Créé le : 03/08/2009
L'objectif de cette note est de présenter les différentes étapes de certification d'une éolienne et en particulier les guides relatifs à la conception des multiplicateurs
Afin de mieux maîtriser la conception et la fiabilité en fonctionnement des éoliennes, différents organismes dont RISOE et DNV ( DET Norske Veritas ) ont défini des règles pour la conception des éoliennes.
La norme IEC WT 01 décrit la nouvelle procédure internationale de certification d'une éolienne. Cette norme est établie par l'IEC en collaboration ave les organismes certifiés ( DNV ), les organismes de recherche ( RISOE ) et les constructeurs. Cette norme est le prolongement des modèles danois et hollandais de conception des éoliennes. Remarquons que l'association américaine AWEA s'implique dans les groupes de normalisation internationale. Ainsi, il semble que le modèle danois d'éolienne semble être le modèle dominant.
La démarche est séquentielle
1- Habilitation à intégrer le process
Dans un premier temps, tous les fournisseurs disposent d'un accès au process de certification. Chaque fournisseur doit pouvoir justifier d'une certification ISO 9001 pour entrer dans le process. Dans le cas où l'entreprise n'est pas certifiée ISO 9001, celle-ci sera auditée par DNV.
2 - Evaluation de la conception
Il s'agit d'une revue de conception suite à la remise d'une documentation fournie par le client.
Dans le cas où la conception inclue une simulation par éléments finis, une analyse doit être menée pour vérifier la documentation fournie. Dans le cas où il n'y a pas de méthode de calcul fournie ou connue, pour évaluer la performance d'une turbine, il est nécessaire de réaliser des tests pour le système de puissance, le système de contrôle et de sécurité mais aussi pour l'émission de bruit, la réaction aux charges extérieures, aux charges en fonctionnement.
3 - Réalisation d'un prototype
Le processus de certification d'une turbine à vent passe par la réalisation d'un prototype installé en condition réelle.
4- Essais sur site
DNV est le témoin et le garant des tests sur les systèmes suivants :
Système de production de puissance
Essais fonctionnels
Essais sur les systèmes de sécurité et de contrôles
Emission de bruit
5- Evaluation du système de qualité et Certification
La qualité est garantie par le fait que le fabricant opère dans le cadre de la certification ISO 9000. Quand l'inspection est faite suivant les règles définies, un rapport final de vérification et un certificat de conformité est remis.
6- Maintenance
La durée de validité de la certification de l'éolienne est de 5 ans. Le client doit suivre les règles de l'ISO 9001 pour gérer la maintenance et rester dans le cadre de "l'approbation de la conformité du modèle danois". Chaque donnée relative aux problème doit être enregistrée et accessible par l'organisme certificateur DNV.
Des visites aléatoires sur différentes éoliennes sont réalisées, pour confirmer le respect des procédures de conception, de maintenance. DNV a la possibilité de suspendre la certification en fonction des incidents rencontrés.
Quelques changements apportés peuvent remettre en cause la certification :
Le diamètre du rotor
une variation de la vitesse de rotation de plus de 2%
La modification des profils de pales
Des changements impliquant une augmentation significative du spectre de charge
Une augmentation de la puissance de sortie de plus de 5%
La maintenance de l'éolienne est un point très important pour la conservation du certificat.
Schéma du processus de certification selon les modèles Danois et Hollandais
IEC WT 01 décrit le nouveau processus de certification international. Il s'appuie sur le processus des modèles danois et hollandais. Il est composé de différents modules qui sont validés progressivement. Certains modules sont optionnels.
Les modules obligatoires sont :
L'évaluation de la conception
Les tests en grandeur nature ( Spectre de charge, test sur les pâles la transmission de puissance, la sécurité et les fonctionnalités )
L'évaluation de la fabrication de l'éolienne
L'évaluation finale
Ces quatre modules permettent de certifier l'éolienne.
D'autres modules sont optionnels et peuvent être intégrés :
L'évaluation des fondations de l'éolienne
L'évaluation des caractéristiques ( Bruits, qualité de courant ... )
Schéma du processus de certification IEC
La planification de gros investissements dans des champs d'éoliennes offshore eu Europe et aux USA nécessite la mise en place d'une certification. Cette certification est une documentation sur la revue de conception fournie pas le constructeur. DNV dispose pour cette partie, de modèles de calcul commerciaux. Cette certification intégrera les données météorologiques proposées par RISOE ( Programme WAsP ).
La vérification de la conception portera sur les fondations et les autres structures de la machine telle que le transformateur mais aussi sur les systèmes de transport jusqu'au lieu d'implantation, les système d'installation et de maintenance.
L'étude de la fabrication se fera sur le site de production et portera entre autre, sur les assemblages par soudage. Des techniques de contrôle non destructif seront utilisées pour vérifier ces assemblages.
Actuellement, aucune norme ne spécifie l'offshore.
AWEA ( American Wind Energy Association ), en liaison avec d'autres organisations professionnelles telles que l'ASTM, AGMA, la NFPA, l'ANSI, l'IEEE participe au développement de la normalisation internationale sur les turbines à vent. Depuis 1988, l'AWEA se rapproche des standards internationaux IEC pour garantir l'accès mondial aux technologies américaines.
