Les moteurs industriels représentent plus de 60 % de la consommation d'électricité industrielle du pays, et leur efficacité énergétique influe directement sur les coûts d'exploitation des entreprises et sur la réalisation des objectifs nationaux de double neutralité carbone. Actuellement, la plupart des entreprises utilisent encore des moteurs à faible rendement, et certains moteurs anciens affichent même un rendement énergétique inférieur aux normes minimales nationales, ce qui engendre un gaspillage d'énergie et une augmentation des coûts de maintenance. Les facteurs affectant l'efficacité énergétique des moteurs sont multiples et comprennent non seulement la conception et la fabrication des moteurs eux-mêmes, mais aussi leur sélection, leur contrôle, leur exploitation et leur maintenance. Pour améliorer l'efficacité énergétique des moteurs, les entreprises doivent élaborer des solutions systémiques prenant en compte l'ensemble de leur cycle de vie.
Les principaux facteurs influençant l'efficacité énergétique des moteurs industriels sont au nombre de quatre. Premièrement, le faible rendement du moteur lui-même constitue la cause première. Le rendement des moteurs traditionnels de la série JO2 n'atteint que 75 % à 85 %, tandis que celui des moteurs à haut rendement conformes à la norme IE3 peut dépasser 90 %. L'écart d'efficacité énergétique entre les deux est de 5 % à 10 %, et la différence de consommation d'énergie est extrêmement significative en fonctionnement prolongé. Les moteurs à faible rendement présentent des pertes fer, des pertes cuivre et des pertes mécaniques importantes. Par exemple, si le noyau de fer est constitué de tôles d'acier au silicium ordinaires au lieu de tôles d'acier au silicium laminées à froid de haute qualité, les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault augmentent considérablement. Deuxièmement, le choix du moteur est inadapté à la charge, et le phénomène de « moteur surdimensionné » est fréquent. De nombreuses entreprises optent délibérément pour des moteurs de puissance supérieure afin d'éviter les surcharges, ce qui entraîne un fonctionnement prolongé des moteurs à faible charge (inférieure à 50 % de la charge nominale). Dans ce cas, le rendement du moteur chute brutalement et le coefficient de consommation d'énergie augmente considérablement. Par exemple, la puissance nominale d'un moteur de pompe à eau dans une usine chimique est de 55 kW, mais la charge réelle n'est que de 20 kW, soit un rendement énergétique inférieur de plus de 30 % à la valeur nominale. Troisièmement, la méthode de contrôle est obsolète et ne dispose pas de moyens efficaces de régulation de vitesse. Les équipements de transfert de fluides, tels que les ventilateurs et les pompes à eau, représentent plus de 40 % du parc total de moteurs industriels. Traditionnellement, le débit de ces équipements est contrôlé par des vannes et des chicanes, et le moteur fonctionne toujours à sa vitesse nominale, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie important dû aux pertes par étranglement. Quatrièmement, un fonctionnement et un entretien inadéquats dégradent les performances du moteur. Par exemple, un manque d'huile et l'usure des roulements augmentent les pertes mécaniques, l'accumulation de poussière sur les enroulements entraîne une mauvaise dissipation de la chaleur et une augmentation des pertes par effet Joule, et le vieillissement de l'isolation provoque des courts-circuits locaux. Tous ces facteurs contribuent à réduire le rendement énergétique réel du moteur par rapport à sa valeur nominale.
Pour améliorer l'efficacité énergétique des moteurs, les entreprises privilégient le remplacement des moteurs à faible rendement par des moteurs à haut rendement et économes en énergie. Lors de ce remplacement, il convient d'appliquer le principe d'une « adéquation précise », plutôt que de rechercher aveuglément des spécifications élevées. Il est primordial de réaliser une inspection complète des moteurs existants afin de mesurer leur rendement, leur taux de charge et leur consommation énergétique. La priorité doit être donnée au remplacement des moteurs à faible rendement en service depuis plus de 10 ans et dont le taux de charge dépasse 60 %. Pour les équipements fonctionnant en continu, il est recommandé de choisir des moteurs asynchrones à haut rendement ou des moteurs synchrones à aimants permanents conformes à la norme IE3 ou supérieure. Pour les équipements à charge variable, les moteurs synchrones à aimants permanents sont à privilégier : ils maintiennent un rendement élevé sur une large plage de charge et permettent une économie d'énergie de 8 à 15 % supérieure à celle des moteurs IE3 de même puissance. Après le remplacement de 20 moteurs de la série JO2 par des moteurs à aimants permanents haute efficacité IE4 dans une usine textile, chaque moteur a permis d'économiser 12 000 kWh d'électricité par an, et le retour sur investissement a été atteint en seulement 14 mois. Lors de cette opération, il convient de veiller à l'adéquation des dimensions des nouveaux moteurs avec celles des équipements existants afin d'éviter des coûts de transformation excessifs susceptibles de compromettre la rentabilité du projet.
