I-4. Marche optimale de la cogénération
L'unité de cogénération permettra de
produire une partie des besoins thermiques et électriques de la
raffinerie, auparavant assurés par les chaudières existantes et
par le réseau électrique ONE.
Pour déterminer la marche opératoire optimale
parmi les états de marches étudiées dans le chapitre 4, on
procède à une comparaison économique de la valeur de la
facture mensuelle d'énergie électrique pour chaque marche
opératoire.
La variation du coüt de revient de
l'électricité en fonction de la puissance produite par
l'unité de cogénération (chapitre 4) est donnée par
la figure suivante :
|
1,6
1,4
1,2
1 0,8 0,6 0,4 0,2
0
|
|
Coût de revient de
l'électricité
|
|
|
Cout en DH/kWh
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 30 35 38 40
Puissance en MW
|
|
Figure 5.4: Variation du
coût de production d'électricité en fonction de la
puissance
produite.
Au démarrage des unités de production du projet
de modernisation de la SAMIR en Mars 2010 (Projet Upgrade), la consommation
totale en électricité de la raffinerie est évaluée
à 45 MW et la production maximale de l'unité de
cogénération est d'environ 40 MW.
Le calcul ci-après concerne en particulier la
détermination de la puissance optimale qu'on peut produire par
l'unité de cogénération et qui permet d'une part d'obtenir
un coüt de revient minimal par rapport aux autres marches
opératoire, et d'autre part un coüt de revient minimal
vis-à-vis de l'ONE.
Les valeurs de la facture énergétique pour les
différentes marches opératoires de l'unité de
cogénération sont résumées dans le tableau suivant
sachant que la raffinerie étant en marche 24H/24 et 7J/7.
Tableau 5.3: Facture
électrique de la raffinerie pour différents régimes de
cogénération.
|
Puissance Produite (MW)
|
|
|
25
|
|
30
|
|
35
|
|
38
|
|
40
|
|
Coût de production
|
(DH/KWh)
|
|
1,429
|
|
1,170
|
|
1,074
|
|
1,347
|
|
1,436
|
|
Charges mensuelles de production
|
(DH)
|
25
|
722
|
000
|
25
|
272
|
000
|
27
|
064
|
800
|
36
|
853
|
920
|
41
|
356 800
|
|
Complément à acheter de l'ONE
|
(MW)
|
|
20
|
|
|
15
|
|
|
10
|
|
|
7
|
|
|
5
|
|
Prix d'achat ONE
|
(DH/KWh)
|
|
0.78
|
|
|
0.78
|
|
0.78
|
|
0.78
|
|
0.78
|
|
Charges mensuelles d'achat ONE
|
(DH)
|
11
+ 2
|
232
000
|
000
000
|
8
|
424
|
000
|
5
|
616
|
000
|
3
|
931
|
200
|
2
|
808 000
|
|
Facture électrique mensuelle
|
(DH)
|
38
|
954
|
000
|
33
|
696
|
000
|
32
|
680
|
800
|
40
|
785
|
120
|
44
|
164 800
|
N.B : pour le régime de 25 MW, la
puissance appelée de l'ONE (20MW) dépasse la puissance souscrite
17,1 MW, donc la SAMIR doit payer la pénalité de
dépassement qui est 2MDH.
Les résultats de calculs sont schématisés
dans la figure suivante :
Charges mensuelles
d'électrcité en
DH
|
50 000 000
45 000 000
40 000 000
35 000 000
30 000
000
25 000 000
20 000 000
15 000 000
10 000 000
5 000
000
0
|
|
|
|
25 30 35 38 40
|
|
Charges mensuelle de production
Charges mensuelle d'achat du complèment (ONE) en DH
Facture électrique mensuelle en (DH)
|
Puissance en MW
|
Figure 5.5: Evolution des charges
totales d'électricité en fonction du régime de
la
cogénération.
Synthèse et
interprétation
D'après les résultats obtenus, on déduit
que le régime de marche opératoire 87% de l'unité de
cogénération qui permet de produire la puissance 35 MW est celui
qui correspond à une facture minimale, et donc c'est le régime
optimal de fonctionnement de l'unité
Cependant le coüt de revient de
l'électricité produite par l'unité de
cogénération dépend fortement du prix de gasoil. Ce
dernier a connu une augmentation en avril 2010 (6000 DH/Tonne) un mois
après le démarrage du nouveau projet UGRADE, la figure ci-dessous
donne une comparaison entre la facture électrique en 2009 où le
prix du gasoil était 4114 DH/Tonne et celle de 2010.
