NORDEX N80 – Descriptif technique

NORDEX N80
Descriptif technique
© NORDEX Energy GmbH
Modifications techniques réservées. Tous droits réservés.
N80-1-techn-description-fr.doc
19.08.2005
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NORDEX N80 – Descriptif technique
Table des matières
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Conception technique ........................................................................................................2
Rotor ..................................................................................................................................3
Arbre principal....................................................................................................................3
Multiplicateur......................................................................................................................3
Génératrice ........................................................................................................................4
Refroidissement et filtrage .................................................................................................4
Système de freinage..........................................................................................................5
Système Hydraulique.........................................................................................................5
Nacelle...............................................................................................................................6
Orientation .........................................................................................................................6
Tour et fondation................................................................................................................7
Commande et raccordement au réseau ............................................................................7
Protection contre la foudre.................................................................................................7
Gestion de l’installation......................................................................................................8
Remarques supplémentaires.............................................................................................9
1 Conception technique
La NORDEX N80 est une installation d’énergie éolienne à vitesse de rotation variable d’un diamètre
de rotor de 80 m et d’une puissance nominale de 2 500 kW. La machine et les pales sont
dimensionnées pour la classe 1.
La limitation de puissance est réalisée par variation de l’angle de chaque pale (pitch).
NORDEX est certifiée selon ISO 9001. Le contrôle du système de qualité et tous les processus de
production sont conformes à la norme ISO 9001. NORDEX travaille en collaboration avec plusieurs
fournisseurs qualifiés pour tous les composants principaux.
Vue d’ensemble de la NORDEX N80
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Couronne d’orientation de pale
Moyeu de rotor
Entraînement par pitch
Support de machine
Roulement azimutal
Arbre de rotor
Freins azimutaux
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Multiplicateur
Frein de sécurité
Couplage générateur
Génératrice
Radiateur de la génératrice
Radiateur du multiplicateur
Mât météo
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Grue de bord
Entraînement azimutal
Roulements du multiplicateur
Cabine
Palier principal
Pale
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Caractéristiques générales
Type
Régulation de puissance
Puissance nominale
Vent de démarrage
Puissance nominale à vitesse du vent
Vent d’arrêt
Durée de vie calculée
Moteur à 3 pales à axe horizontal, course côté vent
Orientation de pale active
2 500 kW
3 m/s
env. 15 m/s
25 m/s
20 ans
Données de projet climatiques
Nacelle et rotor certifiés selon
Température ambiante
GL 1, IEC 1a
-20…+40 °C
2 Rotor
Le rotor est composé de trois pales, d’un moyeu de rotor, de couronnes de rotation et d’entraînements
pour l’orientation des pales. Les pales sont fabriquées en matériaux plastiques de haute qualité
renforcés à la fibre de verre. Les systèmes d’orientation sont exécutés en triple de manière
redondante. Les pales sont équipées d’un système de protection contre la foudre : Un collecteur, qui
dirige l’éclair jusqu’au moyeu.
Caractéristiques du rotor
Diamètre du rotor
Surface enduite
vitesse max des bouts de pales
Puissance/surface
Vitesse de rotation
Angle d’inclinaison
Angle du cône
Poids total
Moyeu de rotor
Matériau
80 m
5 026 m2
80 m/s
497 W/m2
10,9…19,1 min-1
5°
2°
env. 50 t
Poids
Fonte à graphite sphéroïdal EN-GJS-400-18-LT
(GGG 40.3)
23 t
Pales
Matériau
Longueur totale
Poids de pale
Plastique renforcé à la fibre de verre
38,8 m
env. 8,6 t
3 Arbre principal
La chaîne d’entraînement est composée de l’arbre du rotor, du multiplicateur couplé à l’aide d’une
rondelle rétractable, d’un couplage élastique à cardans et du générateur.
