadres, des ingénieurs et d'autres membres clés du personnel (voir la section 7) afin de s'assurer que les ressources, le niveau d'engagement et le savoir-faire appropriés sont mis au service de l'efficacité énergétique. Faire en sorte que les personnes responsables du rendement prennent des mesures efficaces est une dimension clé du processus de gestion.

2.3.4 Vérification des activités antérieures

En plus de fournir de l'information continue sur le rendement énergétique actuel des procédés et du matériel, le SIGE peut servir à analyser des rendements antérieurs. Il faut alors y associer une base de données portant sur la consommation d'énergie antérieure et les facteurs déterminants. Grâce aux techniques modernes d'analyse de données (voir la section 8), ces données permettent :

• d'effectuer une vérification des activités antérieures (compréhension de ce qui s'est produit);
• d'expliquer les écarts du rendement énergétique (causes des fluctuations de la
  consommation);
• de vérifier la consommation et les coûts de l'énergie (coût des opérations).

Grâce à cette analyse, les ingénieurs et les gestionnaires apprennent à mieux connaître ce qu'est l'efficacité énergétique et à prendre de meilleures décisions.

Comprendre ce qui s'est produit est particulièrement important si l'on veut s'attaquer aux problèmes des secteurs sous-performants (voir la figure 10).

2.3.5 Détermination et justification des projets énergétiques

Un SIGE peut servir de premier outil pour déterminer et justifier les projets visant l'efficacité énergétique. On peut décider d'améliorations à apporter aux opérations et déterminer les réglages en se fondant sur des données d'exploitation historiques analysées au moyen de méthodes avancées (voir la section 8). Les possibilités ainsi repérées sont en général celles qui donnent des résultats rapides moyennant peu ou pas de frais; elles sont particulièrement intéressantes, car elles peuvent facilement justifier l'investissement dans un SIGE. Le bon sens économique conduit souvent à commencer par une analyse de ce type.

L'analyse des données historiques peut également permettre de découvrir des possibilités qui exigent un investissement. Les données créées par un SIGE bien configuré peuvent servir aux activités importantes qui suivent :

• surmonter les obstacles aux projets d'efficacité énergétique, notamment les désaccords sur le mode de fonctionnement des installations (p. ex., à quel point il dépend de contraintes liées au procédé ou au marketing);
• quantifier les améliorations et justifier les investissements en matière d'énergie.

2.3.6 Preuves de réussite

Le SIGE doit clairement montrer si les mesures prises pour réduire la consommation et les coûts d'énergie ont été efficaces (ou non). On peut ainsi démontrer le bien-fondé d'un investissement continu dans les systèmes, confirmer les décisions ayant conduit à des économies d'énergie, prouver que les améliorations sont réelles et satisfaire aux besoins de déclarations réglementaires ou volontaires.

Pour y parvenir, il faut un point de référence – une valeur de consommation d'énergie qu'on peut comparer à la valeur actuelle – qui doit tenir compte des influences externes sur la consommation d'énergie (production, température ambiante, etc.). Généralement, il s'agit d'un modèle établi à partir de données d'exploitation historiques. La régression est parfois acceptable, mais on a souvent besoin de méthodes d'analyse beaucoup plus avancées (voir la section 8).

Un graphique des sommes cumulées peut servir à illustrer clairement l'amélioration du rendement.

2.3.7 Soutien à la budgétisation énergétique et à la comptabilité de gestion

Les renseignements provenant d'un SIGE servent lors de l'établissement du budget. Les relations historiques entre la production et la consommation énergétique, de pair avec les estimations de la production, servent à prévoir la consommation future d'énergie.

Le SIGE répartit également la consommation et les coûts énergétiques par produit, procédé ou service pour :

• améliorer la comptabilité de gestion;
• déterminer le coût énergétique réel, comme celui de la fabrication de certains produits;
• comprendre l'incidence des volumes de production sur le coût de l'énergie par tonne de produit.

2.3.8 Données sur l'énergie à d'autres systèmes

Le SIGE peut également fournir des données et des modèles concernant l'énergie à d'autres systèmes comme ceux de la planification de la production et d'ordonnancement, de l'étude de la consommation d'énergie, de la planification des ressources, d'information de gestion, de gestion intégrée et de rapports sur l'environnement.

2.4 Les éléments d'un SIGE

Dans un SIGE, les divers éléments réunis concourent à l'élaboration d'un système complet, notamment les capteurs et les instruments, l'infrastructure de données et les outils logiciels. En général, les modules qui constituent le système proviennent de fournisseurs distincts.

