Une énergie éolienne optimisée

Tout est parti d’un atelier

Le développement d’un simulateur moderne à haute puissance s’est alors enclenché. Les collaborateurs du National Renewable Energy Laboratory, ainsi que des scientifiques de la Clemson University en Caroline du Sud ont participé à ce projet. Une équipe d’experts d’ABB Suisse spécialisée dans les entraînements à moyenne tension a suggéré de construire le simulateur de réseau sur la base du convertisseur ACS6000.

L’ACS6000, qui se distingue par une qualité et une fiabilité supérieures, contrôle la vitesse de rotation et le couple de torsion des moteurs électriques. La fonctionnalité de l’entraînement ACS6000 a été largement transformée au moyen d’une commande d’application spécialement conçue à cet effet. Résultat, c’est devenu un tout nouvel équipement. L’équipe d’ABB Suisse en charge du projet du simulateur a transféré une partie du travail aux chercheurs de l’ABB Corporate Research Center de Cracovie en Pologne afin d’accélérer le processus de développement. L’équipe polonaise a opté pour une utilisation maximale des entraînements produits dans l’usine ABB de transformateurs de courant et d’entraînements à Aleksandrów Łódzki, en Pologne, de manière à limiter les modifications de construction aux commandes et au logiciel. Les composants mécaniques et électriques de l’ACS6000 n’ont pas été modifiés.

Deux fonctions contraires

Cette collaboration a permis de développer l’un des plus grands simulateurs de réseau d’électricité au monde avec des tensions de 13,2 kV et une puissance de 7 MW. En laboratoire, cet équipement exécute deux fonctions totalement opposées. D’une part, il permet de réaliser un approvisionnement en électricité idéal, et d’autre part il simule tous types de défaillances sur le réseau dans le cadre de tests, par ex. une surtension, un creux ou encore des courbes de tension/courant perturbées. Tous les problèmes identifiés sur des réseaux d’électricité peuvent désormais être reproduits lors de tests.

Le simulateur de réseau n’est cependant qu’un élément du système de test entier. Une régulation mécanique simultanée joue également un rôle majeur dans ce système. Une tige de la turbine est reliée à un puissant moteur d’ABB qui simule le fonctionnement d’un grand rotor tournant sous l’effet de la force du vent. Dans le même temps, des servomoteurs placés des deux côtés du boîtier de la machine simulent des secousses et des contraintes provoquées par des conditions météorologiques extrêmes, par ex. de violentes rafales de vent. Il est ainsi possible de tester la résistance mécanique d’une turbine lorsqu’elle est soumise à diverses contraintes.

Le système entier permet donc de simuler des conditions de fonctionnement extrêmes et d’analyser le comportement d’une turbine éolienne pendant une tempête ou en cas d’instabilité sur le réseau d’électricité. Durant les tests, la turbine est soumise à des conditions critiques pour vérifier si elle est conforme aux normes et si elle résiste aux perturbations et aux contraintes sans que cela affecte son fonctionnement.

Une efficacité exceptionnelle

Il s’agit de la première installation de test aux Etats-Unis capable de simuler des perturbations de cette ampleur. C’est aussi le premier système au monde en mesure d’être entièrement intégré à deux centrales. Cela permet aux chercheurs de réaliser simultanément des tests mécaniques et électriques sur un appareil fonctionnant dans des condition définies.

Après une mise en service réussie sous la responsabilité d’ingénieurs d’ABB USA et après plusieurs mois de fonctionnement, l’équipe dirigeante du National Renewable Energy Laboratory est très satisfaite de la performance du simulateur. Le laboratoire a d’ores et déjà annoncé que le simulateur sera également utilisé pour des recherches dans les thèmes de la production d’énergie solaire et du stockage de l’énergie. L’équipe précise par ailleurs que la Controllable Grid Interface (CGI) a permis de réduire considérablement les délais et les coûts de certification des aérogénérateurs.