Présentation

Le réseau électrique est l'épine dorsale de la civilisation moderne, fournissant de l'électricité aux habitations, aux entreprises et aux industries. Pourtant, les composants qui composent cette infrastructure critique – transformateurs, commutateurs, isolants, conducteurs et disjoncteurs – sont traditionnellement fabriqués à l'aide d'un modèle linéaire à prise en charge.Cette approche consomme de grandes quantités de matières premières, génère des déchets importants et contribue à la dégradation de l'environnement.

En intégrant les principes de l'économie circulaire dans la production des composants du réseau, les fabricants peuvent réduire la dépendance à l'égard des ressources vierges, prolonger la durée de vie des produits et créer des flux de matériaux en boucle fermée. Cet article explore ce que signifie une économie circulaire pour la fabrication du réseau électrique, pourquoi elle importe, et comment les entreprises peuvent mettre en oeuvre ces principes pour construire une infrastructure énergétique plus durable et plus résistante.

Qu'est-ce qu'une économie circulaire?

Une économie circulaire est un cadre économique qui découple la croissance de la consommation de ressources finies. Au lieu du modèle linéaire traditionnel – extraire les matières premières, fabriquer, utiliser et jeter – un modèle circulaire maintient les matériaux en usage aussi longtemps que possible par la réutilisation, la réparation, la rénovation, la remanufacturing et le recyclage. Il repose sur trois principes fondamentaux : éliminer les déchets et la pollution, faire circuler les produits et les matériaux et régénérer les systèmes naturels.

Pour la fabrication, cela signifie concevoir des produits dès le départ en tenant compte de leur cycle de vie entier.Les composants doivent être faciles à démonter, à mettre à niveau et à recycler.Les matériaux doivent être sûrs pour la santé humaine et l'environnement, et les modèles d'affaires doivent passer de la vente de produits à la prestation de services ou de contrats de performance.La Fondation Ellen MacArthur a défendu ce concept à l'échelle mondiale, fournissant un cadre clair que les industries de tous types peuvent adopter.En savoir plus sur les principes de l'économie circulaire.

Pourquoi la fabrication des composants du réseau électrique a-t-elle besoin de la Circircularité

Les composants du réseau électrique sont à forte intensité de ressources. Un seul grand transformateur peut contenir des dizaines de tonnes d'huile de cuivre, d'acier et d'isolation. Les isolants sont généralement fabriqués à partir de composites de porcelaine, de verre ou de polymères, et les conducteurs sont généralement des fils d'aluminium ou de cuivre. La demande cumulative de ces matériaux pour étendre et moderniser les réseaux électriques dans le monde entier est stupéfiante.

De plus, les composants du réseau ont une longue durée de vie – souvent de 30 à 50 ans – mais lorsqu'ils atteignent la fin de vie, beaucoup finissent dans des décharges ou sont recyclés de façon inefficace. Global E-déchets Monitor signale que seulement 20 % environ des déchets électroniques sont officiellement collectés et recyclés, et que les composants du réseau sont souvent négligés dans les systèmes de recyclage.

Principes de base appliqués aux composants du réseau

La mise en œuvre de la circulaire dans la fabrication des composants du réseau nécessite la traduction des principes de haut niveau en pratiques d'ingénierie et d'affaires concrètes.

Design pour la longévité

Au lieu de concevoir pour une durée de vie fixe, les fabricants peuvent créer des produits plus faciles à entretenir, à mettre à niveau et à réparer, ce qui implique l'utilisation de matériaux durables de haute qualité, l'intégration de modèles modulaires permettant le remplacement de pièces individuelles et la fourniture d'une documentation complète de service. Par exemple, un transformateur conçu avec des douilles et des systèmes de joints accessibles peut être rénové sur place plutôt que complètement remplacé, ce qui permet d'économiser des ressources et de réduire les temps d'arrêt.

Conception pour démontage et recyclage

Lorsqu'un composant finit par atteindre la fin de sa vie utile, ses matériaux devraient être récupérables avec une énergie et un coût minimes.Cela signifie éviter les joints collés, les matériaux composites difficiles à séparer et les substances dangereuses qui compliquent le recyclage.L'utilisation d'attaches normalisées, l'étiquetage de tous les matériaux et la fourniture de instructions de démontage peuvent grandement améliorer les taux de récupération.

