ABB Ability | 08/02/2016

Une énergie éolienne optimisée

Le National Renewable Energy Laboratory aux Etats-Unis a été équipé d’un puissant simulateur de réseau d’électricité, un des plus grands appareils jamais construits dans ce domaine. Une équipe d’experts d’ABB Turgi spécialisés dans les entraînements MT a apporté un précieux soutien à ce développement.

Les aérogénérateurs actuellement installés dans les parcs éoliens offshore peuvent produire jusqu’à10 MW. Avant d’entrer en production, ces gigantesques machines doivent d’abord être minutieusement testées pour minimiser les risques et éviter des coûts supplémentaires consécutifs. Ces tests incluent le contrôle de résistance mécanique et l’analyse de la résistance électrique de la turbine en cas d’incident sur le réseau d’électricité.

Le National Renewable Energy Laboratory (NREL) de Golden, dans le Colorado, est le plus grand laboratoire des Etats-Unis et un des plus grands au monde spécialisé dans ce type de tests. Ce site fédéral de recherche et développement des Etats-Unis s’intéresse aussi aux technologies de production d’énergie éolienne.

Il y a quelques années, le NREL a initié un projet visant le développement d’un simulateur de réseau d’électricité pour tester les générateurs de turbines éoliennes dans des conditions contrôlées et reproductibles.

En juin 2013, le laboratoire a organisé le premier atelier sur le thème des simulateurs de réseau d’électricité pour le contrôle des turbines éoliennes. Cet atelier avait pour but de permettre l’échange de connaissances avec d’autres laboratoires des Etats-Unis, d’Europe et d’Asie et de favoriser une standardisation des tests de simulation dans le domaine des énergies renouvelables.

 

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.

ACS6000

L’ACS6000 est un convertisseur de fréquence à moyenne tension modulaire qui a été développé pour des applications sensibles impliquant un entraînement mono ou multi-moteur. Il permet de réguler la vitesse de rotation et le couple de torsion des moteurs électriques et présente une puissance de 5 à 36 MW. Il est principalement renommé pour sa qualité et sa fiabilité supérieures.