Constructeurs d'éoliennes : pales longues, nouvelles charges

Les pales plus longues fléchissent davantage et apportent de nouveaux cas de charge

Ce qui se passe. Une nouvelle génération d’éoliennes a des pales plus longues et plus souples sur un rotor plus grand. Le régulateur hérité a été conçu pour des machines plus rigides, et les pales fléchissent et se tordent de façons pour lesquelles il n’a jamais été réglé.

Ce que cela coûte. Les charges sur les pales, le moyeu et la tour augmentent ou doivent être couvertes par des pièces plus lourdes, et de la production est perdue là où le régulateur se retient par sécurité. Chaque nouvelle plateforme répète l’effort.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Reprendre l’ancien régulateur et ajuster les gains est la voie rapide ; elle aboutit à des limites prudentes partout. Rigidifier les pales ajoute du poids et du coût, ce qui ruine l’intérêt du rotor plus grand.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des simulations de charges de votre éolienne, des données du modèle et, là où elles ont été mesurées, des journaux de prototypes, j’examine où le régulateur est la limite. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si la commande à modèle peut absorber les nouveaux cas de charge dans les charges que permet la conception. J’ai travaillé sur la commande d’éoliennes chez IAV (un bureau d’ingénierie pour l’automobile et l’énergie).

Pour aller plus loin : Une commande qui s’adapte à la dérive et à l’usure

L'activité de calage use les roulements

Ce qui se passe. Le système de calage tourne les pales en permanence pour tenir la vitesse et limiter les charges. Beaucoup de petits mouvements passent dans les roulements, et le gain qui donne la meilleure puissance ou la meilleure réduction de charges donne aussi le plus d’usure.

Ce que cela coûte. Les roulements et entraînements de calage sont coûteux à remplacer, souvent avec une grue, et les défaillances se traduisent par des arrêts. Les parcs dont les roulements de calage ont une courte durée de vie portent un coût de maintenance qui ne figurait pas au plan d’affaires.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Réduire le gain ralentit le calage et réduit l’usure, mais renonce à la maîtrise des charges. Un filtre sur le signal de calage supprime le mouvement sans demander quels mouvements étaient utiles.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de simulations de l’éolienne et de journaux mesurés du calage, j’examine quelle part du mouvement est utile et quelle part ne fait que suivre le bruit. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si un calage prédictif attentif aux charges peut garder le bénéfice en charges avec une fraction du mouvement, et ce que le régulateur devrait connaître.

Pour aller plus loin : Commande prédictive d’installations de procédé

Faible amortissement des oscillations de la tour à certaines vitesses

Ce qui se passe. À certaines vitesses du rotor, la tour oscille et s’amortit à peine d’elle-même. Les tours hautes et les fondations souples aggravent le phénomène. L’éolienne soit traverse vite ces vitesses, soit les évite.

Ce que cela coûte. De la fatigue dans la tour et la fondation, et une plage de vitesse inutilisable. Éviter une plage de vitesse coûte de la production dans les vents où elle serait nécessaire.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Une tour plus rigide est lourde et chère. Sauter la plage de vitesse est simple et abandonne de la production chaque fois que le vent s’y trouve.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des signaux d’accéléromètre ou de charges de la tour, de la vitesse du rotor et du modèle de la tour et de la fondation, j’examine combien d’amortissement une commande active pourrait ajouter. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si l’amortissement actif par le calage ou par la génératrice est prometteur sur votre conception, et ce que vous mesureriez.

Pour aller plus loin : Une commande qui s’adapte à la dérive et à l’usure

Les rafales frappent avant que le régulateur réagisse

Ce qui se passe. Une rafale atteint le rotor et le régulateur ne l’apprend que par la réponse de la machine : vitesse, couple, charges de pale. À ce moment-là, la charge est déjà dans la structure.