Arbre principal
Matériau
Poids
Roulement
Carter du roulement
34 CrNiMo6
env. 11,3 t
roulement à rotule
Fonte à graphite sphéroïdal EN-GJS-400-18-LT
(GGG 40.3)
4 Multiplicateur
Le multiplicateur possède un multiplicateur planétaire à deux étages avec un étage à roue dentée
droite. Le refroidissement du multiplicateur est réalisé grâce à un circuit huile/air avec puissance de
refroidissement ou volume du flux d’huile étagé. Les roulements du multiplicateur et les engrenages
sont continuellement projetés d’huile refroidie.
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Multiplicateur
Type
Puissance nominale
Rapport de multiplication
Graissage
Quantité d’huile
Type d'huile
Vidange d’huile
Poids
multiplicateur planétaire à deux étages + étage
d’engrenage
2 690 kW
env. 1 : 68
Graissage forcé
360 l
VG 320
contrôle deux fois par an, vidange au besoin
env. 18,5 t
5 Génératrice
Pour la génératrice, il s’agit d’une machine asynchrone à double alimentation d’une puissance
nominale de 2 500 kW. La température de fonctionnement de la génératrice est maintenue à un
niveau optimal grâce à un circuit eau/glycol.
Génératrice
Type de protection
Puissance nominale
Tension nominale
Fréquence
Vitesse de rotation
Pôles
Poids
IP 54
2 500 kW
660 V
50 Hz
740…1 310 min-1
6
env. 12 t
6 Refroidissement et filtrage
La boîte de vitesse, la génératrice et le convertisseur de la N80 ont des systèmes de refroidissement
actifs indépendants les uns des autres. Tous les systèmes sont conçus de telle sorte que lors de
hautes températures extérieures, les températures de fonctionnement restent optimales. Le contrôle
de température de chaque roulement de boîte de vitesse, de l'huile de la boîte, des bobinages et des
roulements de la génératrice, et du liquide eau /glycol est partiellement redondant et permanent.
Refroidissement de la boîte de vitesse : La dissipation de chaleur de la boîte de vitesse s’effectue
par un circuit d’huile dans un échangeur de chaleur huile/air. Une unité de filtration à deux étages à
pompe transporte l'huile de la boîte de vitesse via deux filtres (un filtre de 100 µm et un filtre de
10 µm) dans le circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement est fermé par une soupape
thermique quand l’huile n’a pas encore atteint la température optimale de fonctionnement. Si la
température limite est dépassée l’huile est refroidie par deux échangeurs à plaques huile/air. Un
échangeur eau /air extérieur refroidit le liquide eau /glycol. Cet échangeur eau /air se trouve dans la
partie supérieure de la nacelle, il est réfroidi par le flux d'air qui traverse librement cette partie, mais
est additionnellement équippé des ventilateurs. L'huile fortement refroidie est envoyée aux éléments
subissant de fortes charges thermiques via un système de tuyaux situé dans la boîte de vitesse.
La fonction du filtre fin est d'éliminer des particules solides se trouvant dans l'huile. Une filtration bypass additionnelle (filtre fin 2 µm) peut être installée en option.
Refroidissement de la génératrice : La dissipation de chaleur de la génératrice s’effectue par un
refroidissement d’air interne. La chaleur de l’air de refroidissement est transmise à l’eau de
refroidissement par un refroidisseur eau/air.
Refroidissement du convertisseur : le convertisseur de la Nordex N80 est intégré dans l’armoire de
contrôle et se trouve sur la première plate-forme dans la tour. Il possède un système de refroidissement à eau externe. L'eau réchauffée dans le convertisseur est réfrigérée par un refroidisseur eau /air
refroidi qui est installé au-dessus de la porte d’entrée de la tour. L’air rechauffé est poussé à
l’extérieur par un ventilateur.
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Station de pompage
Convertisseur
Radiateur eau/air
7 Système de freinage
Le système de freinage aérodynamique est réalisé à l’aide de trois pales commandées
indépendamment et de manière redondante, celles-ci peuvent être complètement orientées
obliquement au sens de rotation. L’orientation des pales dispose d’un système de sécurité ; lorsque la
tension réseau est en panne, une alimentation de secours dans le moyeu est mise en circuit.
