IND-UT-133 : l’énergie de freinage récupérée vaut 9,25 kWh cumac par kW et par heure de frein

Un moteur électrique est réversible : quand il entraîne une charge, il transforme l’électricité en couple ; quand c’est la charge qui l’entraîne, il tourne en génératrice et renvoie du courant vers son alimentation. En levage, cela se produit à chaque descente : la charge tire le crochet vers le bas, le moteur la retient et produit tout le temps de la descente. En centrifugation, à chaque fin de cycle : un panier lancé à grande vitesse stocke une énergie cinétique considérable et la restitue au moteur quand on le freine électriquement avant la vidange.

Le problème est ce qu’on fait de ce courant. Un variateur classique redresse le réseau avec un pont de diodes, qui ne laisse passer le courant que du réseau vers le moteur. L’énergie renvoyée s’accumule sur le bus continu, dont la tension monte ; pour éviter le défaut, on ajoute un hacheur et une résistance de freinage qui la brûlent en chaleur. Payée à la montée, l’électricité est détruite à la descente.

Le système visé par la fiche remplace le pont de diodes par un étage d’entrée actif, à transistors commandés, qui fonctionne dans les deux sens. Quatre quadrants, parce que le variateur peut fournir et recevoir du couple dans les deux sens de rotation : moteur ou frein, en avant ou en arrière. Quand le moteur freine, l’étage d’entrée se synchronise sur le réseau et y réinjecte l’énergie. D’où la condition d’autoconsommation : un moteur de 250 kW qui freine sur un site dont la consommation de fond est de 150 kW enverrait le surplus vers le réseau public, ce que la fiche exclut.

Le bénéficiaire est l’exploitant d’un site industriel qui possède une application de levage ou de centrifugation entraînée par un moteur triphasé, asynchrone ou synchrone, de puissance utile unitaire inférieure ou égale à 1 MW, soit 1 000 kW. Le moteur peut être neuf ou existant : la fiche vise le système de pilotage, pas la machine tournante.

Côté levage : ponts roulants et portiques d’atelier, de fonderie ou de parc à matières, palans de forte capacité, monte-charges de production. Côté centrifugation : centrifugeuses discontinues de sucrerie, essoreuses de l’agroalimentaire, du textile ou de la chimie. Le point commun est un régime cyclique où le moteur passe une part mesurable de son temps à retenir une charge ou à freiner une inertie. Comme pour toute opération CEE, le mandataire ou l’obligé qui valorise les certificats doit être intervenu au plus tard le jour de l’engagement, en pratique avant la signature du devis.

• Éligible : moteur triphasé asynchrone ou synchrone jusqu’à 1 MW de puissance utile unitaire, neuf ou existant, sur une application industrielle de levage ou de centrifugation, énergie réinjectée sur le réseau interne du site.
• Exclu : installations provisoires, dont la grue de chantier citée par la fiche ; moteur de plus de 1 MW ; énergie injectée ou vendue hors du site ; moteur déposé en IND-UT-102.

Le montant en kWh cumac est le produit de quatre termes : H × F × 9,25 × P. Il se calcule pour chaque moteur piloté par le système, puis on additionne : la fiche écrit H1 × F1 × 9,25 × P1 + H2 × F2 × 9,25 × P2, et ainsi de suite. Ni zone climatique, ni tranche de puissance, ni plafond autre que la limite de 1 MW par moteur.

H est la durée de fonctionnement annuelle du moteur, en heures : la fiche précise qu’il s’agit du temps en phase moteur plus du temps en phase de freinage. Les heures d’attente, crochet à l’arrêt, n’en font pas partie. F est la part de ce temps passée en freinage, écrite en fraction : la fiche donne l’exemple de 5 % qui s’écrit 0,05. C’est la variable la plus délicate, parce que la fiche ne définit pas la phase de freinage au-delà de ces mots. La lecture prudente retient, en levage, les descentes en charge, et en centrifugation, les décélérations commandées du panier ; les ralentissements d’un moteur à vide, qui ne renvoient presque rien, gonfleraient F sans énergie derrière.

P est la puissance utile du moteur en kW, celle de la plaque signalétique, qui correspond à la puissance mécanique aux conditions assignées par le constructeur. Ce n’est ni la puissance du variateur, ni la puissance absorbée, ni les kVA. Quant au coefficient 9,25, la fiche le pose sans en détailler la construction : il s’applique tel quel, quel que soit le moteur.

Quatre cas aux valeurs plausibles ; dans un dossier réel, l’étude fait foi. Premier cas, un pont roulant d’atelier en deux postes, moteur de levage de 45 kW, 4 000 heures par an, 20 % du temps en descente de charge. L’énergie de freinage comptée à pleine puissance est de 4 000 × 0,20 × 45 = 36 000 kWh par an, et le montant de 4 000 × 0,20 × 9,25 × 45 = 333 000 kWh cumac. Deuxième cas, une centrifugeuse discontinue de sucrerie, moteur de 250 kW, 2 500 heures de campagne, cycles courts où le freinage du panier occupe 30 % du temps : 2 500 × 0,30 × 9,25 × 250 = 1 734 375 kWh cumac. La centrifugation pèse lourd : puissance élevée, et chaque cycle finit par un freinage.

