Restaurer les centrales électriques à une efficacité de pointe fiable

Deux usines de pointe dans le sud des États-Unis ont trouvé l'expérience et le savoir-faire d'un fournisseur de services d'équipements rotatifs chevronnés indispensables lors d'une mise à niveau du système de contrôle et d'un projet de rebobinage de générateur.

Chaque année, les réseaux électriques sont confrontés à un impact de plus en plus intense du changement climatique, qu'il s'agisse du blizzard, des conditions hivernales glaciales ou des canicules estivales torrides. Début septembre 2022, un dôme de chaleur s'est installé sur la côte ouest des États-Unis et a apporté des températures qui ont établi des records historiques. La chaleur extrême a alimenté les incendies de forêt et a stressé le réseau électrique avant qu'une tempête tropicale ne s'installe et ne refroidisse les choses. Quelques mois plus tard, une épidémie arctique qui s'est produite en février 2023 a battu des records dans le nord-est, y compris un refroidissement éolien de -108F, et a mis à rude épreuve l'alimentation électrique de la région.

Lorsqu'une augmentation ou une baisse drastique de la température comme celle-ci se produit, la consommation d'énergie augmente brusquement alors que les gens se tournent vers leurs maisons chauffées ou climatisées contrôlées par thermostat pour éviter le temps inconfortable. Mais lorsque tous les radiateurs ou toutes les unités de climatisation sont allumés, les réseaux électriques partout doivent faire des heures supplémentaires pour maintenir nos sources d'énergie en ligne. Et parfois, le stress peut être trop lourd à supporter pour la grille.

Entrez "peaker power plants" ou "peakers" en abrégé. Les pointes utilisent généralement des turbines à gaz pour fournir de l'électricité temporaire au réseau en plus de l'électricité fournie par les centrales électriques de base. Les centrales de charge de base génèrent généralement de l'électricité à un niveau assez stable tout au long de la journée, tout au long de l'année, tandis que les pointes s'allument puis s'éteignent sur une courte durée, généralement moins de 1 500 heures par an, et certaines peuvent fonctionner aussi peu que 250 heures. par an.

La fiabilité est un must absolu pour que ces pics remplissent leur rôle de plan d'urgence d'un réseau électrique pour aider non seulement à répondre, mais aussi à maintenir la demande pendant une augmentation spectaculaire de l'utilisation. En tant que tel, l'entretien et la maintenance des installations de pointe sont essentiels pour s'assurer qu'elles peuvent démarrer rapidement lorsqu'elles sont sollicitées. Ne pas s'occuper du système de contrôle mal configuré d'une centrale électrique ou d'un générateur défectueux pourrait faire la différence entre une source d'alimentation de secours fiable et un état d'urgence dramatique.

Cet article détaillera plus en détail la façon dont les exploitants d'usines de deux installations de pointe différentes ont travaillé avec un fournisseur de services d'équipement rotatif externe, EthosEnergy, pour résoudre des problèmes d'exploitation similaires. Afin de maintenir un niveau de fiabilité plus élevé et de respecter leur engagement en tant que source d'alimentation redondante, les deux centrales ont pris des mesures proactives pour améliorer leurs capacités avant qu'une crise ne se produise.

Une usine de pointe à plusieurs unités au Texas a contacté le fournisseur de services d'équipement rotatif et s'est enquis des capacités et des solutions du système de contrôle. Les responsables des installations se sont demandé s'il y avait quelque chose qu'EthosEnergy pouvait faire pour aider à surmonter les problèmes de production et de fiabilité de l'usine. Le site rencontrait des problèmes de fiabilité importants et ne respectait pas les heures de démarrage requises ou les exigences de sortie. En tant qu'installation de pointe, elle devait acheter de l'électricité pour respecter ses engagements contractuels et augmenter ses effectifs pour résoudre les problèmes opérationnels.

Le fournisseur de services d'équipements rotatifs a effectué une évaluation sur site et a constaté que le système de contrôle était un facteur majeur contribuant aux problèmes de fiabilité de l'usine. Les techniciens ont alors commencé à résoudre le problème en surveillant les unités à distance et ont effectué des évaluations de la santé et des diagnostics de l'usine (performances du moteur).

Le client a attribué à EthosEnergy un bon de commande et a commencé une panne pour corriger les problèmes. Les ingénieurs de contrôle du fournisseur ont mis à niveau les commandes de la turbine et de l'équilibre de l'usine (BOP), et ont corrigé les problèmes d'alimentation sans coupure (UPS), les problèmes de distribution d'alimentation et les problèmes de câblage (Figure 1), entre autres problèmes. La portée comprenait également la reconfiguration du matériel existant et la mise à niveau/remplacement du matériel si nécessaire.

1. Une mise à niveau du système de contrôle dans une usine de pointe du Texas a amélioré la fiabilité du démarrage, augmenté la production et fourni des performances plus stables, entre autres. Courtoisie : EthosEnergy

Toutes les mises à niveau appliquées répondaient à une solution standard et reproductible, alors que la configuration d'origine était très ad hoc. Les engagements d'arrêt ont été respectés et le client a continué à faire appel au fournisseur de services d'équipements tournants pour fournir une assistance à distance à long terme.