En plus du calage de chaque pale, la NORDEX N80 est équipée d'un frein mécanique qui lors d'un
arrêt d'urgence exerce un couple équivalent au couple nominal simple. Le frein assiste le freinage des
pales et immobilise le rotor. La puissance du frein est régulée de manière douce par plusieurs
programmes de freinage afin d'éviter des pointes de charge. Après immobilisation de l'installation, le
frein maintient le rotor avec un couple double du couple nominal.
Le frein mécanique travaille selon le principe « Fail-Safe », c’est-à-dire que la force de freinage est
générée par des jeux de ressorts en amont, qui sont aérés de manière hydraulique lors du
fonctionnement de l’installation.
Frein aérodynamique
Type
Activation
Orientation individuelle des pales
électrique
Frein mécanique
Type
Disposition
Diamètre du disque
Nombre de cylindres de frein
Matériau des plaques de freinage
Frein à disque
sur l’arbre rapide
1 000 mm
2
Métal fritté
8 Système Hydraulique
Le système hydraulique met la pression d’huile nécessaire à disposition pour les différents
composants en exploitation : Pour le frein azimutal, le frein du rotor l’arrêt du rotor et l’ouverture du
capot.
Système Hydraulique
Huile hydraulique
Quantité d’huile
Puissance nominale de la pompe hydraulique
Protection thermique
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VG 32
env. 45 l
1,1 kW
PT 100 intégrée
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9 Nacelle
La nacelle est constituée d’un cadre intérieur coulé et de la cabine. La cabine est fabriquée en
matériaux plastiques de haute qualité renforcés à la fibre de verre. Le toit de la nacelle possède une
ouverture hydraulique. Par la forme de la nacelle et la disposition du radiateur, le flux d’air naturel
ambiant est utilisé pour le refroidissement.
La nacelle est équippée d'une grue de service pour monter des outils et d'autres matériaux
nécessaires pour les travaux de service.
Nacelle
Type du cadre intérieur
Matériau
Type de la cabine
Matériau
Fabriquée par
Charge maximale
Construction coulée
Fonte à graphite sphéroïdal EN-GJS-400-18-LT
(GGG 40.3)
Construction en coque sur cadre soudé
Plastique renforcé à la fibre de verre/S235JR
Mechanik Taucha
250 kg
10 Orientation
L’orientation du vent est mesurée de manière continue à hauteur de moyeu par deux girouettes.
En cas de dépassement de l’écart autorisé, la nacelle est orientée de manière active. Cette orientation
a lieu via deux moto-réducteurs, qui déplacent une couronne de rotation sur roulement. Si la nacelle
n’est pas orientée, alors les freins d’arrêt sont enclenchés. Ces freins d’arrêt sont d’une part répartis
sur le pourtour, sur lequel se trouve la couronne de rotation, et d’autre part dans l’entraînement du
côté rapide de l’entraînement azimutal.
Roulement azimutal
Type
Matériau
Poids
Roulement à billes
42 CrMo4
env. 2,3 t
Entraînement azimutal
Moteur
Multiplicateur
Nombre d'entraînements
Graissage
Vitesse d’orientation
Moteurs asynchrones
Multiplicateur planétaire à 4 niveaux
2
Huile, ISO VG 620
env. 0,5 °/s
Frein azimutal
Type
Matériau des plaques de freinage
Nombre de cylindres de frein
Frein à disque hydraulique
organiques
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11 Tour et fondation
La NORDEX N80 est érigée sur un mât tubulaire en acier pour les hauteurs de moyeux différents.
Hauteur du moyeu
Classe
Nombre de segments de la tour
Poids avec objets installés
[t], env.
60 m
IEC 1A
DIBt 3
3
110
80 m (MT)
DIBt 3
4
180
80 m (MT)
IEC 1A
NVN 1A
4
200
L’échelle de montée et le rail de sécurité, les plates-formes de repos et de travail se trouvent à
l’intérieur du mât. Un monte-charge peut être livré en option.