Des fabricants comme Hitachi Energy[ ont démontré que les gros transformateurs peuvent être conçus pour une récupération quasi complète des matériaux. Leur concept de «transformateur circulaire» utilise des matériaux isolants recyclables et permet la récupération du cuivre, de l'acier et de l'huile isolante en fin de vie. Lire la suite de l'approche d'économie circulaire d'Hitachi Energy.

Innovation matérielle et substitution

Pour réduire l'empreinte environnementale des composantes du réseau, il faut aussi innover les matériaux eux-mêmes.Les métaux recyclés, en particulier le cuivre et l'aluminium, peuvent être utilisés sans compromettre les performances, à condition que des contrôles de qualité adéquats soient en place. Le cuivre recyclé après consommation conserve sa conductivité et peut être obtenu à partir de câbles désaffectés ou d'électroniques, ce qui réduit l'empreinte carbone de 80 % par rapport au cuivre extrait.

Pour les isolants, les polymères biodégradables dérivés de sources végétales apparaissent comme des solutions de remplacement des plastiques à base de pétrole. Bien que ces matériaux soient encore en cours de développement, ils offrent une voie prometteuse pour réduire les déchets et la toxicité. De même, les fluides isolants naturels à base d'ester (huiles végétales) remplacent l'huile minérale dans les transformateurs, offrant une meilleure biodégradabilité et une meilleure sécurité incendie.

Récupération et transformation

Un système de récupération efficace peut récupérer les transformateurs, les commutateurs et d'autres dispositifs, les remettre en état à un état semblable et les remettre sur le marché.Cette approche en boucle fermée réduit le besoin d'extraction de matières premières et d'une consommation importante d'énergie. Par exemple, un service public peut rendre un transformateur retraité au fabricant en échange d'un crédit pour une unité rénovée, un modèle commercial circulaire classique.

Stratégies de mise en œuvre

Le passage de la théorie à la pratique exige une approche systématique. Les stratégies suivantes fournissent une feuille de route aux fabricants qui cherchent à intégrer la circulaire dans leurs activités.

Évaluation du cycle de vie des produits

Avant d'apporter des changements, les fabricants doivent comprendre les impacts environnementaux et économiques de leurs produits à chaque étape – extraction, production, distribution, utilisation et fin de vie des matières premières.L'évaluation du cycle de vie (LCA) aide à identifier les points chauds où les interventions circulaires ont le plus d'effet.Par exemple, une ACV peut révéler que la phase d'utilisation domine la consommation d'énergie d'un transformateur, mais la phase de production représente la majorité des déchets matériels.

Logistique de retour et de retour

La mise en oeuvre d'un programme de reprise nécessite la mise en place de réseaux logistiques inversés pour collecter les composants usagés auprès des opérateurs de services publics et de réseaux, ce qui peut se faire par le biais de partenariats avec des fournisseurs de services logistiques ou par la mise en place de centres de collecte régionaux.Les fabricants devraient également investir dans le tri, l'essai et la remise en état des installations.

Conception modulaire pour la mise à niveau

Les composants de grille conçus en blocs modulaires permettent des mises à niveau progressives sans remplacer l'ensemble de l'unité. Par exemple, un panneau de commutation avec modules de commande interchangeables peut mettre à jour son électronique selon les normes modernes tandis que l'enceinte, les barres d'autobus et les pièces mécaniques restent en service. Cela prolonge la durée de vie fonctionnelle, réduit les déchets électroniques et réduit le coût total de possession pour les services publics.

Collaboration avec les fournisseurs et achats circulaires

Les fabricants doivent collaborer étroitement avec les fournisseurs de matières premières pour obtenir des matériaux recyclés ou produits de façon durable, notamment des contrats précisant un pourcentage minimal de contenu recyclé pour les métaux ou l'achat de minéraux certifiés d'origine responsable. Des initiatives de collaboration comme le Partenariat en électronique circulaire (CEP) et les normes industrielles de la Commission électrotechnique internationale sur la circularité émergent pour harmoniser les pratiques dans toute la chaîne d'approvisionnement.

En outre, les fabricants devraient évaluer l'empreinte carbone de leur propre chaîne d'approvisionnement et l'efficacité des matériaux.Le choix des fournisseurs qui adoptent également des pratiques circulaires multiplie les effets positifs.

