Optimiser durable l'énergie éolienne

(Quelle : Weiss Technik GmbH) / (Source : Weiss Technik GmbH)

(Quelle : Weiss Technik GmbH) / (Source : Weiss Technik GmbH)

L'énergie éolienne apporte une contribution importante à la lutte contre le changement climatique. Cependant, la défaillance ainsi que la maintenance et la réparation des installations éoliennes sont généralement coûteuses et complexes. La plupart du temps, l'électronique de puissance est concernée, soumise à des charges extrêmes. C'est pourquoi l'Université de Brême étudie, dans le cadre du projet collaboratif HiPE-WiND, financé par le BMWi, comment prolonger leur durée de vie et optimiser la maintenance. weisstechnik a conçu et réalisé une chambre climatique pour des tests multidimensionnels de charge.

Partenaires de la recherche sur l'énergie éolienne

À la tête du projet collaboratif HiPE-WiND (High Power Electronics in Wind Energy Plants) se trouve l'Institut des moteurs électriques, de l'électronique de puissance et des composants de l'Université de Brême, en collaboration avec l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie éolienne à Bremerhaven. Afin de déterminer quels composants de l'électronique de puissance tombent en panne sous quelles conditions, des tests de charge à long terme sont réalisés sur des systèmes d'onduleurs complets de parcs éoliens jusqu'à la classe de 10 mégawatts. Ces tests simulent les charges élevées dues aux conditions de vent changeantes et au réseau électrique, dans divers climats — de l'Arctique au Sahara. Cela se déroule dans la chambre climatique spécialement conçue par weisstechnik. En tant que cœur technique du « HiPE-LAB » à Brême, elle permet de suivre de manière réaliste et en accéléré le vieillissement des systèmes d'onduleurs durant une période de 20 ans sous des charges multimodales.

Installation de grande puissance de 300 kW avec sol lourd

Le spécialiste expérimenté en technologie environnementale, weisstechnik, a réussi à remporter l'appel d'offres pour cette installation, en planifiant et réalisant le projet de manière intégrée. La taille et la puissance de la chambre accessible à pied et en véhicule, avec un volume utile d'environ 190 m³ et une puissance électrique de près de 300 kW, représentaient déjà un défi important. La charge au sol du sol lourd dans la chambre dépasse 10 000 N/m². Les grands échantillons de test — armoires de commutation avec onduleurs —, pesant jusqu'à 5 000 kg, sont déplacés sur des roulettes via une porte double battante dans la chambre d'essai. Les parois de la chambre sont en acier inoxydable (soudé étanche à la vapeur) et équipées d'une isolation à deux couches de 200 mm d'épaisseur, composée de mousse spéciale et de laine minérale. Une porte latérale permet l'accès au personnel.

Système de refroidissement écologique au CO2

La plage de température requise pour les tests va de (-)40 °C à (+)120 °C. Pour réaliser cela de manière aussi efficace et écologique que possible, une cascade de refroidissement au CO2 a été utilisée. Cela permet d'atteindre facilement des températures jusqu'à (-)45 °C ; en même temps, cette conception offre une haute compensation thermique. Ceci est essentiel pour les tests de charge, car les échantillons soumis à la charge génèrent une forte charge thermique, d'environ 70 kW à 100 °C et dans une plage d'humidité relative jusqu'à 95 %, ainsi que 50 kW à 85 °C/85 % HR. L'utilisation du CO2 comme fluide de refroidissement nécessite des dispositifs de sécurité supplémentaires. Il a ainsi été nécessaire d'intégrer un refroidissement d'arrêt avec une alimentation électrique séparée pour éviter l'expansion du CO2 et prévenir une pression excessive lors de l'arrêt de l'installation. De plus, un système d'alarme gaz, intégré dans la chambre d'essai et la salle technique, déclenche des alarmes optiques et acoustiques et active la douche d'urgence en cas de fuite de CO2. La concentration en oxygène est également surveillée en continu grâce à une technologie de mesure redondante.

Technologie sur mesure

Pour assurer une distribution homogène du climat dans la chambre d'essai, une conduite d'air verticale a été choisie. L'air préchauffé est conduit par un sol lourd en acier inoxydable perforé, dans lequel les câbles de raccordement pour les échantillons peuvent également être installés, à travers un échangeur de chaleur depuis le bas vers la chambre d'essai, puis dirigé vers le haut. Sous le plafond, l'air est évacué latéralement et renvoyé dans la salle de traitement de l'air. Les ventilateurs de recirculation utilisés sont réglables en continu, et l'humidité de l'air est maintenue de manière hygiénique via une humidification à vapeur. La salle technique située à côté de la chambre d'essai contient tous les équipements et armoires de commande nécessaires. Une exigence importante est que le niveau sonore de l'installation ne dépasse pas 72 dBA. Pour garantir cela de manière fiable, les équipements ont été équipés d'une isolation phonique spéciale.

Le système est contrôlé de manière simple et intuitive via le système de commande SiMPAC® éprouvé, optimisé pour les installations de simulation environnementale, qui est un système numérique de mesure, de régulation, de surveillance et de documentation. La commande peut être effectuée via un panneau tactile (avec l'interface utilisateur innovante WEBSeason®) à l'extérieur, dans la salle technique. De plus, l'installation peut être exploitée en mode distant via une interface EtherCAT et une interface réseau pour plus de confort.

Technologie de simulation environnementale pour la transition climatique

La chambre d'essai multimodale est en service depuis mi-2021 dans le cadre du projet de recherche HiPE WiND à Brême. Les tests combinés, proches de la réalité, en conditions climatiques et électriques, permettent de déterminer comment rendre les parcs éoliens plus robustes et durables. Ainsi, weisstechnik contribue de manière significative à la transition énergétique.