Des Danois dans le vent
Connu autrefois pour ses liaisons maritimes avec l’Angleterre et pour sa plateforme d’exportation de produits agricoles, le port danois d’Esbjerg est aujourd’hui le pôle de toutes les activités liées à l’énergie renouvelable.
En plus d’être le plus grand port du Danemark, Esbjerg, sur la côte occidentale de la province du Jutland, est la capitale incontestée de l’éolien en Europe.
Éparpillés autour du site, des rangées de pales de 15 tonnes, des nacelles de 400 tonnes hautes comme des maisons et des tronçons des mâts en acier qui constellent de plus en plus le paysage des pays en quête d’énergie renouvelable. Ces modules fabriqués localement sont destinés à être exportés dans le monde entier mais également à être assemblés pour former les nouveaux parcs éoliens offshore prévus en mer du Nord. D’où la présence de flottes de navires de transport, de bateaux de servitude et de vaisseaux équipés de grues de 1 500 tonnes dans le port.
Les carrefours giratoires des routes locales ont été débarrassés de leur terre-plein central pour permettre aux convois de passer tout droit lorsqu’ils transportent les pales de 80 m de long entre les usines toutes proches et le terminal portuaire.
« La transition radicale vers la production d’énergie renouvelable n’est nulle part aussi palpable qu’à Esbjerg, affirme Lars Buhrkall, responsable d’exploitation des parcs éoliens terrestres Vattenfall dans la ville. Le gouvernement danois veut que la moitié de la consommation d’énergie du pays soit issue de sources d’énergie renouvelable d’ici quelques années. Ce pourcentage est de 42 % aujourd’hui. C’est un gros business. »
Vattenfall
Vattenfall est l’un des principaux producteurs d’électricité et de chaleur en Europe.
Sa maison mère, Vattenfall AB, est la propriété de l’État suédois. Son siège est à Solna, en Suède.
Ses principaux marchés sont le Danemark, la Finlande, les Pays-Bas, l’Allemagne, le Royaume-Uni et la Suède.
Le groupe emploie environ 20 000 salariés. En 2017, son chiffre d’affaires net s’est élevé à quelque 13,3 milliards d’euros.
Vattenfall [chute d’eau en suédois] est un nom très connu dans toute l’Europe du Nord. Cette entreprise publique suédoise a été créée au moment de la construction des premiers barrages hydroélectriques dans son pays d’origine. Aujourd’hui, elle est l’un des plus grands producteurs et fournisseurs d’électricité et de chaleur du continent et a annoncé en 2017 un chiffre d’affaires d’environ 13,3 milliards d’euros pour un effectif de 20 000 salariés. Elle exploite plus de 1 300 éoliennes (soit une capacité totale de
2 200 MW) en Allemagne, aux Pays-Bas, au Royaume-Uni, au Danemark, en Suède et en Finlande. L’un de ses objectifs déclarés est de tendre vers un monde zéro combustible fossile.
« C’est aussi un marché porteur pour SKF, précise Peter Scheibner, responsable énergie renouvelable chez SKF Danemark. Les fabricants d’éoliennes et les fournisseurs de services à la collectivité comme Vattenfall réclament tous la même chose : un fonctionnement sûr aussi longtemps que possible, soit 25 ans ou plus. »
Une nouvelle référence d’excellence
Conçu pour le marché de l’éolien terrestre et celui de l’éolien offshore, le roulement à rotule sur rouleaux SKF 240/710 BC est une nouvelle référence d’excellence en termes de performances et de fabrication de précision. Parmi ses avantages figurent une capacité de vitesse réduite, une haute capacité de poussée et une meilleure géométrie interne. En outre, pour sa cage, le laiton, plus malléable, a été remplacé par de la fonte, beaucoup plus dure. Cet important changement de conception a permis de diminuer l’usure et de résoudre les précédents problèmes de lubrification.
SKF est depuis longtemps un fournisseur important de roulements, de lubrifiant et de systèmes pour les éoliennes terrestres, les plus répandues, celles que l’on aperçoit en roulant en voiture. Mais le segment le plus porteur est, comme le montre l’activité intense qui règne au port d’Esbjerg, l’offshore, où SKF est en train de monter en puissance.