Grâce à la collaboration avec EthosEnergy, la fiabilité de démarrage de la centrale de pointe a considérablement augmenté et la puissance de sortie a augmenté de plus de 2 % par unité. Le fournisseur de services d'équipements rotatifs a résolu les problèmes de synchronisation avec le réseau pour satisfaire un démarrage de 10 minutes à pleine charge. Les commandes de turbine offrent désormais des performances stables et un démarrage reproductible. Les manuels système et la documentation des dessins ont été mis à jour avec du contenu supplémentaire et améliorés, et une formation approfondie sur site a été dispensée lors de la mise en service. L'installation a connu un formidable retour sur investissement, avec des unités opérationnelles pendant plus de 180 heures combinées pendant les tempêtes hivernales du Texas de 2021, une période critique de besoin de production d'électricité.

À l'approche de la saison de forte demande, une centrale électrique de pointe en Louisiane devait être en parfait état. Pour cette installation de pointe, il était essentiel de garantir sa capacité à fonctionner à pleine capacité opérationnelle au début de la saison estivale.

Malheureusement, le piceur a commencé à se déclencher sur un générateur GE Frame 7A6 attaché à l'une de ses turbines à gaz, causant un problème majeur. Le générateur subissait des niveaux élevés de vibrations depuis environ un an et demi, mais début mars 2021, ces vibrations ont commencé à déclencher l'unité. Comme l'unité était essentielle à la capacité de production d'électricité, l'usine a décidé de mettre en service un rembobinage du rotor du générateur, mais il lui faudrait trouver un partenaire capable de travailler dans un délai serré, opérationnel en moins de 60 jours. Si son unité n'était pas en ligne au 1er mai de cette année-là, elle serait piqué par d'importantes sanctions financières en vertu de son contrat d'électricité.

En raison de l'incroyable sentiment d'urgence, une demande d'assistance a été envoyée par l'usine de pointe aux fournisseurs de services d'équipements rotatifs externes le 5 mars, et devait être renvoyée le 9 mars. La concurrence était rude, avec cinq soumissionnaires en jeu. L'une des principales préoccupations de la direction du pic était de respecter la date limite du 1er mai. C'était quelque chose qu'EthosEnergy était sûr de pouvoir réaliser. De plus, le fournisseur de services d'équipements rotatifs a également pu économiser de l'argent à l'usine en période de pointe en effectuant les travaux de réassemblage en une seule équipe.

Le 11 mars, le client a attribué verbalement à EthosEnergy le contrat de rebobinage du générateur. En seulement quatre jours, le fournisseur a mobilisé son équipe de service sur le terrain et a sous-traité la grue requise. Le fournisseur de services d'équipement rotatif a ensuite complètement démonté l'unité et transporté le générateur jusqu'à son usine de Farmington au Nouveau-Mexique. Là, les ouvriers ont démonté le rotor, enlevant le cuivre et le dénudant jusqu'à ce qu'il soit en métal nu. Ils ont ensuite examiné et corrigé le mécanisme de défaillance et installé une nouvelle isolation.

Une fois l'ensemble remonté dans l'atelier du prestataire, un équilibrage à grande vitesse et une montée en température ont été effectués. Cela a permis au fournisseur de confirmer auprès de la centrale de pointe qu'il n'y aurait pas de récurrence des problèmes de vibration rencontrés précédemment sur le site. L'unité s'est équilibrée rapidement et bien en deçà des objectifs de l'industrie de 2,5 millimètres/seconde (mm/s) sur toute la plage de vitesse, de zéro à 3 600 tr/min. L'équilibre final atteint était de 0,5 mm/s.

En travaillant avec EthosEnergy, le rotor (Figure 2) était de retour sur site et assemblé mécaniquement le 28 avril, trois jours avant la date limite. Du début à la fin, le projet n'a pris que 45 jours au fournisseur de services d'équipement rotatif en raison de son expérience et de ses connaissances dans la gestion de ce type de problèmes. C'était jusqu'à 10 jours plus rapide que ce à quoi de nombreux experts s'attendaient normalement pour un projet de cette nature, en particulier pendant la saison des fortes chaleurs aux États-Unis.

2. Un rembobinage de générateur a été nécessaire dans une usine de pointe de Louisiane en raison de fortes vibrations. Le travail a été effectué en seulement 45 jours, améliorant la fiabilité et rétablissant la production tout en prolongeant le cycle de vie du générateur de 20 ans. Courtoisie : EthosEnergy

Le fournisseur de services d'équipements rotatifs a également permis à l'usine de pointe d'économiser environ 15 % sur les dépenses de maintenance en travaillant sur une seule équipe. Le pic avait maintenant une unité qui fonctionnerait de manière fiable à pleine capacité pendant la haute saison et le rembobinage du générateur a prolongé le cycle de vie de 20 ans, amélioré la fiabilité d'environ 80 % et la production est passée de 60 MW aux niveaux attendus de 93 MW.

Depuis l'installation, l'unité de l'usine de pointe fonctionne exceptionnellement bien sans aucun problème opérationnel. Le fournisseur de services d'équipements rotatifs a réussi à s'appuyer sur ce premier emploi, cimentant une relation solide avec le client, ce qui a abouti à des offres réussies sur d'autres projets à l'usine Peaker, notamment en effectuant des tests sur trois unités identiques et en mettant en place un plan pour les réparations futures.

Le réseau électrique dépend plus que jamais des pics de consommation pour maintenir la consommation d'énergie en réponse à des situations imprévues. Quel que soit le besoin, lié au climat ou non, travailler avec un fournisseur de services de confiance pour s'assurer que les opérations sont à leur maximum de performance avant qu'un problème ne survienne permet aux centrales électriques de fournir un service fiable à leurs clients lorsqu'ils en ont le plus besoin.

—Chris Wilkinson est vice-président directeur de la croissance chez EthosEnergy.

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