Autant que possible, les composantes du SIGE seront les mêmes que celles utilisées dans l'exploitation et la gestion des installations et l'évaluation du rendement des procédés, c'est-à-dire celles du système d'information de gestion du rendement. Il est hasardeux d'élaborer un système distinct pour l'énergie : une telle approche a échoué dans le passé. L'efficacité énergétique n'est qu'un aspect du rendement des procédés (et des activités de l'entreprise), et il faut l'examiner parallèlement à d'autres objectifs opérationnels comme la production, le rendement, la qualité, la fiabilité, l'environnement et le profit.

Outre le matériel informatique, le SIGE est doté de logiciels de gestion en vue d'assurer une amélioration du rendement.

Il arrive que certains éléments du SIGE soient déjà en place au sein d'une entreprise sans toutefois servir à la gestion de la consommation d'énergie.

Les capteurs et les instruments du système comprennent les compteurs d'énergie (électricité, gaz, mazout, vapeur) et autres compteurs directement associés à la consommation d'énergie (flux thermique, circulation d'air de refroidissement et d'air comprimé), à la température, à la pression, au débit et à la composition, ainsi que d'autres dispositifs servant à mesurer des facteurs qui influent sur la consommation.

Ces capteurs et autres instruments sont généralement reliés à un système de surveillance – qui doit toujours être le système général de commande et de surveillance des procédés. Dans les installations de grande taille, il peut s'agir d'un système de commande réparti (SCR) ou encore d'un système d'acquisition et de contrôle des données (SCADA) ou un contrôleur programmable (CP). En entreprise, on utilise des systèmes de gestion des immeubles semblables aux systèmes SCADA/CLP.

La collecte des données doit être automatisée. On a généralement recours à un outil de collecte et d'archivage des données pour le stockage des données chronologiques. La collecte manuelle des données est maintenant considérée comme dépassée.

La plupart du temps, les outils logiciels du SIGE s'intègrent directement au système de commande et de surveillance et à l'outil de collecte et d'archivage. On compte :

• les outils d'analyse des données;
• les outils de production de rapports;
• les logiciels de surveillance;
• les logiciels d'optimisation et de soutien décisionnel.

Les interfaces entre ces outils, les systèmes de commande et de surveillance et les outils de collecte et d'archivage des données sont standardisés et généralement simples à déployer. La plupart du temps, le SIGE et l'infrastructure de surveillance et de gestion des procédés sont mis en réseau avec les systèmes de TI de l'entreprise. La figure 12 présente les éléments d'un SIGE classique.

2.5 Un SIGE en fonction des circonstances

Les caractéristiques, les avantages et les composantes du SIGE doivent convenir à l'installation. Dans une vaste usine énergivore équipée d'une infrastructure moderne de surveillance et de contrôle, on aura besoin de toutes les capacités décrites dans le présent guide. Dans une installation plus modeste, des instruments moins exhaustifs, une surveillance et des rapports moins fréquents ainsi qu'une analyse de données moins élaborée pourraient suffire. Ce guide permet de choisir les composantes du système qui conviennent. Le choix de la composition optimale du SIGE dépend des questions suivantes :

• la valeur des économies d'énergie qu'on peut réaliser et leur importance;
• le nombre de défectuosités éventuelles et le temps requis pour les corriger;
• l'infrastructure existante que le SIGE peut utiliser;
• les capitaux qu'on peut investir dans le SIGE.

Nombre d'entreprises ayant adopté le principe du SIGE doivent procéder par étapes et accumuler le capital requis grâce aux économies réalisées avant de passer à l'étape suivante. En ce qui a trait aux exigences du système, il y a peu de différences entre les SIGE du secteur industriel et ceux du secteur commercial, sauf en ce qui concerne la mise en œuvre. Par exemple, dans le secteur commercial, la surveillance concerne le système de gestion des immeubles, et la réduction de la consommation d'énergie incombe davantage au personnel opérationnel de l'installation, même s'il faut tenir compte de la réaction des occupants.

Les entreprises à emplacements multiples peuvent mettre en place un SIGE central pour la gestion des rapports et l'analyse globale du rendement énergétique de l'entreprise. Il faut alors interconnecter les systèmes d'archivage des données de tous les emplacements pour que les systèmes d'analyse et de rapports aient accès à toutes les données. On peut également créer une base centrale de données particulières qui, en plus de produire des rapports généraux en matière d'énergie (p. ex., consommation totale de l'énergie de l'entreprise par rapport aux objectifs), permet d'analyser les données d'entreprise et de repérer des pratiques qui consomment le plus d'énergie. Ainsi, dans des cas où des procédés semblables sont utilisés dans plusieurs emplacements, on pourrait définir des pratiques exemplaires en matière de systèmes, de conditions d'exploitation et d'entretien, et trouver les meilleurs entrepreneurs, types de matériel et fournisseurs. Nous traitons de l'analyse des données avancée à la section 8.

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