Ce que cela coûte. Des charges de pointe qui dimensionnent pales et tour, et des écarts de vitesse qui déclenchent l’éolienne. Des charges plus élevées signifient des pièces plus lourdes ou une production réduite.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un régulateur plus rapide réagit plus tôt, mais ne peut pas réagir avant d’avoir l’information. Le lidar (une mesure laser du vent en avant du rotor) ajoute du matériel et du coût et n’est pas accepté partout.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des données de l’éolienne et du site, j’examine ce qu’une prédiction du vent à court terme, issue du lidar ou des autres éoliennes du parc, pourrait apporter à la commande. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si une anticipation dans la commande réduit assez les charges de pointe, et quelles données elle utiliserait.

Pour aller plus loin : Commande prédictive d’installations de procédé

La vitesse effective du vent n'est pas mesurée

Ce qui se passe. L’anémomètre est situé derrière le rotor, dans l’écoulement perturbé, et montre autre chose que le vent que voit le rotor. Le régulateur travaille avec un vent mesuré qui est faux dans la direction et l’ampleur qui comptent.

Ce que cela coûte. La qualité de la régulation en souffre : la vitesse optimale du rotor est manquée, et la courbe de puissance est sous ce que la machine pourrait donner. Le capteur dérive et vieillit et décale toute l’image.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Une table de correction de l’anémomètre vers le vent réel est établie une fois et doit être refaite sur chaque site. Un meilleur anémomètre ne voit pas ce qui se passe sur tout le disque du rotor.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des signaux propres de la machine (vitesse du rotor, couple, calage, puissance), je vérifie si la vitesse effective du vent peut être calculée avec un estimateur. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si une telle estimation est assez bonne pour remplacer ou contrôler l’anémomètre, et ce que cela signifierait pour la commande.

Pour aller plus loin : Calculer les grandeurs non mesurées pour la commande

Les jauges de contrainte tombent en panne et la durée de vie reste inconnue

Ce qui se passe. Les jauges de contrainte sur les pales et la tour mesurent les charges qui déterminent la durée de vie de la machine. Elles tombent en panne sur le terrain, sous les intempéries, et l’enregistrement des charges se troue.

Ce que cela coûte. Sans enregistrement, personne ne sait combien de vie est consommée. Le constructeur ne peut pas proposer une prolongation de durée de vie, et l’exploitant ne peut pas la démontrer.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Remplacer les jauges demande un technicien et souvent une grue, et les nouvelles jauges retombent en panne. Prendre les charges de conception pour les charges réelles est sûr pour le constructeur et gaspilleur pour l’exploitant.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des signaux ordinaires de l’éolienne (accélérations, puissance, vitesse du rotor, calage) et des périodes où les jauges fonctionnaient, je vérifie si les charges peuvent être estimées quand les jauges sont hors service. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si l’estimation des charges à partir des signaux est assez précise pour combler les trous et surveiller la flotte.

Pour aller plus loin : Calculer les grandeurs non mesurées pour la commande

La commande doit satisfaire les nouvelles exigences du réseau

Ce qui se passe. Les gestionnaires de réseau durcissent les exigences : comportement d’une éolienne lors d’un creux de tension, injection de puissance réactive, rapidité de réaction à un échelon de fréquence. Chaque pays et chaque gestionnaire a sa propre table.

Ce que cela coûte. Chaque changement demande une nouvelle série de modifications de la commande, de simulations, d’essais et de certification. Une éolienne qui ne peut pas satisfaire une nouvelle règle ne peut pas être vendue sur ce marché.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Ajouter des paramètres pour chaque code de réseau dans le régulateur existant en fait un patchwork que personne ne veut toucher. Refaire tout le régulateur à chaque fois coûte trop cher.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir du régulateur existant, du modèle du convertisseur et des exigences du réseau, je vérifie quelles exigences la commande peut satisfaire par des changements de paramètres et où un changement structurel est nécessaire. Le diagnostic à distance à prix fixe indique ce qu’une adaptation demanderait et de combien un modèle peut réduire le nombre d’essais.