« L’augmentation des charges et des dimensions des éoliennes, des multiplicateurs, des génératrices impose de nouvelles contraintes aux systèmes de roulements, explique Peter Scheibner. C’est un domaine dans lequel nous avons beaucoup d’expérience. C’est pour cette raison que nous collaborons étroitement avec Vattenfall sur plusieurs grands projets éoliens offshore. »
D’après lui, le catalogue standard de roulements à rotule sur rouleaux retenus pour les arbres principaux des éoliennes ont amplement fait leurs preuves, certains tenant même jusqu’à 20 ans, à condition d’être entretenus régulièrement et correctement. Mais ils ont néanmoins leurs limites.
En collaboration avec des fabricants d’éoliennes, SKF a analysé finement les caractéristiques techniques des applications offshore et conçu une nouvelle gamme de roulements à rotule sur rouleaux spécialisés. Depuis février 2016, l’un de ces nouveaux roulements équipe une éolienne terrestre danoise NM 80 du parc éolien de Tjæreborg Enge, à 10 km au sud du port. À Esbjerg, le centre de surveillance SKF et celui de Vattenfall suivent de près ses performances. C’est là qu’est stationné le centre névralgique de toutes les opérations de maintenance. Une rangée de moniteurs peut donner en un seul clic des informations détaillées sur l’état de tous les parcs éoliens et même de chaque éolienne. C’est une mission complexe : la détection est essentielle en vue de coordonner les interventions à venir sur les principaux composants car les déplacements des bateaux-grues reviennent chers.
Pour surveiller les éoliennes sur terre et en mer, Vattenfall Esbjerg a recours à des systèmes en ligne SCADA (contrôle et acquisition de données) et CMS (maintenance conditionnelle) qui contrôlent la production, la vitesse et la direction du vent, la lubrification du multiplicateur, la température et la pression de l’huile, la température et la pression de l’eau de refroidissement de la génératrice. Ces données indiquent le moindre changement de l’état des composants et peuvent servir à prédire la date de leur éventuelle défaillance.
La solution retenue a impliqué la modification et l’optimisation de la géométrie interne des roulements à rotule sur rouleaux SKF. Un nouveau processus de conception a été élaboré pour ce projet : on a simulé les performances de milliers de géométries internes envisageables pour obtenir au final la conception optimale permettant au roulement de mieux tolérer les charges des applications. Sa cage a également été modifiée sur le plan de la géométrie et du matériau : la fonte a remplacé le laiton. « La fonte est plus rigide et plus dure que le laiton », précise Peter Scheibner.
Plusieurs contacts métal-métal internes de glissement ont été éliminés pour réduire le frottement et l’usure. Par ailleurs, grâce à la réduction des pressions de contact, la durée de vie calculée du roulement a été prolongée de près de 60 %. En outre, les nouveaux roulements sont plus légers de 4 % en moyenne. Les fonctionnalités de lubrification ont été améliorées. À l’étude ont succédé les étapes de la modélisation de pointe, de la simulation et de la validation sur le terrain.
Tout le monde y trouve son compte : SKF met ses ressources à notre disposition.
Lars Buhrkall, responsable des parcs éoliens Vattenfall à Esbjerg
Comme c’est souvent le cas, SKF a intensifié ses ressources et les a mises à la disposition de Vattenfall pour résoudre les éventuels problèmes. L’objectif visé était une disponibilité de 100 % tout au long des 25 ans de durée de vie nominale de l’éolienne.
« Pour obtenir des améliorations à long terme, il faut participer à court terme aux essais de nos roulements. Le type de coopération nouée avec Vattenfall est vital pour procéder à des essais et c’est tout aussi important pour eux. Nous sommes convaincus que les nouveaux roulements à rotule sur rouleaux deviendront les roulements de prédilection pour les arbres principaux des éoliennes. »
« Tout le monde y trouve son compte, reconnaît Lars Buhrkall de Vattenfall : SKF met ses ressources à notre disposition et nous parvenons à nous approcher le plus près possible d’un fonctionnement sûr. »
