Prudence! Lors de la modernisation de turbines plus anciennes, améliorez les vannes de régulation de gaz

Jul 02, 2023

À la suite des mesures législatives prises à travers les États-Unis, l'obtention de permis pour de nouvelles centrales alimentées au gaz naturel est devenue de plus en plus un défi. À New York, par exemple, les autorités de l’État ont refusé les permis pour deux centrales au gaz naturel proposées, car elles étaient considérées comme des obstacles à la réalisation des objectifs en matière d’émissions de gaz à effet de serre.

En 2020, la Commission de régulation publique du Nouveau-Mexique a annulé un projet d'El Paso Electric Company visant à construire une nouvelle usine de gaz naturel, car il était considéré comme bouleversant les objectifs des responsables gouvernementaux en matière d'énergie propre. Et en Californie, la commission des services publics a délivré un message inégal quant à l’acceptation même de propositions pour de nouvelles centrales à gaz.

En partie en réponse à ces développements, les fabricants d'équipement d'origine (OEM) de turbines à gaz ont introduit une variété de mises à niveau et de modules de modernisation pour améliorer la fiabilité, la flexibilité, l'efficacité et les émissions du parc de turbines existant du pays. Bien entendu, l’énergie solaire et éolienne fluctue en fonction de la météo. Les professionnels de l’industrie électrique estiment que la modernisation des turbines à gaz est essentielle pour maintenir des tarifs d’électricité raisonnables et garantir un approvisionnement constant en électricité aux foyers et aux entreprises américains. Et malgré la croissance des parcs éoliens et solaires ainsi que de l’hydroélectricité, le World Resources Institute note que « le gaz naturel jouera un rôle important dans le futur mix électrique du pays dans les années à venir ».

Pour jouer ce rôle, les exploitants de turbines à gaz naturel et les propriétaires de centrales dont les équipements alimentent des pans importants du réseau doivent :

Pour répondre à ces préoccupations, les fabricants de turbines vendent aux usines une technologie de contrôle améliorée sous forme de packages de modernisation. Ces améliorations permettent de prolonger la durée de vie bien au-delà des attentes initiales de 20 ans. La plupart des éoliennes ciblées pour ces améliorations sont en service depuis 10 à 25 ans. Les fabricants équipaient à l'origine ces turbines de dispositifs de commande à actionnement hydraulique, conçus pour fonctionner avec les systèmes de contrôle proposés au moment de la mise en service.

Une turbine fait appel à ses vannes de régulation de gaz et à ses actionneurs d'aubes directrices pour traduire les commandes du système de contrôle en position mécanique et, finalement, réguler le débit de gaz naturel et d'air vers la turbine sous différentes charges et conditions ambiantes. De plus, la nature de ces systèmes ne laisse aucune possibilité de redondance sur la base d'un assemblage de niveau supérieur. La redondance ne peut être obtenue qu'au niveau des composants, principalement au niveau des pièces électriques. Cet équipement critique constitue une défaillance ponctuelle pour l’installation.

Pour bénéficier des avantages de la technologie de contrôle améliorée, les conditions d'exploitation imposent davantage de demandes aux systèmes d'actionnement à gaz et aux aubes directrices. Par exemple, une technologie de contrôle améliorée peut s’ajuster en millisecondes plutôt qu’en secondes. Cela confère une dynamique plus élevée aux vannes de régulation de gaz, augmentant les oscillations et modifiant le profil de mouvement par rapport aux critères de conception d'origine du fabricant de turbines. Cela peut entraîner une usure accélérée des servovannes, des actionneurs ou des vannes de gaz elles-mêmes. Comme il s’agit de dispositifs à point de défaillance unique, les exploitants d’éoliennes devraient être très préoccupés par la perte de cette prévisibilité.

Alors que les fabricants conçoivent des systèmes d'actionnement avec plusieurs pouces de course, la plupart des turbines s'installent dans une position de 60 à 80 % de course, puis s'ajustent autour de ce point de consigne pour obtenir des performances optimales. Ces ajustements minutieux créent un profil de micro-mouvement, oscillant dans une bande de course très étroite et usent les segments de piston, l'alésage du cylindre et d'autres composants. Pendant des années, ces composants offraient généralement une durée de vie de plus de cinq ans. Avec la technologie de contrôle améliorée en place, les nouvelles conditions de fonctionnement ont réduit la durée de vie à seulement un an, parfois des mois. Gardez à l’esprit que plusieurs mises à niveau OEM augmenteront également le cycle d’inspection majeur du moteur à turbine. Réduire les intervalles de révision des vannes de régulation est contre-productif par rapport à l’objectif final.

Une fois que l'usure atteint un certain point, les particules résultantes agiront comme un contaminant abrasif accélérant l'usure jusqu'à ce qu'un point de défaillance soit atteint. Plutôt qu'une relation linéaire, l'usure en fonction du temps ressemble davantage à un profil de « bâton de hockey », laissant au propriétaire de l'usine moins de temps pour mobiliser les équipes de maintenance pour la réparation et/ou le remplacement.