Le rôle de la certification nationale américaine est de :
Réaliser un guide de recommandations qui a un impact sur les normes internationales
Valider les normes internationales
Développer des normes et certifications couvrant des domaines qui ne sont pas encore couverts par les normes internationales
Il existe en particulier un comité concernant les la conception des éoliennes et un groupe de travail sur les multiplicateurs.
Afin d'aider les différents constructeurs et fournisseurs, certains organismes proposent des guides détaillés. Ces guides sont disponibles sur les différents sites Internet des organismes. En particulier, "Det Norske Veritas" et RISOE sont à l'origine de guides de recommandations dont certains spécifiques aux multiplicateurs :
Le guide de base publié est : "Technical Criteria for the danish Approval Scheme for Wind Turbines, 15 April 2000". Ce guide inclut des informations sur la législation, sur les points clefs de l'approbation et de la certification .
Des documents complémentaires ont été publiés sur trois thèmes spécifiques aux multiplicateurs : "Recommendation to comply with the requirement in the technical criteria for the danish Approval Scheme for wind turbines - Gearboxes". Ces différents guides sont détaillés et proposent des points précis sur lesquels il faut focaliser pour valider la conception et les tests de multiplicateurs.
La section 2 regroupe des recommandations sur les charges à prendre en compte pour le calcul du multiplicateur :
Les conditions de fonctionnement ( Température, climat ... )
Les conditions de fonctionnement du multiplicateur
La configuration détaillée de l'éolienne car un changement de configuration peut avoir un impact important sur les conditions d'utilisation du multiplicateur.
Les charges subies par le multiplicateur. En particulier cette section stipule que les constructeurs d'éoliennes doivent fournir des informations précises sur les charges que doivent supporter les multiplicateurs.
Les informations concernent les charges en fonctionnement normal, en régime transitoire, en charge extrême, en charge périodique et statique.
Pour confirmer les calculs de charges, des validations doivent être faites en utilisant des cas concrets de charges en régime normal et extrême.
La section 3 regroupe des recommandations sur le châssis et les roulements du multiplicateur :
Les multiplicateurs sont superposés les uns aux autres. Ainsi, les composants auxiliaires doivent être positionnés en fonction de ces informations pour être accessibles. Et plus généralement, la conception du bâti doit éviter les poches d'huiles et certains roulements doivent être changés dans la nacelle.
Des données relatives à choix du matériau, à la distorsion du châssis, au système d'inspection, au système d'étanchéité, aux tolérances, au nettoyage du châssis, aux traitements de surfaces complémentaires et au système de lubrification sont présentées dans cette section.
Concernant les roulements, des données sont fournies sur le choix des roulements, sur le montage sur les charges et sur le calcul de la durée de vie des roulements.
La section 5 regroupe des recommandations sur la lubrification des multiplicateurs
Cette rubrique apporte des informations sur
Le choix des régimes de lubrification : régime forcé, mite et par barbotage.
L'analyse du système de lubrification
La connaissance de l'environnement dans lequel fonctionne l'éolienne
Le système de filtration de l'huile avec les différents composants.
Les types et les limites d'acceptabilité de la qualité d'huile.
Les additifs
La section 7 regroupe des recommandations sur les tests que doivent subir les multiplicateurs
La description des tests
L'identification et spécification du prototype
La spécification des moyen de contrôle
L'élaboration d'un plan d'essais
L'analyse du système de lubrification
L'évaluation de l'état de surfaces des engrenages
L'essais fonctionnels dans l'entreprise pour pré-valider le multiplicateur.
Le démontage et l'examination du multiplicateur
Les tests fonctionnels après installation
La validation des unités destinées à la production par rapport au prototype
La planification des actions
Toutes les publications sont en accès libres et disponible à l'adresse suivante :
http://www.risoe.dk/rispubl/VEA/wind.htm
Choisir la rubrique "Danish publications"
Le NREL ( National Renewable Energy Laboratory a développé un guide de recommandations pour les constructeurs d'éoliennes. Ce guide dispose d'une rubrique spécialisée sur la transmission de puissance et les multiplicateurs : DG04 000203 Gearbox Specification Guideline
Il est disponible à l'adresse suivante : http://www.nrel.gov/wind/pdfs/dg04_000203.pdf
Conclusion : Il est évident, à travers ces différents points que la certification d'une éolienne prend beaucoup de temps. Entre la phase de conception et de production, la réalisation d'un pilote implique une durée de développement très importante. Les constructeurs d'éoliennes souhaitent accélérer cette phase entre la conception et la production, ainsi, ils cherchent à développer des sites pilotes.
Guides des recommandations danoises et hollandaises
http://www.risoe.dk/rispubl/VEA/wind.htm
Det Norske Veritas
http://www.dnv.dk
AWEA Certification
http://www.awea.org
National Renewable Energy laboratory
http://www.nrel.gov/wind/
La filière Éoliennes
Constructeurs sous-traitants et organismes de certification