La protection contre la corrosion de la tour en acier est garantie par un revêtement résine époxy de la
surface conforme à la norme ISO 12944.
La construction de la fondation pour la NORDEX N80 dépend des conditions du sol sur le site prévu.
Vous trouverez de plus amples informations dans le document Fondations.
Tour à tube acier
Matériau
Protection contre la corrosion
Fixation du pied de la tour
S355
Revêtement résine époxy
Brides et chevilles bétonnées dans la fondation
12 Commande et raccordement au réseau
La commande de la machine a lieu via une commande par programme enregistré (SPS), qui interroge
les enregistreurs de mesure de l’installation et de l’environnement et les analyse pour former les
paramètres de contrôle pour l’installation.
L'éolienne travaille avec deux instruments de mesure pour capter le vent. Un instrument est employé
pour la commande et le deuxième surveille le premier. En cas de panne d’un instrument de mesure,
l’autre contrôle l’installation éolienne.
Un écran de contrôle d’un ordinateur permet de surveiller et de contrôler toutes les données
d'exploitation et les fonctions telles que la mise en route, l'arrêt et l'orientation peuvent y être
commandées.
En outre, la NORDEX N80 est équipée d’une surveillance à distance. La transmission des données et
des signaux s’effectue par liaison RNIS et le logiciel "Internet Explorer".
Le couplage au réseau de la NORDEX N80 a lieu via un convertisseur IGBT selon le principe de la
machine asynchrone à double alimentation. La compensation de courant déwatté peut être définie
librement de manière inductive grâce à un sélection de paramètre avec le convertisseur IGBT dans
une fourchette de 0,9 inductif à 0,95 capacitif. Les courants de commutation lors du raccordement au
réseau peuvent être réalisés avec des facteurs d’un ordre de grandeur de 1 avec ce système.
La commande et les soupapes hydrauliques possèdent un tampon d’alimentation en courant sans
interruption d’au moins 10 minutes en cas de panne de secteur (alimentation de sauvegarde secteur).
Commande
Type
Commutation au réseau
Mise en route automatique :
- après panne de réseau
- après vent de coupure
Remote Field Controller/SPS, Nordex Control
Convertisseur IGBT
oui, par la télésurveillance
oui
13 Protection contre la foudre
Le plus grand soin a été apporté à la protection contre la foudre lors du développement de la
NORDEX N80. Une protection hautement fiable a été atteinte pour tous les composants. La protection
contre la foudre et les surtensions de toute l’installation correspond au concept de zones de protection
contre la foudre et est conforme aux normes IEC 61024 et DIN VDE 0185. Vous trouverez une
description détaillée dans le document Protection contre la foudre et les surtensions
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14 Gestion de l’installation
Une tâche principale de la gestion de l'installation (de l'ordinateur de contrôle) est de surveiller et
d’observer continuellement les paramètres de l’installation pendant le fonctionnement. Les paramètres
sont donnés par Nordex et sont adaptés à l'emplacement respectif. La raison est d’assurer le
fonctionnement automatique et sûr de l'installation dans toutes les situations.
L’installation reste dans l'état de repos (mode économique) à un calme, c’est-à-dire que seulement
l'ordinateur de contrôle est en marche et saisit les données du temps. Tous les autres systèmes sont
mis hors circuit et ne consomment pas d'électricité. La seule exception est le système de freinage
(pompe hydraulique). Le rotor bouge.
Si la vitesse du vent de démarrage est atteinte, l’installation change dans l'état « prêt à démarrer ».
Tous les systèmes sont maintenant contrôlés et la nacelle s'aligne second le vent. Si le vent devient
plus fort, le rotor commence à se tourner plus rapidement. Si un certain régime est atteint, la
génératrice est couplée au réseau et l’installation produit de l'électricité. Pendant le fonctionnement, la
nacelle suit la direction du vent. La nacelle peut se tourner plusieurs fois autour du propre axe. Si une
valeur limite est toutefois dépassée, l’installation se met hors circuit, se tourne en arrière et redémarre.
