Le système BBG+: Développement d'un nouveau système de surveillance des stocks de feuilles.

Le problème est reconnu depuis des années: Sur certains types d'éoliennes, il existe un risque de fissures et de ruptures dans les paliers de pale. Le nouveau système « BBG+ » de Deutsche Windtechnik utilise des fibres optiques pour la surveillance des paliers de pale.

Comment des fissures peuvent-elles apparaître dans les paliers des pales? La cause supposée est notamment la corrosion dans les alésages des paliers de pale. Des problèmes de rigidité ou un mauvais durcissement des chemins de roulement entrent également en ligne de compte. Pour certaines installations Senvion concernées, on suppose qu'aucun revêtement anticorrosion n'a été appliqué dans les trous de forage avant 2012. Après 2012, le revêtement anticorrosion n'a parfois pas été appliqué proprement ou des erreurs ont été commises lors de la production, du montage ou de l'installation. Depuis lors, Senvion a publié une instruction technique sur le vent (WTA) pour différents types d'éoliennes du fabricant Repower/Senvion. Elle prévoit un contrôle trimestriel ou semestriel des paliers de pale pour l'exploitation de l'éolienne, ce que l'on appelle des « Quick Checks » visuels. Ces « Quick-Checks » ne permettent toutefois qu'une vue instantanée. Une surveillance constante des paliers de pale permet d'accroître considérablement la sécurité de fonctionnement. 

Que sont les fibres optiques ?

Les fibres optiques - également appelées fibres optiques - garantissent une précision et une sensibilité élevées dans la technique de mesure. Combinées à un capteur, elles offrent des avantages pour la détermination de la température, de la pression, de la dilatation ou des vibrations. Grâce à leur grande précision, leur sensibilité et leur résistance aux perturbations électromagnétiques, les fibres optiques offrent de nombreux avantages. Notamment dans les environnements difficiles ou difficilement accessibles. Alors que de nombreux secteurs industriels profitent des avantages des fibres optiques, leur utilisation dans le domaine de la mesure de l'énergie éolienne est restée rare jusqu'à présent. Ce développement a été rendu nécessaire par une sensibilité accrue aux fissures dans les paliers de pales.   

La sécurité d'abord, la rentabilité ensuite

C'est également l'avis du fabricant Senvion lui-même, qui a équipé une partie des paliers de pale à haut risque d'un système de surveillance. Celui-ci peut détecter indirectement une fissure lorsque l'écrou du boulon de pale se brise sous l'effet de la force exercée. L'expérience montre toutefois que le système privilégié par le fabricant est très fragile. De ce fait et en raison des interventions de dépannage nécessaires, il n'est pas rare que des temps d'arrêt supplémentaires surviennent. « Chez le fabricant Repower/Senvion en particulier, une fissure non détectée peut, dans le pire des cas, entraîner une avarie de l'éolienne », rapporte Martin Lassen, Sales Manager Complementary Products & Services chez Deutsche Windtechnik. « En outre, la chute des pales du rotor peut en outre affecter la ligne d'entraînement. Dans certains cas, les éoliennes ont dû être entièrement démontées en raison des dommages subis par les tours. Dans ce cas, une sécurité et une fiabilité maximales sont nécessaires. Mais aussi de rentabilité ». Ce dernier point se traduit surtout par le fait que les installations équipées se mettent toujours immédiatement à l'arrêt en cas de message d'erreur du système du fabricant. Les équipes de service doivent se déplacer, même si c'est souvent le système lui-même qui est responsable et non une fissure. 

Surveillance 24/7 des paliers de pale avec BBG+.

Il en va tout autrement du nouveau système de mesure BBG+. Deutsche Windtechnik a développé, testé et mis sur le marché la technique BBG+ en étroite collaboration avec l'entreprise d'ingénierie eolotec GmbH.  « Le BBG+ est un système de surveillance qui contrôle en permanence la circonférence à 360° des anneaux de support des pales. Le système détecte de manière très fiable et précoce les éventuels dommages. Grâce à lui, nous pouvons éviter un endommagement des pales ou une avarie », décrit Martin Lassen. Le système de mesure BBG+ fonctionne de manière autonome par rapport à la commande de l'installation via une connexion de téléphonie mobile et répond ainsi aux exigences élevées de KRITIS. « Chaque composant individuel du système BBG+ est surveillé, ce qui permet une analyse ciblée des erreurs et une réparation rapide. Le cœur du système est la plateforme en ligne, où toutes les données sont rassemblées et analysées. En fixant des seuils d'alerte individuels, les fissures peuvent être rapidement détectées ». La surveillance en ligne est assurée par eolotec. 

