Un clone numérique surveille le vieillissement de conduites forcées

Face à la volatilité des prix de l'électricité, la stratégie d'entretien joue un rôle important dans la gestion des centrales hydrauliques. Il faudrait l'optimiser en vue d'assurer la sécurité de la conduite forcée et la production globale d'électricité durant toute la vie de l'installation. Actuellement, les contrôles primaire et secondaire accentuent les contraintes mécaniques des revêtements en acier des conduites sous pression. Des chercheurs de la HES-SO évaluent dans cette étude l'accumulation de dégâts sur les conduites forcées dus à la fatigue. Ils utilisent un clone numérique (appelé Hydro-Clone© et développé par Power Vision Engineering) de la conduite forcée qu'ils avaient installée auprès d'Energie Electrique d'Emosson à La Bâtiaz.

Hydro-Clone© est un système de contrôle par simulation en temps réel, assurant une copie numérique et validée de la centrale hydroélectrique, et capable de reproduire en temps réel tous les comportements dynamiques d'une centrale à partir des contraintes mesurées sur place. Ce système diagnostique en continu l'état de la centrale en clonant numériquement les composantes hydrauliques et électriques les plus importantes [1]. Le système Hydro-Clone est installé sur la centrale de La Bâtiaz (2000 MW) et testé depuis 2014. Il fonctionne en continu depuis cinq ans [2].

Comparison of the relative accumulated damage index along the penstock for 24h of operation under different modes from [2].

Dans cette étude, les chercheurs de la HES-SO ont comparé l'oscillation de la pression simulée par Hydro-Clone avec les mesures de la tension aux parties haute et basse de la conduite forcée. Ces résultats révèlent de très bonnes corrélations entre oscillation de la pression et tension dans le blindage d'acier. Ceci prouve également que le clone est à même de livrer des données fiables, même en l'absence de mesures physiques.

La figure 1 montre clairement l'impact considérable de la mobilisation de services systèmes sur la fatigue subie par la conduite forcée. En effet, la mobilisation des réglages primaire et secondaire entraîne un taux de dommage dix fois plus élevé que sans services systèmes. En ce qui concerne la durée de vie, ceci entraîne une usure de la conduite forcée due à la fatigue dix fois plus rapide quand les services sont actifs. Cela peut signifier pour les exploitants des coûts de maintenance multipliés par 10.

Le taux de dommage maximal se déclare dans ce cas tant lors du réglage primaire que du réglage secondaire. L’activation d’un réglage primaire durant une journée serait nécessaire pour isoler les effets des services sur la fatique. Le profil du taux de dommage montre que la partie haute de la conduite forcée, qui affiche le rapport tension-pression le plus élevé, est la plus sollicitée par la fatigue.

Hydro-Clone peut aussi simuler le comportement d'une centrale hydroélectrique selon un scénario bien précis et définir le meilleur point de fonctionnement (une combinaison de paramètres des turbines) dans le but de réduire le taux de dommage d'une installation donnée. Il est également possible de comparer les données enregistrées par le système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) avant l'installation d'Hydro-Clone. Il sera ainsi possible d'identifier parmi les anciens signaux SCADA certaines configurations significatives qui permettront alors de mieux évaluer la durée de vie restante d'une conduite forcée.

A l'avenir, on utilisera le clone numérique aussi en combinaison avec un capteur de propagation de fissure in situ. Il sera ainsi possible de surveiller la vitesse de propagation d'une fissure en fonction des oscillations de la pression et donc d'utiliser le réservoir sous pression fissuré de manière sûre jusqu'à sa réparation.

Dr. Samuel Rey-Mermet

Anthony Gaspoz

Daniel Biner