Lors du dépassement de la vitesse du vent d’arrêt, l’installation se met hors circuit, c’est-à-dire que les
pales de rotor sont tournées de 90° dans une position de drapeau. Le rotor freine.
Des sondes sont installées à tous les systèmes et à beaucoup de composants de l’installation et
annoncent l'état respectif au système de contrôle. Il y a des valeurs prescrites (paramètres de
fonctionnements) qui doivent être observées pour chaque point de contrôle. Si une valeur est
dépassée, le système de contrôle réagit d’une façon adéquate.
Lors du dépassement de certaines valeurs de température limites, on met en circuit par exemple
d’abord la pompe du circuit de refroidissement. Si la valeur prescrite est atteinte de nouveau, la
pompe se met hors circuit. Lors d'un dépassement d'une autre valeur limite plus élevée, un
avertissement est envoyé à la surveillance à distance. La surveillance à distance est occupée 24
heures sur 24 et décide au moyen de toutes les caractéristiques de régime actuelles ce qu'il faut faire.
Si la température redescend sous une certaine valeur limite, l'avertissement est écarté. Lors d'un
dépassement d'une troisième valeur limite encore plus élevée, l'appareil se met hors circuit
immédiatement. Cette troisième valeur limite est choisie ainsi qu'encore aucun dommage à l'appareil
ne naît. Six paramètres sont assignés ainsi à cette station de mesure, trois valeurs limites de
température élevées et trois valeurs limites de température faibles.
Lors du dépassement de certains paramètres qui concernent la sécurité de l'installation, l’installation
se met hors circuit immédiatement, p. ex. si la vitesse du vent d’arrêt est dépassée ou lors d’un
déclenchement de l’arrêt d’urgence. Il y a des cours de freinage différents pour des causes de
déconnexion différentes. Lors des causes extérieures comme une vitesse du vent élevée ou une
erreur de réseau, l'installation est freinée doucement. Lors des causes liées à la sécurité, un freinage
d'urgence est mis en oeuvre et le rotor est freiné plus rapidement.
Les sondes sont interrogées toutes les 40 millisecondes. De là, l'ordinateur de contrôle calcule les
valeurs moyennes de 3 secondes, de ces moyennes les moyennes de 30 secondes sont formées et
encore la moyenne de 10 minutes. Ces valeurs sont utilisées pour le règlement et le contrôle de
l’installation. Pour la vitesse du vent, on consulte la moyenne de 30 secondes, puisque sinon
l’installation se mettrait hors circuit trop fréquent ou trop tôt à cause de la turbulence du vent. Afin que
des brèves rafales fortes qui sont lissées dans une moyenne, ne provoquent pas de dommages, on
considère la moyenne de 3 secondes en plus. Ainsi, l'installation se met hors circuit, si la moyenne de
30 secondes dépasse 25 m/s ou la moyenne de 3 secondes dépasse 28 m/s. De cette façon, un arrêt
d'orage sûr est garanti.
Après chaque arrêt, il y a un certain temps de retard pour des raisons de sécurité, avant que
l'installation ne puisse redémarrer.
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15 Remarques supplémentaires
Les écarts par rapport aux conditions d’exploitation décrites peuvent avoir un effet négatif sur le Les
performances des éoliennes sont garanties dans la mesure ou les conditions d’installations sont
conformes aux spécifications NORDEX et aux recommandations de notre service technique.
En cas de givrage, il est nécessaire d’arrêter l’installation. Un système de détection de givrage peut
être installé en option.
Le transformateur est normalement installé dans une cabine séparée à côté de la tour. En option, il
peut être installé dans la tour.
En plus, Nordex propose un système de surveillance des vibrations (condition monitoring system) en
option.
En relation avec l'évolution constante de nos installations, nous nous réservons le droit de
modifications techniques sur nos installations sans avis préalable.
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