Pour aller plus loin : Remplacer des tables de paramètres réglées à la main par un modèle

Les plateformes flottantes se couplent avec la commande

Ce qui se passe. Sur une éolienne flottante, la plateforme bouge avec les vagues et la poussée du rotor, et le régulateur agit sur ce même mouvement. Un régulateur conçu pour une tour fixe peut faire osciller la plateforme plus fort.

Ce que cela coûte. De l’instabilité ou de fortes charges, et des réglages prudents qui abandonnent de la production. Les défaillances en mer sont difficiles et coûteuses à atteindre et à réparer.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Dérégler le régulateur jusqu’à ce qu’il soit stable donne une machine sûre à production plus faible. Les essais sur maquette de la plateforme sont chers et ne couvrent que peu d’états de mer.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir du modèle de plateforme et d’éolienne, des données de houle et, là où ils existent, des résultats de bassin d’essais, j’examine comment la commande interagit avec le mouvement de la plateforme. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si un modèle couplé avec un nouveau régulateur garde la plateforme calme, et ce que le modèle exige de votre conception.

Pour aller plus loin : Machines couplées à actionneurs saturants

Les essais sur site sont coûteux et dépendent de la météo

Ce qui se passe. Un nouveau logiciel de commande doit être testé sur une vraie éolienne, avec le bon vent, la bonne équipe et un créneau libre. Une campagne peut rester à l’arrêt pendant des semaines en attendant du vent.

Ce que cela coûte. Du retard et le coût d’un prototype qui reste là, plus le risque d’un essai qui tourne mal à pleine échelle. Chaque itération est lente.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Plus de prototypes ou plus de sites d’essai coûtent de l’argent et ne règlent pas la dépendance à la météo. Refaire le même essai encore et encore pour couvrir les cas est trop lent.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos plans d’essai, du modèle de simulation de l’éolienne et des résultats de campagnes antérieures, j’examine quels essais peuvent d’abord être faits en simulation et lesquels exigent le terrain. Le diagnostic à distance à prix fixe indique comment une meilleure simulation réduit le nombre de jours de terrain, et ce qu’il faut y démontrer.

Pour aller plus loin : Remplacer des tables de paramètres réglées à la main par un modèle

Les spécifications de commande sont incomplètes

Ce qui se passe. La spécification de commande d’une nouvelle éolienne est écrite alors que la conception change encore. Interfaces, limites de charge, fonctions de sécurité et modes de fonctionnement ne sont pas tous définis, et les lacunes sont découvertes quand le code est déjà écrit.

Ce que cela coûte. Des reprises en logiciel et en essais, et des discussions entre les équipes commande, charges, électricité et sécurité sur qui devait faire quoi. Le délai de mise sur le marché en pâtit.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Écrire des exigences plus détaillées à la main est lent et se périme au changement de conception suivant. Embaucher plus d’ingénieurs de régulation n’aide que si les expérimentés sont disponibles pour les guider.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos spécifications existantes, listes d’interfaces et historique des modifications, je vérifie où se trouvent les lacunes et les contradictions. Le diagnostic à distance à prix fixe indique ce qu’une revue externe des exigences et de l’architecture de commande peut éclaircir avant que le code soit écrit.

Chaque site est réglé à la main

Ce qui se passe. Les paramètres de chaque site ou variante d’éolienne sont trouvés par des ingénieurs : réglages de filtres, limites de vitesse, limites de charge, seuils d’arrêt. Les ingénieurs parcourent une liste, en partant d’un site semblable.

