Les gestionnaires d'actifs, les exploitants et les opérateurs d'éoliennes ont deux objectifs principaux : 1) optimiser la disponibilité des éoliennes et 2) mettre en œuvre la stratégie de maintenance la plus rentable possible. Dans cet article, nous expliquons comment la surveillance des vibrations contribue à optimiser la disponibilité et l'efficacité de la maintenance des éoliennes.
La surveillance des vibrations permet de mieux comprendre le groupe motopropulseur d'une éolienne
Toute machine rotative industrielle est sujette à des vibrations, mais lorsque les vibrations augmentent à un ou plusieurs endroits de la machine, il est important d'en déterminer la cause. Les conséquences de vibrations excessives ne doivent pas être sous-estimées, car elles peuvent avoir des conséquences catastrophiques pour les personnes, l'environnement et la machine elle-même.
Dans le cas des éoliennes, il est donc important de surveiller les vibrations de tous les composants de la chaîne cinématique (arbre à basse vitesse, arbre à haute vitesse, boîte de vitesses et générateur), car la détection précoce des vibrations croissantes et la détermination de leur cause réduisent considérablement le risque d'incidents, de coûts élevés inattendus et de réduction de la durée de vie.
Capteurs de vibrations sur la chaîne cinématique
L'ensemble de la chaîne cinématique est équipé de capteurs de vibrations qui mesurent en permanence les vibrations de tous les composants et les envoient à un système d'acquisition de données. Les données sont ensuite traitées et stockées, puis analysées périodiquement par des spécialistes des vibrations à l'aide d'un logiciel d'analyse avancé. L'analyse périodique des éoliennes permet de dégager une tendance, ce qui permet au spécialiste des vibrations de se faire une idée de l'état de la chaîne cinématique grâce à l'analyse des tendances.
Optimisation de la disponibilité opérationnelle des éoliennes
Examinons d'abord le premier objectif, 1) optimiser la disponibilité des éoliennes. La disponibilité opérationnelle optimale est obtenue en minimisant le risque de temps d'arrêt imprévu, en maximisant la durée de vie et en optimisant les performances.
Minimiser les temps d'arrêt imprévus ; maximiser le rendement
Sans une bonne connaissance périodique du comportement vibratoire des composants rotatifs et donc de l'état de la machine, le risque de temps d'arrêt imprévus est élevé. Par exemple, si un roulement est endommagé et n'est pas remarqué à temps en raison d'un manque de connaissance de l'état du roulement, une opération complète doit être lancée à court terme pour remplacer ce roulement. Grâce à la surveillance et à l'analyse périodiques des vibrations, un tel roulement défectueux peut être détecté plus tôt et mieux anticipé, ce qui réduit considérablement les coûts de réparation.
En outre, l'analyse des tendances mentionnée ci-dessus contribue à optimiser le rendement. L'analyse des tendances permet de déterminer si un palier présentant un début d'endommagement peut encore fonctionner de manière rentable pendant la saison où le potentiel éolien est le plus élevé (de l'automne au printemps), ou s'il est nécessaire de limiter temporairement la vitesse maximale de l'éolienne concernée jusqu'à l'été, où il y a généralement moins de vent.
Prolonger la durée de vie grâce aux mesures de vibrations
La surveillance des vibrations permet d'identifier les facteurs susceptibles d'affecter la durée de vie de l'éolienne, car elle permet de déceler rapidement l'augmentation des niveaux de vibrations dans la chaîne cinématique. Les propriétaires et les exploitants peuvent ainsi prendre des mesures pour prolonger la durée de vie des éoliennes et améliorer leur disponibilité globale.
Optimisation des performances
Les systèmes de surveillance des vibrations peuvent également être utilisés pour optimiser les performances des éoliennes. En analysant les données, les ingénieurs peuvent ajuster le fonctionnement de la turbine pour maximiser la production d'énergie sans compromettre la sécurité. Cela contribue à une plus grande disponibilité en améliorant le rendement des éoliennes.
Optimiser l'efficacité de la maintenance des éoliennes
Examinons maintenant le deuxième objectif, 2) exécuter la stratégie de maintenance la plus rentable possible. Une stratégie de maintenance efficace est obtenue en rendant la maintenance planifiable ou en suivant une stratégie de maintenance prédictive.
Pour de multiples raisons liées aux coûts, il est essentiel de pouvoir planifier la maintenance des éoliennes afin d’assurer une maintenance efficace. L’accent est fortement mis sur la réalisation des interventions sur le groupe motopropulseur en haut de la tour, car les coûts augmentent considérablement lorsque ces interventions doivent être effectuées en bas de la tour. Malheureusement, il est parfois inévitable que les interventions sur la chaîne cinématique doivent être effectuées au pied de la tour. Dans ce cas, une évaluation précoce de l’état de la machine est essentielle pour permettre une maintenance planifiable, en raison de la complexité du processus logistique. Il faut tout d’abord obtenir les autorisations nécessaires, ce qui prend au moins 12 semaines, puis réserver l’une des rares équipes spécialisées disponibles, planifier l’intervention d’une grue spéciale – elle aussi rare et transportée par environ 40 camions –, prévoir les outils adaptés pour maintenir le reste de la chaîne cinématique en place – qui sont également rares –, et enfin se procurer la pièce de rechange appropriée.
En outre, il peut y avoir des coûts supplémentaires à prendre en compte, tels que les coûts de compensation pour les situations où les agriculteurs voisins doivent sacrifier une partie de leur récolte pour permettre l'accès aux éoliennes. Il peut également être nécessaire de combler des fossés, et il faut tenir compte des influences saisonnières et météorologiques qui entravent la construction des grues en raison de la vitesse élevée du vent ou de la présence de sols boueux.
Cela signifie que lorsque la maintenance peut être planifiée grâce à la surveillance des vibrations et à l'analyse périodique des vibrations (ainsi qu'à d'autres techniques), elle peut être effectuée de manière plus efficace.
