Les éoliennes sont des systèmes techniques très complexes dans lesquels l'énergie cinétique du vent est captée sous forme d'énergie de rotation et transmise à un générateur pour être transformée en courant électrique. Pour cela, de nombreux composants électroniques sont nécessaires et intégrés de la tête aux pieds dans les éoliennes. La bonne gestion thermique est donc également un sujet important. Les appareils électroniques ont toujours besoin de conditions de température fiables, ils ne doivent pas surchauffer mais ne doivent pas non plus fonctionner en dessous d'une température admissible. La condensation qui se forme peut également causer de graves dommages à l'électronique. De plus, les installations offshore sont soumises à des conditions environnementales défavorables dont il faut tenir compte.
Une gestion thermique parfaite pour les éoliennes
Le Smart Sensor CSS 014 de STEGO est conçu pour détecter de manière fiable les températures et l'humidité et pour transmettre les données via des interfaces appropriées, afin que les exploitants puissent toujours avoir un aperçu fiable des conditions thermiques et des modifications dans les éoliennes. Les capteurs créent une meilleure base de données en fournissant en permanence des informations précises sur les conditions climatiques à l'intérieur de l'éolienne. Sur cette base, les composants de climatisation peuvent être contrôlés avec précision afin de réguler avec exactitude la température et l'humidité, ce qui garantit des conditions de fonctionnement idéales.
Grâce à la commande optimisée, les composants sont moins sollicités et protégés contre les dommages dus à la condensation ou à la surchauffe . Par conséquent, la durée de vie des éoliennes est prolongée et les pannes sont réduites. Moins de pannes signifient moins de frais de maintenance et une plus grande disponibilité de l'installation, ce qui permet de réduire les coûts et de garantir les bénéfices.
C'est précisément pour cette raison que le Smart Sensor CSS 014 de STEGO a été développé en réponse aux exigences d'un fabricant d'éoliennes. Grâce à son efficacité et à la numérisation générale, il s'est entre-temps établi dans de nombreux autres secteurs, par exemple dans l'infrastructure de recharge pour l'électromobilité (voir encadré).
L'énergie éolienne a le vent en poupe
L'Allemagne compte actuellement 1 566 éoliennes offshore, réparties en 29 parcs éoliens situés au large des côtes de la mer du Nord et de la mer Baltique. Elles produisent désormais 8.465 MW de puissance nominale par an (en 2023) *1, soit plus de 7.000 MW de puissance nominale de plus qu'il y a dix ans. (Au Royaume-Uni, ce chiffre atteint déjà 14,7 GW et en Chine 37,3 GW).
L'objectif du gouvernement fédéral est d'installer au moins 70 gigawatts d'énergie éolienne offshore dans les eaux allemandes d'ici 2045 . Ces objectifs de développement ont même été adoptés sous la forme d'un amendement à la loi sur l'énergie éolienne en mer (WindSeeG).
Alors que l'offshore n'occupe actuellement que la quatrième place dans la production brute d'électricité à partir d'énergies renouvelables en Allemagne, avec 23,8 TWh, l'éolien terrestre est en tête avec 120,9 TWh et a augmenté de plus de 30 % par rapport à 2021. *2
Pour atteindre les objectifs climatiques visés d'ici 2030, il faudrait néanmoins, selon EnBW, construire également dans ce segment des installations éoliennes supplémentaires d'une puissance de 10.000 MW. L'énergie éolienne est donc l'un des principaux piliers de l'approvisionnement énergétique en électricité verte. Et son développement ne cesse de progresser.
Sécurité contre les pannes grâce à un télédiagnostic fiable
Pour une production d'électricité sûre et fiable, il est important de surveiller l'électronique sensible des éoliennes et d'effectuer des maintenances régulières - une opération coûteuse, surtout lorsqu'il s'agit d'installations offshore. En effet, celles-ci sont souvent difficiles d'accès, ne peuvent être atteintes qu'à grands frais et les conditions météorologiques rudes en haute mer font que les travaux y sont un véritable défi.
Afin d'avoir malgré tout un contrôle permanent sur les installations, des systèmes de surveillance conditionnelle sont utilisés pour le diagnostic à distance. La complexité de l'électronique ne cesse donc de croître. Afin de les protéger et d'éviter les pannes d'origine technique, les capteurs intelligents CSS 014 de STEGO font partie de ces systèmes. Ce capteur représente l'évolution numérique dans la gestion thermique des composants électroniques. Il mesure les paramètres importants que sont la température de -40 °C à 80 °C et l'humidité relative de 0 à 100 % HR et permet ainsi de tirer des conclusions importantes sur le fonctionnement de l'installation. Si la température de l'éolienne est trop élevée ou trop basse, l'appareil signale qu'il faut agir, car des composants importants et donc des fonctions risquent de tomber en panne. Grâce à l'histogramme transmis sur toutes les données mesurées, l'état de l'installation est toujours visible de manière fiable.
Flexible et facile à intégrer grâce à IO-Link
STEGO a opté pour le protocole de communication IO-Link. Ainsi, le Smart Sensor peut être facilement paramétré pour une utilisation dans les éoliennes à l'aide d'un logiciel d'interface sur PC. De plus, IO-Link garantit la flexibilité, car les capteurs et actionneurs de différents fabricants peuvent être facilement intégrés grâce à des interfaces standardisées . Grâce à IO-Link, les frais de câblage restent également limités avec des câbles standardisés non blindés à trois fils minimum. L'installation est facile à réaliser, ce qui réduit au final le temps et les coûts.
