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Digitalisation de la production d’électricité
, and // 14 December 2016 // 3

La digitalisation est au cœur de la stratégie des grands groupes du secteur de l’énergie depuis une dizaine d’années sur toute la chaine de valeur. Que l’on parle du thermique, du nucléaire ou des filières renouvelables, les unités de production d’électricité se transforment au gré des ruptures technologiques : réseaux, mobilité, capacités de calcul, maintenance prédictive, etc. La numérisation des capacités de production touche tous les métiers - conduite, exploitation, maintenance jusqu’à la formation des opérateurs – mais à des niveaux de maturité différents. 

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Plus de sécurité et d’efficacité en centrales avec le passage de l’analogique au numérique

Les centrales de production d’électricité se pilotent depuis une salle de commande qui en est le  centre névralgique. En France, ces salles de commandes se rénovent progressivement avec le passage de l’analogique au numérique. Le pilotage automatique change complètement la donne : ce n’est plus l’opérateur qui fait l’action, mais la machine. L’opérateur lui, contrôle les actions prises par la machine. Ce mode de fonctionnement garantit ainsi la production en toute sureté et avec le meilleur rendement possible.

Aujourd’hui la production est pilotée automatiquement dans plus d’une quinzaine de centrales thermiques et dans la majorité des centrales hydrauliques en France. Sur une vidéo de janvier 2016, EDF nous propose de découvrir les travaux de rénovation de la salle de commande de l’unité de production n°4 du Havre : https://youtu.be/JoLZ7IuLjj4. Au-delà de l’entière numérisation du pilotage, la rénovation de la salle s’accompagne aussi de travaux d’ergonomie, de design, et d’acoustique afin de permettre aux opérateurs de conduire la centrale dans les meilleures conditions et ainsi d’atteindre un niveau supplémentaire en terme de sécurité.

Dans les centrales nucléaires françaises, on observe le début de l’arrivée de salles de commandes entièrement numérisées. Les pilotes de ces salles de commande automatisées sont développés pour les centrales nucléaires de Chooz et de Civaux (correspondant à la génération ou pallier N4). Le déploiement va se poursuivre sur l’EPR de Flamanville et plus généralement, il y a une évolution du contrôle commande et une amélioration de l’interface homme-machine avec les opérations du Grand Carénage mais nous n’assistons pas à une révolution dans la mesure où rééquiper toutes les centrales serait très couteux.

Et l’éolien n’est pas en reste de nouvelles technologies

Comme toutes les formes de production d’électricité, les éoliennes sont contrôlées par des automates programmables. Néanmoins, l’éloignement géographique et les conditions environnementales rendent leur supervision complexe. L’acquisition des données météorologiques et de production permet de mieux planifier la production, d’optimiser le rendement et de prévoir les défaillances.

General Electric a notamment développé « digital wind farm », un logiciel permettant d’optimiser le rendement des éoliennes en ajustant leur paramétrage en temps réel (hauteur, orientation du rotor, etc.). Le logiciel collecte en permanence les données métrologiques liées à l’environnement de l’éolienne et les données internes de l’état des composants. Une comparaison de ces données réelles aux modèles de performance de référence permet de déterminer les paramétrages optimaux. Le logiciel intègre notamment une plateforme d’analyse prédictive permettant l’optimisation de la performance de la turbine et la durée de vie de ses différents équipements, optimisant ainsi jusqu’à 20% du rendement de l’éolienne (selon GE). De ce fait, ce système facilite l’exploitation du parc en automatisant les processus d’inspection et l’élaboration des plannings de maintenance.

Boom des simulateurs et des serious game pour se former aux situations les plus acrobatiques en centrales

Afin de préparer les opérateurs à toutes les situations difficiles, EDF forme ses conducteurs de centrales aux enjeux de sécurité. On observe un boom du nombre des simulateurs de formation. Très réalistes, ils proposent des espaces maquettes, des simulations possibles de plusieurs salles de contrôle commandes et des gammes de maintenance en 3D. Ces simulateurs sont aussi appréciés car le volume de formation possible est décuplé.

En centrales nucléaires, des simulateurs de pleine échelle sont utilisés pour la formation à la conduite principalement. Ils sont particulièrement intéressants car au-delà des situations normales, les formateurs peuvent tester les compétences des agents en situations d’incidents (par exemple, la rupture d’une tuyauterie ou la perte d’une alimentation). Cela permet éventuellement de revenir sur des incidents survenus en centrale. Mais les formateurs peuvent aussi tester les opérateurs sur des situations complexes avec de multiples incidents qu’eux même n’ont pas forcément rencontrées dans leur carrière. Cela permet notamment de préparer les opérateurs aux pires situations. En France, les premiers pilotes en centrales nucléaires se sont développés dans les années 1990 avec un simulateur à la centrale de Paluel et à celle de Bugey. Aujourd’hui, on trouve un simulateur par centrale pour assurer les volumes de formation. AREVA exporte dans ses EPR ses simulateurs de pleine échelle. En Chine par exemple, AREVA et EDF, ont mis en service le simulateur pleine échelle de la centrale de Taishan dans la province du Guangdong. Ce simulateur permettra de former 100 futurs opérateurs pour les deux tranches EPR en construction.