45 000 000
40 000 000
35 000 000
30 000 000
25 000 000
20 000 000
15 000 000
10 000 000
5 000 000
Facture électrique
en DH
0
25 30 35 38
Puissance en MW
2009 2010
Figure 5.6: Facture
électrique en 2009 et 2010 en fonction du régime de marche de
la
cogénération
Le groupe turboalternateur présente des performances
meilleures pour une puissance de 35MW tel que le prix de revient de
l'électricité produite est minimale, Cette puissance reste
Optimale.
Le coüt de l'électricité produite par
l'unité de cogénération varie en fonction du régime
de marche c.-à-d. de puissance aux bornes de l'alternateur, cette
évolution atteint un minimum pour la puissance 35 MW, soit le
régime 87%.
Le gasoil utilisé dans l'unité de
cogénération est un gasoil 50ppm qui coüte 6000Dh /T,
d'où la raison pour laquelle le coüt de l'électricité
est élevé par rapport a son coüt en 2009 pendant le
démarrage et l'essai où l'unité a été
fonctionnée avec du gasoil 10000ppm moins cher.
II. Différents scénarios de distribution
d'électricité dans la raffinerie
II-1. Consommations des
unités
La raffinerie SAMIR comporte plusieurs unités (voire
annexe 3) dont les consommations électriques varient en fonction de
leurs installations (moteurs asynchrones, compresseurs, pompes,
réacteurs, échangeurs, colonnes, extracteur, ventilateur,
aéro-réfrégérants...).
Avant la mise en service du projet (UPGRADE) de modernisation
de la SAMIR, la consommation de cette dernière en
électricité est évaluée à 18 MW. Aujourd'hui
avec le nouveau projet, cette consommation est multipliée et est devenue
45 MW
Les unités du projet UPGRADE consomment 27 MW.
L'ancienne raffinerie se divise en 3 grandes zones
industrielles (Zone I, II et III). Chaque zone englobe des unités de
fabrication ou de traitement dont la consommation électrique est
évaluée à 18 MW et repartie de la manière suivante
:
Tableau 5.4: répartition de
la consommation électrique des unités de la SAMIR.
|
Unité
|
Consommation en MW
|
|
Zone I: ATK - Merox - topping I et II - platforming
|
2,5
|
|
Zone II: Platforming II - Topping III - HDS - HDT.
|
4,5
|
|
Zone III : Complexe des huiles lubrifiantes.
|
5
|
|
CTE II + Cogénération
|
4,5
|
|
UPGRADE
|
27
|
|
Off site
|
1,5
|
|
Total
|
45
|
Remarque
Cette répartition d'électricité au niveau
de la raffinerie va nous aider à la mise en place du système de
délestage, et ainsi savoir les unités à délester en
cas de coupure de l'électricité du réseau ONE.
Le système de délestage est étudié
d'une manière détaillée dans le chapitre VI
II-2. Différents scénarios de
distribution d'électricité.
Dans l'étude des scénarios de distribution
d'électricité dans la raffinerie, on va prendre en
considération la nouvelle turbine à vapeur qui va être
installée en parallèle avec les vannes réductrice de
pression dans la CTE II, elle permettra de réduire la pression et la
température de vapeur haute pression HP afin d'assurer
l'approvisionnement de l'usine en vapeur moyenne pression ainsi que la
récupération d'une énergie mécanique sur l'arbre de
la turbine.
Cette énergie est convertie par l'intermédiaire
d'un alternateur en énergie électrique débité sur
le réseau électrique.
Cette nouvelle turbine à vapeur permet d'augmenter
l'autonomie électrique de la SAMIR
En effet, l'analyse et le dimensionnement de cette turbine
à vapeur est étudié dans le chapitre six consacré
aux solutions d'amélioration du système de production
d'énergie
Cette turbine à vapeur permettra de produire une puissance
électrique de 10 MW.