Défis et possibilités

Malgré les avantages évidents, la transition vers une économie circulaire dans la fabrication de composants du réseau n'est pas sans obstacles.

Coûts initiaux élevés

Les petits et moyens fabricants peuvent avoir de la difficulté à absorber ces coûts sans soutien financier. Cependant, les économies à long terme grâce à la réduction des achats de matériaux, à la réduction des frais d'élimination des déchets et à de nouveaux flux de revenus découlant de la rénovation l'emportent souvent sur les dépenses initiales. Les analyses des coûts du cycle de vie montrent constamment que les produits circulaires ont un coût total de propriété moins élevé pour les clients, créant ainsi un avantage concurrentiel sur les marchés qui valorisent la durabilité.

Limitations technologiques et matérielles

Par exemple, les composites renforcés par des fibres utilisés dans certains isolants modernes sont difficiles à séparer et à traiter. De plus, les systèmes d'isolation à haute tension nécessitent des propriétés électriques et thermiques précises que les matériaux recyclés ne rencontrent pas encore. La recherche en cours dans les matériaux circulants comble ces lacunes et les premiers adoptants peuvent aider à façonner les normes et les technologies de l'avenir.

Cadre réglementaire et normes

Les règlements actuels sont souvent en retard par rapport aux objectifs circulaires.Les lois sur la gestion des déchets, par exemple, peuvent classer les composants du réseau usagé comme des déchets dangereux même lorsqu'ils contiennent des matériaux récupérables, ce qui ajoute une charge administrative. Par ailleurs, le Plan d'action pour l'économie circulaire de l'Union européenne[ impose des exigences plus strictes en matière de durabilité, de réparabilité et de recyclage des produits, en particulier par le biais du règlement sur l'écoconception des produits durables (RSE).

Exemples et études de cas dans le monde réel

Plusieurs entreprises de premier plan prouvent déjà que la fabrication circulaire de composants du réseau est viable.

Siemens Energy – Circularité des transformateurs

Siemens Energy a développé un design circulaire pour ses transformateurs HVDC, qui se concentrent sur la construction modulaire et l'utilisation d'enroulements en cuivre recyclé. Leur procédé comprend un système de refroidissement en boucle fermée qui élimine les fuites d'huile et simplifie la récupération des fluides en fin de vie.

Eaton – Commutateur circulaire

Eaton Green Premium comprend des disjoncteurs et des disjoncteurs conçus avec des matériaux recyclables et des attaches faciles à démonter. Ils utilisent un programme de reprise de l'équipement existant, récupérant jusqu'à 95 % du matériel par poids. L'acier, le cuivre et les plastiques récupérés sont réalimentés en nouveaux produits. Eaton signale que ces efforts ont permis d'économiser plus de 20 000 tonnes de matériaux vierges chaque année.

Ormazabal – Transformateurs circulaires MV/LV

Ormazabal, fabricant espagnol, produit des transformateurs à moyenne et basse tension utilisant des enroulements en aluminium 100% recyclés et de l'huile d'ester biodégradable. Leur conception permet une séparation complète des composants, et ils offrent une garantie de rachat pour assurer la récupération.

La voie à suivre

L'économie circulaire n'est pas une tendance à niche, mais un impératif pour l'industrie de la fabrication de réseaux électriques. À mesure que la demande d'électricité augmente et que les réseaux sont améliorés pour répondre aux besoins des sources d'énergie renouvelables, la pression environnementale et économique pour adopter des pratiques circulaires ne fera qu'augmenter.

Les services publics, en tant que clients principaux, peuvent stimuler la demande en incluant des critères de circonspection dans les appels d'offres. Ensemble, la chaîne de valeur entière peut transformer le modèle linéaire de distribution à prise en charge en un système régénératif qui offre une puissance fiable et durable pour des générations.

Pour de plus amples informations sur les exigences matérielles de la transition énergétique, voir le rapport IEA=s sur les minéraux critiques. ]. De plus, le Surveillance des déchets électroniques mondiaux du Programme des Nations Unies pour l'environnement fournit des données essentielles sur l'électronique en fin de vie, y compris les composants du réseau. Voir le moniteur des déchets électroniques mondiaux.

Le moment est venu de fabriquer des produits circulaires. En appliquant ces principes, l'industrie des composants du réseau électrique peut jouer un rôle central dans la construction d'une économie circulaire durable.