Les centrales électriques du 21ème siècle à moteur 4 temps font confiance à la mesure de l'humidité Vaisala

Il est possible de contrôler les émissions d'une centrale électrique (plus particulièrement les oxydes d'azote) en surveillant la concentration d'humidité dans l'air de suralimentation du moteur. Une mesure précise et fiable de l'humidité ambiante fournit les données nécessaires au contrôle et à l'optimisation du moteur dans différentes conditions ambiantes tout en permettant d'éviter la formation d'eau condensée dans les groupes électrogènes de la centrale. On trouve des centrales électriques dans le monde entier, même dans les zones soumises à des conditions météorologiques extrêmes, aussi bien en Sibérie arctique qu'aux tropiques. Les usines et les producteurs d'électricité indépendants recourent à des centrales pour générer de l'électricité et alimenter le réseau, les clients industriels génèrent de l'électricité pour leurs propres besoins opérationnels.

Les centrales électriques Wärtsilä sont conçues pour fournir des performances optimales dans la production d'électricité nécessaire aux applications caractérisées par des pics, des valeurs intermédiaires et basiques, en répondant ainsi aux besoins électriques réels et en offrant au propriétaire de la centrale une véritable flexibilité opérationnelle. En général, les centrales fonctionnent au gaz naturel, au mazout lourd ou aux biocarburants liquides.

Suivant les besoins prédominants, la capacité de production des centrales peut varier de quelques mégawatts à des centaines de mégawatts. Pour la plupart, les centrales électriques ont de 1 à 40 groupes électrogènes à turbocompresseur d'une puissance allant de 1 à 23 MW par unité, avec tout l'équipement auxiliaire nécessaire.

Émissions et efficience

Dans divers pays du monde, l'exploitation des centrales électrique est soumise à des réglementations et à une législation sévères en termes d'émissions. En effet, la réduction des émissions est devenue l'une des tendances les plus importantes du marché de l'électricité. Cependant, la réduction des émissions n'est pas toujours compatible avec l'efficience opérationnelle et il faut faire des compromis pour obtenir des résultats optimaux.

L'humidité contenue dans l'air de suralimentation a un effet positif sur les températures de combustion dans le cylindre du moteur en rabaissant le pic de température au moment de la formation d'émissions NOX thermiques dans le moteur. La mesure de l'humidité dans l'air d'admission permet d'optimiser les paramètres de contrôle du moteur et de maintenir l'efficience du moteur et les émissions à des niveaux optimaux.

Turbocompresseur et échangeur d'air de suralimentation

Le turbocompresseur du moteur est un compresseur à gaz qui comprime l'air ambiant dirigé vers les cylindres en utilisant l'énergie des gaz d'échappement du moteur. La température de l'air de suralimentation augmente aussi pendant le processus de charge et doit être refroidie avant son arrivée dans les cylindres. Le refroidissement de l'air de suralimentation est obtenu avec un échangeur thermique refroidi à l'eau, l'échangeur d'air de suralimentation. Le processus associé à l'eau de refroidissement est un système clos. L'eau chaude en provenance du moteur est refroidie dans le système auxiliaire du moteur puis réacheminée dans l'échangeur à une température et à un débit corrects. Le contrôle de la température de l'eau de refroidissement est influencé par la température du point de rosée de l'air de suralimentation ; pour éviter la condensation dans l'échangeur d'air de suralimentation et les pertes d'efficience du refroidissement qui en découle, la température de l'eau de refroidissement doit être supérieure à celle du point de rosée de l'air.

La condensation de l'échangeur constitue aussi un risque de corrosion des ailettes de refroidissement.

Pour commencer – un catalogue de produits

Il y a quelques années, les concepteurs de la centrale ont décidé d'utiliser l'humidité de l'air ambiant comme l'un des éléments de surveillance de la centrale. À cette époque, les produits étaient classés sur la base des données indiquées dans les catalogues de produits. Les concepteurs ont donc choisi le capteur Vaisala HMP231. Lors de l'introduction de la nouvelle génération de transmetteurs d'humidité Vaisala HMT330, le capteur HMP231 a fait l'objet de longues discussions. Finalement, les concepteurs ont opté pour son successeur direct, le capteur HMT331. Néanmoins, il s'est avéré rapidement que dans certaines centrales, les conditions extérieures étaient si difficiles qu'il fallait recourir à la version plus moderne HMT337. Compte tenu de l'effet de l'humidité sur la performance des groupes électrogènes qui va en grandissant avec le temps, il devint clair que l'humidité n'affecte pas uniquement les émissions mais aussi l'efficience du chargeur. Par la suite, l'humidité et le point de rosée de l'air ont été utilisés comme l'un des paramètres de contrôle du moteur. Dès qu'un paramètre est utilisé pour le contrôle, il est essentiel de recourir à l'instrument de mesure le plus fiable pour obtenir une efficience optimale, une excellente qualité tout en minimisant les frais d'exploitation globaux.

Aujourd'hui – une coopération étroite

Aujourd'hui – une coopération étroite
Le capteur d'humidité a aussi une fonction de purge qui évapore souvent les contaminants chimiques éventuellement absorbés dans sa zone de détection, comme les polluants atmosphériques gazeux. La purge nettoie donc l'intérieur du capteur, ce qui améliore sa stabilité et la précision des mesures. Avec une sonde réchauffée, l'utilisateur peut toujours être certain que même après une condensation prolongée (100 % d'HR) pendant la nuit, surtout dans les tropiques, le capteur indiquera des valeurs précises dès que l'air commencera à passer à une HR inférieure à 100 %. Le réchauffement de la sonde empêche aussi la formation de condensation dans l'élément de détection, tout en minimisant le risque de contamination particulaire qui compromettrait les mesures.

Le réchauffement de la sonde et la fonction de purge chimique assurent la stabilité à long terme requise pour la mesure de l'humidité. Grâce à cette coopération étroite, la configuration du capteur HMT337 constitue un moyen fiable pour exécuter les mesures essentielles aux calculs du processus, utilisés pour contrôler le fonctionnement du moteur de la centrale électrique et obtenir les niveaux d'efficience et d'émissions spécifiés.

... et une livraison rapide

Aujourd'hui, les groupes électrogènes et les systèmes auxiliaires d'une centrale électrique sont principalement livrés dans des conteneurs avec tout le matériel nécessaire à la mise en service immédiate de la centrale. Le matériel est collecté dans un centre d'expédition et emballé dans des conteneurs pour être expédié rapidement.

Suivant la destination finale, les conteneurs sont transportés par bateau, camion ou en train - ou, dans les cas extrêmes, par avion. Pour respecter les délais, il est essentiel que tous les articles soient corrects et présents sur le site au moment prévu pour l'emballage. En coopération avec Wärtsilä, Vaisala a développé un dispositif de mesure assemblé en usine et étalonné, incluant les accessoires d'installation afin d'assurer la livraison rapide, conforme au planning du propriétaire de la centrale. Le dispositif de mesure étant entièrement standardisé, la même unité est utilisée dans toutes les centrales, ce qui permet d'avoir une installation prête à l'emploi et préconçue sur tous les sites.
 
 
L'article a été publié la première fois dans les Vaisala News 181/2009 (Senja Paasimaa / directrice de marché régional / Vaisala / Helsinki, Finlande & Jenny Valo / ingénieur en chef du développement, performance de la centrale et environnement, technologie de la centrale électrique / Wärtsilä Finlande Oy / Vaasa, Finlande)