Les données collectées sont transmises à une commande d'installation supérieure via IO-Link. Outre les paramètres de commutation purs pour la température et l'humidité, l'utilisateur dispose également d '"événements" supplémentaires configurables . Le mot-clé est : données à valeur ajoutée. Comme IO-Link permet d'accéder à des données de diagnostic et à des paramètres étendus des appareils, la surveillance et la maintenance peuvent être adaptées et optimisées individuellement en fonction du scénario d'application. La configuration et le paramétrage centralisés des appareils facilitent considérablement la mise en service et les modifications ultérieures.
En résumé, IO-Link combine une installation simple, avec une flexibilité, une disponibilité accrue des données et une rentabilité.
Dans certaines installations, le Smart Sensor est également utilisé dans une version 4-20 mA. Comme STEGO est présent depuis de nombreuses années dans le secteur de l'énergie éolienne avec ses produits de gestion thermique, le Smart Sensor CSS 014 s'intègre parfaitement dans le portefeuille composé d'un hygrostat, d'un ventilateur à filtre, d'un ventilateur de chauffage, d'un thermostat et d'un éclairage LED.
Protection durable de l'électronique - même dans l'appareil lui-même
L'unité de capteur elle-même a été développée de manière à s'adapter parfaitement aux conditions d'utilisation difficiles en haute mer. Ainsi, les experts en gestion thermique de STEGO ont découplé thermiquement l'appareil et l'ont encapsulé avec un joint périphérique, ce qui lui confère une grande résistance aux vibrations et un indice de protection IP57 au niveau du capteur. Sur la platine recouverte d'un vernis de protection du CSS 014, le microcontrôleur, le pilote d'interface et l'unité de protection CEM sont disposés de manière à optimiser la dissipation de chaleur, de sorte que l'influence de la chaleur dissipée sur les valeurs de mesure est pratiquement éliminée.
Les valeurs mesurées permettent non seulement d'effectuer un diagnostic fiable à distance, mais aussi d'optimiser la commande de l'ensemble de l'éolienne et de piloter les différents appareils tels que les ventilateurs et les appareils de refroidissement ou de chauffage en fonction des besoins. Le système de commande supérieur décide alors des actions à effectuer en fonction des données transmises. Par exemple, les actionneurs peuvent être commandés avec précision afin de créer l'état de fonctionnement souhaité ou de garantir les paramètres environnementaux souhaités.
Avantages par rapport à une régulation classique en deux points
La commande de composants de climatisation tels que les chauffages et les ventilateurs par le biais d'un capteur de température et d'humidité de l'air en combinaison avec une commande d'installation présente des avantages considérables par rapport à un régulateur à deux points classique : Alors que le régulateur à deux points ne fait qu'alterner entre deux états (marche/arrêt), l'installation commandée par capteur permet une adaptation plus précise et continue de la climatisation. Cela permet à la commande de l'installation d'adapter plus précisément le fonctionnement des composants de climatisation aux besoins réels. Les mises en marche et les arrêts inutiles sont évités, ce qui réduit la consommation d'énergie et prolonge la durée de vie des composants.
Ainsi, la commande par capteurs contribue globalement à un fonctionnement plus efficace, plus précis et plus durable des composants . Les interventions de réparation nécessaires sont également réduites, ce qui représente un facteur de coût considérable, surtout en haute mer. Bien entendu, le Smart Sensor CSS 014 convient également à l'utilisation dans les éoliennes terrestres. Les applications et les modes de fonctionnement restent les mêmes. Dans le secteur offshore, la maintenance à distance joue simplement un rôle plus important, ne serait-ce qu'en ce qui concerne l'accessibilité des parcs éoliens en haute mer.
*1 Statistiques, enquête de Deutsche WindGuard, "Statut du développement de l'énergie éolienne offshore en Allemagne".
*2 Enquête réalisée par BDEW ; ZSW ; Statistisches Bundesamt, rapport annuel "Die Energieversorgung 2023".
Utilisation dans l'infrastructure de recharge pour l'électromobilité
Le Smart Sensor CSS 014 de STEGO est très rentable, son utilisation est donc également intéressante pour les petites applications. Citons par exemple l'infrastructure de recharge pour l'électromobilité croissante. Lors d'un processus de charge, de la chaleur est générée, ce qui peut entraîner une grande différence de température entre l'intérieur de la borne de charge et la température extérieure. Cela peut entraîner la formation de condensation à l'intérieur de la borne de recharge, ce qui, dans le pire des cas, peut provoquer des pannes électroniques. Une surchauffe due à la chaleur dégagée lors du processus de charge ou des températures ambiantes trop basses - surtout en hiver - peuvent également endommager les composants électroniques.
Le Smart Sensor CSS 014 assure une gestion thermique idéale dans ces applications. Pour ce faire, il mesure en permanence la température et l'humidité de l'air à l'intérieur de la colonne. Les conditions qui règnent dans la colonne de recharge peuvent ainsi être surveillées de manière fiable et des mesures peuvent être prises à temps pour éviter les dommages. Cela permet d'éviter les pannes, de réduire les coûts d'exploitation et d'augmenter la disponibilité des bornes de recharge.
Chauffer
Ventiler
Reguler
Eclairer