La technologie fait la différence – BBG+ en détail

BBG est l'abréviation de Blade Bearing Guard. La composante principale du système de mesure BBG+ est une fibre polyoptique, ou guide d’onde optique. Cette fibre est fixée sur tout l'anneau du palier de la pale, couvrant ainsi 360° de la bague extérieure sur les installations Senvion. « Pendant la mesure, un signal optique est transmis par laser à travers la fibre optique. Comparée aux mesures électriques ou mécaniques, cette méthode optique est bien moins sensible aux influences extérieures », explique Martin Lassen. Grâce à ce signal optique, associé à l’unité de capteurs montée sur le palier de pale et à la BBG+ Centerbox, il est possible de détecter des fissures à l'échelle du dixième de millimètre.

Avec l’ajout de capteurs inductifs, le système BBG+ peut également identifier des signes précoces d’usure ou des dommages aux chemins de roulement. L’innovation réside également dans la transmission de signal et d’énergie: le capteur monté sur la bague extérieure est alimenté par une unité de charge inductive WPT (Wireless Power Transfer). Les données de mesure sont ensuite transmises via Bluetooth à la BBG+ Centerbox.

« La précision de mesure constante, élevée et fiable permet de continuer à exploiter l’éolienne sous surveillance. Ainsi, le remplacement d’un palier de pale peut être planifié de manière proactive », souligne Martin Lassen. Généralement, l’installation peut continuer à fonctionner et produire de l’électricité jusqu’au remplacement, sans nécessiter un arrêt immédiat, contrairement au système du fabricant.

Selon l’état de la fissuration potentielle, il existe deux spécialités : BBG+R (Rupture) et BBG+I (Inductive). Martin Lassen explique : « Le BBG+R est monté pour surveiller de manière proactive l’ensemble de l’anneau du palier de pale, même en l’absence de fissures connues. Le BBG+I, en revanche, est utilisé pour surveiller une fissure déjà identifiée. La surveillance s’effectue avec une précision allant jusqu’à 1/100 de millimètre. Jusqu’à trois capteurs supplémentaires sont placés dans la zone de la fissure. Pour prolonger la durée de vie résiduelle du palier de pale endommagé, une plaque de renforcement peut être installée. Ces deux mesures permettent de maintenir l’installation en fonctionnement malgré une fissure. »

La technologie fait la différence – BBG+ en détail

Les principaux avantages du BBG+ pour les exploitants :

Prévention de dommages graves, tels que la chute d’une pale de rotor ou des accidents.
Réduction des temps d’arrêt et des pertes de production.
Système surveillé 24h/24 et 7j/7 via télémaintenance.
Possibilité de réinitialisation à distance.
Pas d’arrêt de l’installation en raison de fausses alertes.
Après une fissuration: maintien en fonctionnement possible !
Système certifié par DNV.

Quelles installations sont concernées et quels sont les coûts ?

Différents types d’installations et de fabricants peuvent présenter des dommages aux paliers de pale. Les éoliennes présentant le plus haut risque sont celles dont les bagues extérieures des paliers de pale sont connectées aux pales du rotor. Ces éoliennes sont au centre de l’attention.

« Chez Deutsche Windtechnik, cela concerne toutes les installations Senvion répondant à ce critère, que nous entretenons sous contrat complet en Allemagne. Nous les équiperons progressivement avec les systèmes BBG+ dans les mois à venir pour garantir une sécurité maximale », explique Martin Lassen. À l’international, l’installation est en cours de préparation: le déploiement en Pologne est déjà en cours. Le système est disponible pour les types d’installation Senvion MM, 3.XM ainsi que 5M et 6M.

L’âge des paliers de pale, le fabricant ou l’emplacement n’ont aucune importance: toutes ces installations peuvent être concernées.

« En raison du profil de risque des paliers de pale et des nombreux avantages du système par rapport à celui du fabricant, nous recommandons fortement d’équiper toutes les installations de ces types avec notre système de surveillance certifié BBG+R. Le coût comprend un prix forfaitaire unique pour l’acquisition et l’installation du système BBG+. Pendant l’exploitation, des frais annuels modérés pour le monitoring s’appliquent. Cet investissement est minime en comparaison à une éventuelle panne ou à un arrêt prolongé dû à un rotor défectueux », ajoute Martin Lassen.

Perspectives

Avec des pales de rotor de plus en plus grandes, nous constatons également des dommages aux paliers de pale sur des éoliennes de classe multimegawatt d’autres fabricants.

« Nous avons développé les outils adaptés pour surveiller ces composants », explique Silvio Matysik, chef du département R&D pour les composants mécaniques chez Deutsche Windtechnik. « En parallèle, nous travaillons sur l’utilisation de nouveaux concepts innovants pour les paliers de pale ainsi que sur des solutions de remplacement, afin de réduire les coûts. Nous explorons également la surveillance d’autres composants structurels, tels que les porte-machines, les tours et les pales de rotor, pour détecter des fissures. Des longueurs de surveillance allant de 100 à 200 mètres sont envisagées. »