Pour la formation à la maintenance et l’exploitation, AREVA a développé un serious game permettant de simuler les situations d’incidents complexes en centrales nucléaires.  Le logiciel SIBAG – simulateur de travail en boite à gants – propose une formation en réalité virtuelle permettant de simuler en temps réel les difficultés que rencontrent au quotidien les opérateurs lors des opérations de maintenance en boite à gants. Notamment, ce système permet de réduire le nombre de ruptures de confinement, en majorité dues à des erreurs humaines. Concrètement, l’opérateur est immergé dans un environnement réaliste et interactif lui permettant de simuler les situations d’urgences en pilotant les gestes d’un avatar sur un écran tactile. Dans sa version actuelle, le logiciel présente 18 missions reflétant des situations différentes de travail. La digitalisation de la formation a notamment permis à AREVA de maximiser le nombre d’opérateurs formés par an, de l’ordre de 700 (à découvrir sur la vidéo d’AREVA en date d’octobre 2015 : https://www.youtube.com/watch?v=2ylpUdOQosg).

La maintenance de haut vol dans l’éolien

Une  nouvelle méthodologie d’inspection automatique des éoliennes a été développée par AutoCopter. Des mini-hélicoptères autonomes sont utilisés pour capturer des images en haute définition et en temps réel du parc. Intégrant un module d’analyse d’images, le système récupère les données utiles pour la prédiction de la maintenance à réaliser. Ce système permet de diminuer le taux de défaillance des éoliennes en repérant à l’avance les composants à remplacer et permet d’optimiser le déroulement de l’exploitation du parc. Ainsi, cette méthodologie permet de réduire les durées d’inspection des éoliennes – et donc la charge de maintenance – et contribue à diminuer les risques pour les opérateurs liés à ces vérifications manuelles en milieu réel ainsi que le risque d’erreur d’évaluation.

Cette même idée a été reprise par Airbotix, utilisant des drones intégrant des caméras HD.

Dématérialisation des dossiers d’intervention de maintenance

Dans le domaine du nucléaire, un des projets « transition numérique » au sein d’EDF est la numérisation des dossiers d’intervention de maintenance comme nous le décrit Philippe Emirot, chef de projet à la Direction du Nucléaire chez EDF dans l’interview ci-dessous menée.

« Le sujet du moment chez EDF en termes de simplification est la mise en place du dossier d’intervention de maintenance dématérialisé. Le projet est attendu pour amener de la performance opérationnelle en réduisant les non qualités de maintenance tout en améliorant la sûreté et la sécurité des activités de maintenance.

Le but de ce projet est de simplifier la vie des intervenants de maintenance en mettant à disposition toutes les informations nécessaires à leurs interventions sur une application mobile : gammes de maintenance, les préalables à une intervention (régime, permis, …), supports de formation, etc. Le numérique permettra, via un format structuré, d’éviter les ressaisies multiples et les pertes de temps lors des transferts d’informations entre les métiers. Pour la réalisation d’une intervention sur le terrain, on passera ainsi d’un dossier papier souvent volumineux à un suivi sur tablette.

On attend des gains sur la logistique de gestion des dossiers d’intervention, sur la fiabilité des interventions et sur le pilotage des arrêts de tranche et des périodes de fonctionnement du réacteur au travers d’une communication quasi temps réel sur l’avancement des activités et les difficultés rencontrées. »

(Ndlr : les arrêts de tranche sont les  arrêts du réacteur permettant d’effectuer les opérations de maintenance nécessaires pour entretenir le réacteur.)

Conclusion

La digitalisation présente aujourd’hui de forts potentiels pour l’optimisation de la performance opérationnelle de production d’électricité. Que ce soit pour une production de base ou d’énergies intermittentes, le digital permet notamment de faire face aux enjeux de sécurité, de rendement et de réduction de charge de maintenance. De gros progrès sont en cours notamment sur la partie exploitation et pilotage. Toutefois, la partie maintenance présente beaucoup plus de challenges et nécessite plus d’efforts (à savoir la notion de maintenance prédictive). Plus généralement, le digital trouve ses applications chez les utilities et on assiste aujourd’hui à une nouvelle phase de transformation vers une automatisation de la chaine de valeur.

 

Sources :

Digital Wind Farm de Général Electric : https://www.gerenewableenergy.com/content/dam/gepower-renewables/global/en_US/documents/product-brochures/GEA31821A%20GEsDigitalWindFarm_Brochure_R3.pdf

Logiciel SIBAG d’AREVA avec le SIBAG, un serious game pour former les opérateurs en centrales : http://www.areva.com/globaloffer/liblocal/docs/SIBAG/VF/Leaflet_SIBAG_WNE_Octobre_2014_VF.pdf

Inspection automatique des turbines éoliennes par AutoCopter  http://www.windsystemsmag.com/article/detail/297/automated-turbine-inspection et http://www.autocopter.net/inspectionsolutions.html

Drones de contrôle des éoliennes Aibotix : https://www.aibotix.com/en/windmill-inspection.html

Simulateur de la centrale nucléaire de Taishan : http://www.areva.com/FR/actualites-10393/chine-mise-en-service-du-simulateur-pleine-echelle-des-reacteurs-epr-de-taishan.html

Réalité virtuelle et formation chez EDF : http://www.01net.com/actualites/la-realite-virtuelle-futur-outil-de-formation-chez-edf-176364.html

Serious Game : http://www.audace-numeriknowledge.fr/edf-serious-games-developpement-de-competences-metier

Salle de commande numérisée de l’EPR Flamanville : http://www.constructioncayola.com/reseaux/article/2014/06/12/93280/epr-flamanville-salle-des-commandes-essai.php

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