La puissance appelée par la SAMIR ne doit pas
dépasser la puissance souscrite avec l'ONE qui est fixée à
17.1 MW, faute de dépassement de cette puissance la SAMIR paye une
pénalité de 2MDH plus la surconsommation.
Le rendement de l'unité de cogénération
est meilleur quand la température ambiante est faible, donc dans la nuit
on peut fonctionner cette unité avec le régime 35 MW
préalablement justifié.
Sachant que les besoins en électricité de la
raffinerie sont évalués à 45 MW, les différents cas
de distribution et de production de l'électricité qu'on a
proposés pour un bon fonctionnement de la raffinerie, une augmentation
de son autonomie énergétique et par conséquent une
diminution de la facture électrique sont les suivants :
Cas 1 : les trois sources
d'électricité sont en fonctionnement normal
gen MW 3
|
V 10 MW
?
NE 7 MW
E
Cen 0 MW
d h à h
07 22
?
|
0 MW
MW
|
Cas 2 : Arrét de l'unité de
cogénération (Trip de l'unité)
Cas 3 : Arrêt de la turbine à
vapeur TAV (maintenance ou trip)
MM 35 MW
CoCog
0 MW
AV 0 MM
?
|
NE 15 MM
E
7
h à h
|
10MW
|
|
Projet de Fin d'Etudes
|
|
|
Cas 4 : Arrét de l'unité de
cogénération et de la turbine à vapeur.
AV 10 MW
NE 0 MW
g
Cas 5 : Coupure de l'électricité
du réseau l'ONE
Cas 6 : Arrét de la TAV et coupure de
l'électricité du réseau l'ONE
Dans ce dernier cas une puissance de 7MW (45-38) sera
indispensable pour assurer le fonctionnement de toutes les unités de la
raffinerie, pour compenser ce besoin on aura recours au délestage,
c-à-d. sacrifier par certaines unités de la raffinerie qui ne
représentent pas un danger (Ex : incendie) en cas d'arrêt et ne
sont pas nécessaires pour la société.
L'étude de délestage est détaillée
dans le chapitre VI consacré aux solutions d'amélioration du
système de production d'énergie.
III. Détermination de la nouvelle puissance
souscrite III-1. Rappel du contrat ONE-SAMIR
Ci-dessous un extrait d'un contrat ONE d'approvisionnement en
électricité :
Article - OBJET DU CONTRAT
L'Abonné demande à l'ONE, qui accepte, de lui
fournir aux conditions du présent contrat l'énergie
électrique nécessaire à l'alimentation de l'installation
désignée aux dispositions particulières. Sauf stipulation
expresse contraire figurant aux dispositions particulières du
présent contrat, l'abonné s'engage à n'utiliser aucune
source d'énergie électrique autre que le réseau de l'ONE
et à demander la révision du présent contrat pour
l'application, s'il y a lieu, des conditions tarifaires propres aux fournitures
d'appoint, s'il décidait d'alimenter simultanément ses
installations par un moyen quelconque de production autonome d'énergie
électrique.
Article - PUISSANCES SOUSCRITES
1) Puissance souscrite
L'abonné s'engage à limiter les puissances
appelées par son installation, aux valeurs indiquées aux
dispositions particulières.
2) Dépassement des puissances
souscrites
Le dépassement est la puissance non souscrite
appelée à titre exceptionnel par l'abonné, au cours d'un
mois, en excédent de la puissance souscrite.
L'ONE n'est pas tenue de faire face aux appels qui
dépasseraient la puissance souscrite.
3) Modification des puissances souscrites
Les puissances sont souscrites par l'Abonné, pour la
durée du présent contrat. Toutefois, pendant l'Abonné a la
faculté de les réduire à concurrence de ?°I. Ces
réductions prennent effet à dater du début du mois suivant
la demande de l'Abonné, par un avenant de modification des puissances
souscrites qui sera annexé au présent Contrat.
Les puissances souscrites pourront être
augmentées par avenant, pendant la durée du contrat, par tranches
d'au moins ?°I. La mise à disposition des nouvelles puissances
souscrites prend effet à la date fixée à l'avenant en
considération de la durée d'exécution des travaux
éventuels. Les nouvelles puissances sont souscrites pour une
durée d'un an au moins.
