Un concept de sécurité pour une optimisation des éoliennes
La détection précoce d’erreurs sur une éolienne revêt une grande importance. Environ 80 % des accidents sont dus à des vibrations et à des ruptures de vibrations. Ces dernières sont la conséquence d'interactions défavorables entre les composants d’une chaîne cinématique qui se produisent malgré un dimensionnement mécanique parfaitement correct de chacun des composants. L’objectif est donc de détecter au préalable, sur le terrain, les interactions et les charges limites qui se produisent sur les éoliennes et de les réduire. Les techniques d’automatismes de sécurité, qui réagissent rapidement sur plusieurs facteurs en fonctionnement en sont capables et contribuent à une durée de vie plus importante de l’éolienne.
La société W2E Wind to Energy GmbH, en Allemagne, s’est engagée dans cette voie. Elle développe des installations d’éoliennes complètes de la classe multi-mégawatt, de la réalisation de concepts aux calculs des charges et aux calculs FEM, en passant par la construction des éléments de machines. A cela s’ajoutent la gestion et la réglementation jusqu’à l’interprétation et la spécification des systèmes électriques. Les résultats sont réunis dans une licence et encouragent des clients potentiels à produire, à ériger, à mettre en marche et à réaliser la maintenance des éoliennes qui ont été développées.
Lors du développement du W90, une éolienne de 2,5 MW avec un rotor de 90 m de diamètre et un moyeu dont la hauteur peut atteindre 160 m, W2E a mis en pratique les exigences techniques de sécurité précisées dans la directive EN 61400-1 et dans la directive pour la certification des éoliennes réalisée par l’organisme de contrôle technique privé GL. Comme exigé dans la directive, le système de sécurité est un système de gestion maître et, par conséquent, un système indépendant dans sa conception. Le W90 est utilisé depuis plusieurs années avec succès et a été certifié par le GL conformément aux normes et aux contrôles de sécurité effectués pour le mât et la fondation.
D’après l’annexe I de la directive Machines, le fabricant d’une machine est tenu, avant de la construire, de commencer par effectuer une analyse des dangers ou une évaluation des risques. Tous les dangers et les risques liés à la machine doivent y être déterminés et estimés. L’analyse des risques et des dangers constitue l'un des points essentiels et donc l'objet de nombreuses normes. Ainsi, W2E a, pour la première fois, développé un concept de sécurité, sur la base d'une analyse des dangers conformément à la directive Machines, afin de garantir la protection des hommes et des machines. L’évaluation des risques, dernière étape de l'analyse des dangers, révéla une classification en catégorie 3 ou 2 selon l'EN 954-1. L’évaluation du risque, réalisée de manière différente pour les fonctions de commande dédiées à la sécurité, fit toute la différence.
W2E a appliqué sur le W90 ce concept de sécurité en utilisant le système de commande configurable PNOZmulti de Pilz. Grâce à une architecture redondante ainsi qu’aux fonctions de tests internes, le système de sécurité satisfait aux exigences jusqu’à la catégorie 4 selon l’EN 954-1. Il réagit de manière sélective aux appareils et aux signaux qui se déclenchent, tels que les arrêts/coupures d'urgence, la détection de vibrations, de valeurs limites de rotation, de position et de pression... Une réaction sélective du système de commande aux situations de dysfonctionnement permet de réduire les forces et les couples aux emplacements où se produisent et sont transférées des charges extrêmes et continues. Avec pour conséquence une usure mécanique plus faible, par exemple du frein et du multiplicateur, et une durée de vie allongée.
Contrairement aux solutions de sécurité traditionnelles des éoliennes qui se basent sur un simple branchement en série des signaux de sécurité (la réaction est alors logiquement toujours identique et l’éolienne est stoppée brutalement), PNOZmulti réagit spécifiquement aux différentes configurations de fonctionnement. De ce fait, au niveau du mât et de la nacelle, les coûts de maintenance diminuent et les dangers sont limités. Le système de commande configurable PNOZmulti garantit un état de sécurité de l’éolienne pour les hommes et le matériel, en particulier en cas de défaillance de la gestion ou de composants. C’est le cas, par exemple, d’une réduction de la vitesse de rotation du rotor, du blocage de tout mouvement ou de la coupure des tensions dangereuses, à condition que ces mesures ne soient pas nécessaires à la fonction de sécurité. Le PNOZmulti surveille plusieurs boutons-poussoirs d’arrêt d’urgence, le capteur principal de basse tension, la pression d'huile et l’étanchéité du transformateur de moyenne tension ainsi que l’unité Pitch Logic Unit. À cela s’ajoute la surveillance d’une multitude de valeurs limites concernant la puissance active, les vibrations, la vitesse de rotation du générateur et du rotor ainsi que la position en azimut.
PNOZmulti évalue aussi les signaux du système d’alarme. Toutes les fonctions du système de commande sont paramétrées graphiquement sur un PC à l’aide d’un outil de configuration. Une carte à puce avec possibilité d’inscriptions multiples est placée dans l’appareil de base PNOZmulti et sert de support de stockage pour le programme créé. L’interface de diagnostic intégrée permet à la fois un diagnostic en ligne sur place et un diagnostic à distance grâce à un serveur Com. Le personnel de maintenance est ainsi à même, sans être sur place, d’appeler toutes les données et états significatifs de l’éolienne via un réseau TCP/IP à partir du PC sur lequel est installée la version de maintenance de l’outil de configuration.
Par Marc Chabreuil