Deuxièmement, il convient d'optimiser la méthode de commande du moteur et de promouvoir la technologie de régulation de vitesse par conversion de fréquence. Cette technologie ajuste la vitesse en modifiant la fréquence d'alimentation du moteur, de sorte que sa puissance de sortie corresponde précisément à la demande de charge. Elle est particulièrement adaptée aux équipements à charge variable tels que les ventilateurs, les pompes à eau et les compresseurs. Les données montrent qu'après l'adoption de la régulation de vitesse par conversion de fréquence, le taux d'économie d'énergie moyen de ces équipements peut atteindre 20 à 40 %, et même dépasser 50 % dans certains cas de fortes fluctuations de charge. Par exemple, après la conversion de fréquence du moteur du ventilateur d'un haut fourneau dans une aciérie, la vitesse est ajustée en fonction de la pression d'air requise, ce qui permet d'économiser 8 millions de kWh d'électricité par an. Pour les moteurs de forte puissance (supérieure à 200 kW), une solution combinant « conversion de fréquence et démarrage progressif » peut être adoptée. Cette solution permet non seulement de réguler la vitesse et de réaliser des économies d'énergie, mais aussi d'éviter les dommages causés au réseau électrique et au moteur par le courant de démarrage. De plus, pour les lignes de production à fonctionnement coordonné multi-moteurs, un système de contrôle centralisé peut être adopté pour réaliser une répartition équilibrée de la charge entre les moteurs et améliorer encore l'efficacité énergétique globale.
Une gestion scientifique de l'exploitation et de la maintenance est essentielle au bon fonctionnement des moteurs. Il est primordial de mettre en place un système de surveillance de l'efficacité énergétique des moteurs, de collecter en temps réel des données telles que la tension, le courant, le facteur de puissance et la température grâce à des capteurs intelligents, et d'analyser l'évolution de l'efficacité énergétique via une plateforme Internet industrielle afin de détecter rapidement toute anomalie. Une maintenance ciblée et régulière est indispensable : vérification mensuelle de la lubrification des roulements, utilisation d'une graisse haute température et résistante à l'usure pour limiter les pertes mécaniques ; nettoyage trimestriel des enroulements et des dissipateurs thermiques pour optimiser la dissipation de chaleur et réduire les pertes par effet Joule ; tests annuels d'efficacité énergétique, évaluation des performances et élaboration de plans de maintenance préventive. Grâce à ce système intelligent, une entreprise de pièces automobiles a amélioré l'efficacité énergétique de ses moteurs de 12 % et réduit de 60 % les temps d'arrêt pour cause de panne.
De plus, les entreprises peuvent adopter le modèle de contrat de performance énergétique (CPE) en fonction de leurs besoins spécifiques. Des sociétés spécialisées dans les services d'économie d'énergie prennent en charge l'investissement, la conception, la transformation, l'exploitation et la maintenance des moteurs modernisés, créant ainsi une situation gagnant-gagnant grâce au partage des bénéfices en matière d'économies d'énergie et réduisant de ce fait les coûts initiaux. En résumé, la modernisation de l'efficacité énergétique des moteurs ne se limite pas au simple remplacement d'un équipement, mais constitue un projet systémique combinant « remplacement par des moteurs à haut rendement + optimisation de la commande par variateur de fréquence + garantie d'exploitation et de maintenance intelligentes ». La mise en œuvre de ce projet permet aux entreprises non seulement de réduire significativement leurs coûts énergétiques et d'améliorer la stabilité de fonctionnement de leurs équipements, mais aussi de contribuer à la réalisation des objectifs de double neutralité carbone et d'acquérir un avantage concurrentiel en matière de développement durable.




