Outil innovant pour aider les industries à optimiser la production de vapeur et d’électricité à partir de chaleur perdue

Communiqué de presse

Heat2Power®, un outil innovant développé par le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) en collaboration avec la Fondation ArcelorMittal Luxembourg, aidera les entreprises à optimiser et convertir la chaleur perdue en énergie électrique. Le LIST, dont la vocation est de transmettre des solutions scientifiques et innovantes aux acteurs économiques et industriels, apporte depuis quatre ans son expertise aux équipes opérationnelles des sites industriels d’ArcelorMittal au Luxembourg, autour du concept de la « Forge », où sont développées et testées des idées et des pistes de projets possibles dans le cadre du processus de transition d’ArcelorMittal vers une production circulaire et décarbonée de l’acier. L’accord de collaboration, signé en octobre 2019, a fourni l’espace et le temps nécessaires aux deux organisations pour échanger des idées et développer de nouveaux concepts, aboutissant finalement à la création de Heat2Power®. L’outil vise à aborder et à optimiser la récupération de la chaleur perdue au cours du processus de production, améliorant finalement l’efficacité énergétique et la décarbonation des usines.

Dans le cadre du projet Heat2Power financé par le Fonds national de la recherche, le LIST et ArcelorMittal ont collaboré pour étudier la récupération de la chaleur perdue pour la production de vapeur et d’électricité. Des méthodes d’intégration des procédés et d’optimisation mathématique, tenant compte des contraintes de production rencontrées dans la sidérurgie, ont été mises en place pour sélectionner les meilleurs schémas de récupération, de transfert et de valorisation de la chaleur perdue. Ces approches ont ensuite été structurées sous la forme d’un logiciel d’optimisation afin de maximiser la production d’électricité et de vapeur pour l’ensemble d’une usine.

RÉCUPÉRATION DE CHALEUR ET PRODUCTION D’ÉNERGIE

La récupération de chaleur est un concept bien établi qui consiste à extraire la chaleur résiduelle des processus industriels et à l’utiliser à d’autres fins. Dans le cas d’ArcelorMittal et d’industries similaires, les eaux de refroidissement et les gaz d’échappement produits lors de divers processus thermiques constituent d’importantes sources de chaleur, jusqu’à présent gaspillées dans l’environnement. La chaleur peut en effet être récupérée par des échangeurs de chaleur, ce qui permet de transférer l’énergie sous forme d’eau chaude ou de vapeur vers d’autres processus de l’usine.

La production d’électricité consiste à utiliser des turbines pour convertir l’eau ou la vapeur sous pression en électricité. Les turbines fonctionnent sur le principe de la détente, où le fluide chauffé (eau, CO2 ou fluide organique) traverse la turbine, la faisant tourner et produire de l’électricité. L’électricité peut ensuite être utilisée pour alimenter divers processus industriels ou injectée dans le réseau.

COMMENT FONCTIONNE HEAT2POWER® ?

Heat2Power® optimise le processus de récupération de chaleur à l’aide de technologies spécifiques à différents niveaux de pression. Le cœur de l’outil réside dans ses données technologiques spécifiques (turbines à vapeur standard, différents types de turbines à cycles Rankine organiques) et son algorithme d’optimisation sophistiqué qui prend en compte de nombreuses variables et paramètres pour déterminer les solutions les plus efficaces et économiquement viables.

« Ce qui rend ce projet intéressant et important, c’est sa complexité, qui implique un large éventail de variables à prendre en compte. Par exemple, dans le modèle de base que nous examinons, qui implique les processus d’ArcelorMittal au Luxembourg, environ 600 000 variables doivent être quantifiées. Le défi réside dans le fait qu’en tant qu’ingénieur ou groupe d’ingénieurs, il n’est pas possible de calculer et de déterminer manuellement la meilleure solution en parcourant toute la liste des solutions », explique Alexandre Bertrand, chercheur au LIST.
Pour résoudre ce problème, l’équipe de chercheurs a utilisé des méthodes d’intégration de processus et de programmation mathématique. "En tirant parti de ces techniques, nous pouvons gérer efficacement la complexité associée aux nombreuses variables, l’objectif étant de concevoir et de sélectionner des valeurs optimales pour toutes les variables impliquées", ajoute-t-il. « Par exemple, lors de la mise en œuvre de la récupération de chaleur, nous devons prendre en compte des facteurs tels que le type de technologie, le niveau de pression et la taille de l’équipement. »
C’est là que Heat2Power® entre en jeu. Le logiciel identifie les meilleures combinaisons de technologies et de conditions de fonctionnement pour atteindre une efficacité et une rentabilité maximales afin de récupérer la chaleur perdue et de la convertir en électricité.
L’outil dispose d’une interface intuitive dans laquelle les utilisateurs saisissent des données concernant leurs flux de chaleur résiduelle, leurs valeurs économiques et d’autres paramètres pertinents. L’outil traite ensuite ces données via l’algorithme pour fournir aux utilisateurs la conception optimisée du système. Dans une dernière étape, l’utilisateur peut ensuite affiner manuellement les résultats, en utilisant l’outil comme calculateur d’énergie et de coûts.

CETTE COURTE VIDÉO MONTRE EXACTEMENT COMMENT FONCTIONNE L’OUTIL :

Après trois années de recherche et développement, Heat2Power® est sur le point d’être déployé en tant que logiciel en tant que service (SaaS) et promet d’optimiser la transformation de la chaleur résiduelle en une ressource énergétique précieuse, contribuant ainsi à un avenir plus vert et plus durable pour processus industriels.

« La chaleur résiduelle est une pièce du puzzle de la décarbonation. Avec Heat2Power®, les ingénieurs procédés disposent d’un outil qui répond à la complexité inhérente à de tels projets, les aidant à tirer le meilleur parti de leur excès d’énergie », a conclu Bertrand.

Dirk Fransaer, PDG par intérim du LIST, a déclaré : "L’un des objectifs clés d’une organisation de recherche et de technologie comme le LIST est de transférer des connaissances et de fournir un soutien à l’industrie, en travaillant en étroite collaboration avec les entreprises. ArcelorMittal et le LIST ont construit une relation solide au fil des années et leur contribution à Heat2Power® a donc été tout aussi essentielle pour le développement de l’outil."

« La matérialisation de ce partenariat à travers Heat2Power® ouvre des possibilités passionnantes pour la production d’énergie. D’abord parce que la source de cette énergie - la chaleur - est abondante dans nos installations, et aussi parce que cet outil s’inscrit dans nos objectifs de décarbonation », a souligné Henri Reding, Country Head ArcelorMittal Luxembourg. « La décarbonisation est un défi central pour ArcelorMittal et nous travaillons activement à la réduction de nos émissions. Des outils comme Heat2Power® nous permettent de déployer des solutions vers une production d’acier sans carbone », a-t-il ajouté.

De gauche à droite : Dirk Fransaer, Alexandre Bertrand, Henri Reding

Communiqué de presse disponible sur le site du LIST.