Troisième cas, un même système qui pilote les deux moteurs de levage d’un pont de fonderie, 6 000 heures par an chacun. Levage principal de 75 kW, 15 % du temps en frein : 6 000 × 0,15 × 9,25 × 75 = 624 375 kWh cumac. Levage auxiliaire de 15 kW, 10 % en frein : 6 000 × 0,10 × 9,25 × 15 = 83 250 kWh cumac. Total du dossier : 624 375 + 83 250 = 707 625 kWh cumac.

Quatrième cas, le pont d’atelier du premier exemple, mais dont l’étude mesure 10 % de freinage au lieu de 20 % : 4 000 × 0,10 × 9,25 × 45 = 166 500 kWh cumac, exactement la moitié. F est linéaire, et c’est la variable la moins facile à prouver.

La mise en place est réalisée par un professionnel, sur un moteur triphasé, asynchrone ou synchrone, dont la puissance utile unitaire ne dépasse pas 1 MW. Le mot unitaire compte : sur un système multi-moteurs, chaque moteur doit respecter la limite, pas leur somme. L’électricité récupérée est autoconsommée en totalité, uniquement par le site bénéficiaire.

La pièce maîtresse est l’étude de dimensionnement préalable, établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études. La fiche en fixe sept contenus : le descriptif de l’application ciblée ; le descriptif des équipements à mettre en place ; la puissance du système installé ; la puissance utile de chaque moteur piloté ; la durée annuelle de fonctionnement de chaque moteur et, pour chacun, le pourcentage de temps passé en mode frein ; la justification de la capacité du réseau électrique interne du site à réutiliser à tout instant la totalité de l’énergie de freinage produite ; l’évaluation des économies d’énergie attendues. C’est le document justificatif spécifique de l’opération ; le mot préalable exclut l’étude rédigée après la pose. Le sixième contenu demande le plus de travail : une courbe de charge du site, mise en regard de la puissance de freinage maximale, doit montrer que la consommation de fond dépasse toujours ce que les moteurs renvoient, nuit et week-end compris.

La preuve de réalisation, en pratique la facture, mentionne l’installation d’un système électronique de pilotage d’un moteur électrique avec récupération d’énergie, que la fiche autorise à nommer aussi système de variation électronique réversible à quatre quadrants. À défaut, elle mentionne un équipement permettant de récupérer l’énergie de freinage, avec sa marque et sa référence, et un document du fabricant atteste que cet équipement est bien un tel système. Un libellé « variateur de vitesse » seul ne suffit pas.

Avec trois variables libres et aucun forfait, cette fiche se contrôle sur la cohérence entre l’étude, la plaque et la facture. L’erreur la plus coûteuse porte sur F. Reprenons la centrifugeuse de 250 kW à 2 500 heures : déclarer 30 % de freinage quand l’analyse des cycles n’en justifie que 20 % donne 2 500 × 0,30 × 9,25 × 250 = 1 734 375 kWh cumac à la place de 2 500 × 0,20 × 9,25 × 250 = 1 156 250 kWh cumac, soit 578 125 kWh cumac de trop. D’où l’intérêt d’une méthode de mesure explicite dans l’étude : relevé des cycles, compteur du variateur existant ou campagne de mesure sur une semaine représentative.

Le bon ordre : faire établir l’étude avant toute commande, avec la plaque de chaque moteur, la méthode de détermination de H et de F et la courbe de charge du site ; vérifier que le devis décrit un système réversible à quatre quadrants avec récupération d’énergie, pas un variateur avec résistance de freinage ; faire reprendre ces termes sur la facture. Quand ces points sont calés, le calcul tient en une multiplication par moteur et le dossier passe.

• Étude de dimensionnement absente, postérieure à la pose, non signée, ou muette sur l’un des sept contenus exigés : c’est le document justificatif spécifique, son défaut est rédhibitoire.
• F surévalué : temps de freinage déclaré sans méthode de mesure, ou incluant des ralentissements à vide qui ne renvoient pas d’énergie.
• P erroné : puissance du variateur, souvent supérieure à celle du moteur pour tenir les pointes, puissance absorbée ou kVA retenus à la place de la puissance utile de la plaque.
• H gonflé : heures de mise sous tension comptées comme heures de fonctionnement, alors que la fiche ne retient que les phases moteur et frein.
• Équipement hors définition, variateur à hacheur et résistance de freinage ; facture sans mention de la récupération ni des quatre quadrants, sans marque, référence et attestation du fabricant en secours.
• Autoconsommation non démontrée, moteur de plus de 1 MW, installation provisoire, moteur déjà valorisé en IND-UT-102, ou mandataire intervenu après la signature du devis.