Dans les dispositions particulières on peut trouver :
· Caractéristiques du courant
· Mesure de la fourniture
· Conditions de la fourniture (tranches horaires,
tarification...)
· Clauses diverses
Le principe de la tarification de l'électricité est
illustré dans le schéma suivant :
CONTRAT D'ABONNEMENT
CONSOMMATION
COÛT DE LA
CONSOMMATION
PUISSANCE SOUSCRITE
PRIME FIXE
MONTANT DE LA FACTURE
Figure 5.7: Principe de
tarification de l'électricité (ONE
La SAMIR a conclut un contrat d'approvisionnement en
électricité avec l'ONE (Office Nationale d'Electricité).
Le contrat spécifie un seuil qu'on appelle puissance souscrite. C'est la
puissance que la SAMIR demande à l'ONE de lui mettre, en permanence,
à sa disposition. En contrepartie de ce service l'ONE lui facture:
> Une prime fixe proportionnelle à la puissance
souscrite (1419,95 DH/kW/an hors taxes),
> Un complément de prime fixe lorsque la puissance
réellement appelée, par les installations de la SAMIR,
dépasse la puissance souscrite.
Actuellement, la puissance souscrite de la SAMIR est de 17.1MW.
La tarification actuelle de l'ONE est estimé à :
|
Prix d'achat d'électricité ONE = 0,78
DH/KWh/hors taxes
|
III-2. Dépassement de puissance
souscrite
Le dépassement de puissance souscrite est toujours eu lieu
en cas de trip (arrest) de l'unité de cogénération qui
permet de fournir jusqu'à 38 MW d'électricité.
Actuellement, la puissance souscrite de la SAMIR est de
17.1MW. Faute de dépassement de cette puissance, la SAMIR paye la
pénalité de dépassement plus les frais de surconsommations
selon les tranches horaires illustrées dans le tableau
ci-après.
D'après le contrat de fourniture de l'énergie
électrique en haute tension au poste 60/20 kV de la SAMIR à
Mohammedia, signé entre l'ONE et la SAMIR, les postes horaires sont
définis comme suit :
Tableau 5.5: Postes horaires pour
la tarification d'électricité.
|
POSTE HORAIRE
|
HIVER
Du 01 Octobre au 31 Mars
|
ETE
Du 01 Avril au 30 Septembre
|
|
Heures de pointe (hp)
|
17h00 à 22h00
|
18h00 à 23h00
|
|
Heures pleines (hpl)
|
07h00 à 17h00
|
07h00 à 18h00
|
|
Heures creuses (hc)
|
22h00 à 07h00
|
23h00 à 07h00
|
Les valeurs des redevances du Tarif Optionnel Très Longue
Utilisation (TLU) sont les suivantes :
- Redevance de puissances souscrites : 1419,95
DH/kW/an hors taxes
- Les coefficients de pondération des puissances
souscrites sont : En heures de pointe : 1
En heures pleines : 0,6
En heures creuses : 0,4
La pénalité (mensuelle) de dépassement est
alors estimée à :
|
Projet de Fin d'Etudes
c s
|
|
|
Le prix de pénalité est de l'ordre de 2 MDH
Les frais de surconsommation sont donnés par la formule
suivante :
Avec :
Pf : prime mensuelle fixe (2129,93).
Ps : puissance souscrite =17,1 MW.
Pp : puissance appelée aux heures de pointe. Ppl :
puissance appelée aux heures pleines. Pc : puissance
appelée aux heures creuses.
,
Alors la facture totale en cas de dépassement est
donnée par la formule suivante :
? ? ? ? ? ? ?
1 45 1 7,1 0,6 45 1 7,1 0,4 45 1 7,1 . 1 0
? ? 3
ti ? ? ? ? ? ?
En cas de trip (arrét) de l'unité de
cogénération, la totalité des besoins électriques
de la raffinerie sont satisfaites par le réseau ONE, la puissance
appelée (45 MW) dépasse alors la puissance souscrite.
Sachant que les besoins de la raffinerie en
électricité sont évalués à 45 MW,
Par exemple On peut calculer les frais de surconsommation pendant
un jour (tous les postes horaires) en cas d'arrêt de l'unité de
cogénération.