Ce que cela coûte. Du temps d’ingénierie par site, qui croît avec la flotte, et le risque que deux sites soient réglés différemment sans raison. Les erreurs apparaissent tard en exploitation.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Des tables de paramètres plus grandes ne font que multiplier le travail. Copier un site semblable est rapide et copie ses erreurs et son décalage avec les nouvelles conditions.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos jeux de paramètres, des données de site et des journaux de mise en service, j’examine quels paramètres dépendent réellement du site et comment ils pourraient être calculés par un modèle plutôt que réglés. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si le paramétrage automatisé économise assez de temps d’ingénierie pour votre flotte, et ce qu’il demanderait en entrée.

Pour aller plus loin : Remplacer des tables de paramètres réglées à la main par un modèle

Les petites éoliennes manquent d'une bonne commande

Ce qui se passe. Les petites éoliennes fonctionnent souvent avec une commande simple, car on ne peut pas se permettre mieux. Elles sont construites en petites séries, à bas prix, et le régulateur est une table fixe.

Ce que cela coûte. Moins de production que le rotor ne pourrait donner, des charges et du bruit qui pourraient être plus faibles, et une mauvaise réputation pour toute la classe de machines.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un régulateur professionnel conçu comme pour une grande éolienne coûte trop cher. Un logiciel bon marché mais figé ne s’adapte pas au site.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de la fiche technique de la machine, de quelques essais mesurés et du matériel bon marché disponible, j’examine ce qu’un régulateur à modèle sur un petit processeur pourrait apporter. Le diagnostic à distance à prix fixe indique quelles améliorations de production et de charges sont plausibles et si l’effort vaut la peine pour votre série.

Pour aller plus loin : Commande prédictive sur matériel embarqué

La commande de parcs éoliens et de centrales hybrides demande une aide à la décision

Ce qui se passe. Les équipes des constructeurs d’éoliennes doivent construire la commande de parcs éoliens entiers et de centrales hybrides avec stockage et solaire. Les compétences sont dans de petites équipes, et les ingénieurs de régulation qui connaissent aussi l’optimisation sont difficiles à trouver.

Ce que cela coûte. Les projets attendent les mêmes quelques personnes, et les fonctions au niveau de la centrale arrivent tard ou sous forme de patchwork de règles. Les clients veulent une centrale qui suit le marché, pas seulement le vent.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Le recrutement est lent dans un petit domaine. La commande d’éoliennes et l’optimisation de centrale sont des disciplines différentes, et les combiner est là où les projets s’enlisent.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de votre modèle de centrale, de la structure du régulateur et de données d’exploitation d’exemple, je vérifie quelles tâches au niveau de la centrale une optimisation prédictive peut prendre. Le diagnostic à distance à prix fixe indique à quoi ressemblerait ce régulateur de centrale, de quelle aide à la décision les opérateurs ont besoin et quelle part un ingénieur externe peut mettre en place avec vous.

Pour aller plus loin : Commande prédictive économique

La commande de convertisseurs est difficile à vérifier et les défauts difficiles à tracer sur le terrain

Ce qui se passe. Le logiciel de commande de convertisseurs doit être vérifié face à de nombreux cas de réseau et de défaut, et quand quelque chose se comporte bizarrement sur le terrain, il est difficile de savoir si la cause est le convertisseur, le régulateur ou le réseau.

Ce que cela coûte. De longs cycles de vérification, des retours terrain aux causes peu claires et des ingénieurs qui passent des semaines sur un seul événement. Le coût est du temps et une moins bonne réputation auprès de clients qui attendent.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Plus de bancs d’essai testent ce qui a été prévu d’avance. Un défaut de terrain survient dans un mélange de conditions qu’aucun banc ne reproduit.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des enregistrements de terrain des défauts, du modèle du convertisseur et des résultats d’essai, je vérifie si les événements peuvent être reproduits en simulation et où se situe la cause. Le diagnostic à distance à prix fixe indique si le diagnostic à partir de données de terrain trouve la cause plus vite, et quels enregistrements seraient nécessaires.

Pour aller plus loin : Remplacer des tables de paramètres réglées à la main par un modèle