Ce sont les frais d'électricité pour un jour de
surconsommation, si on ajoute la pénalité de dépassement 2
MDH, le total est de l'ordre de 11 MDH sera facturé à la fin du
mois, plus la consommation usuelle.
III.3 Détermination de la nouvelle puissance
souscrite
Dans le paragraphe précédent, on a vu que le
dépassement de la puissance souscrite constitue des frais
supplémentaires qui rendent la facture électrique de la SAMIR
très importante.
Pour éviter tout risque de dépassement et de
pénalité la puissance appelée doit être inferieure
à la puissance souscrite.
Dans le cas où la puissance atteinte est
supérieure à la puissance souscrite, il faut calculer si
l'augmentation de la puissance souscrite jusqu'au niveau du dépassement
ne coûte pas moins cher que le dépassement de puissance
facturé. Si le dépassement ne se produit qu'une fois et qu'il
n'est pas très important, la pénalité est la plus
avantageuse des solutions.
Cependant pour éviter la pénalité et les
frais de surconsommations, on a proposé deux solutions :
Solution I : garder la même puissance
souscrite (17,1 MW)
Pour adopter cette solution, il faut maîtriser la marche de
l'unité de cogénération, c-à-d. éviter
l'arrêt urgent (Trip) de l'unité.
L'unité de cogénération est
récemment mise en service (2009), donc les arréts et les
problèmes de jeunesse sont de plus en plus fréquents, ce qui est
normal car la maîtrise et la bonne marche de l'unité
nécessite une période (6 à 12 mois) après la mise
en service de l'installation
Cette unité est actuellement en arrêt pour les
travaux de maintenance (changement filtre gasoil, nettoyage, réglage du
synchronoscope...), après cet arrét l'unité de
cogénération est censée assurer un bon fonctionnement pour
une puissance d'au moins 30 MW.
D'autre part la mise en place de la nouvelle turbine à
vapeur va assurer une puissance de 10 MW qui sera débitée sur le
réseau électrique de la SAMIR.
Donc avec cet état de marche, on n'aura pas besoin
d'augmenter la puissance souscrite et rajouter ainsi des charges
supplémentaires à la facture électrique de la
société, la puissance souscrite est gardée à 17,1
MW et si le dépassement ne se produit que de temps à autre et
qu'il n'est pas très important, la pénalité est la plus
avantageuse des solutions.
Solution II : augmenter la puissance
souscrite.
La puissance souscrite peut être modifiée par
avenant, pendant la durée du contrat.
Pour augmenter la puissance souscrite il faut calculer si
l'augmentation de la puissance souscrite jusqu'au niveau du dépassement
coûte moins cher que le dépassement de puissance facturé,
sinon ce n'est pas la peine d'augmenter cette puissance.
L'augmentation de la puissance souscrite dépend
étroitement du nombre d'arrêt de l'unité de
cogénération, elle est recommandée dans le cas où
le trip de l'unité est fréquent et le nombre d'arrêt
(maintenance, modification...) est élevé.
La formule suivante donne la relation entre la puissance
souscrite, la facture électrique et le nombre d'arrêt.
Avec :
Ftotale : facture électrique (DH) PS : puissance
souscrite (MW) á : nombre d'arrêt
Dans le contrat ONE-SAMIR, le dépassement est
facturé de la manière suivante : v' Pénalité de
dépassement = 2MDH
v' Surconsommation (puissance > 17,1 MW)
v' Un arrêt est équivaut à cinq arrêt
(par mois)
Donc pour calculer la nouvelle puissance souscrite, il faut
déterminer le nombre d'arrêt à partir duquel on doit
augmenter la puissance souscrite, ce nombre doit d'être supérieur
à six, mais sa détermination nécessite la connaissance de
la facture maximale à ne pas dépasser.
Sachant que l'augmentation de la puissance souscrite entraine
une augmentation de la prime
fixe de souscription et de la
pénalité en cas de dépassement de la nouvelle puissance
souscrite.
Parmi ces deux solutions, la première est la plus
avantageuse de part ces charges qui sont moins que la deuxième,
cependant pour adopter la première solution, le bon fonctionnement de
l'unité de cogénération et la mise en place de la turbine
à vapeur sont nécessaires.
| 
