Dans le cahier des charges de conception du système d'alimentation et de distribution électrique d'un groupe électrogène diesel, une alimentation de secours doit être prévue pour les charges critiques ; il s'agit d'une exigence de configuration obligatoire. De plus, compte tenu de facteurs économiques, politiques et autres, une alimentation de secours est mise en place afin de prévenir les pertes de données dues à une coupure de courant ou les répercussions négatives sur l'image politique. C'est pourquoi les groupes électrogènes diesel sont utilisés dans de nombreux projets comme source d'alimentation de secours. On trouvera ci-après une brève introduction aux aspects liés à la conception des groupes électrogènes diesel.
1. Conception mécanique avancée
La conception mécanique d'un groupe électrogène diesel utilise la CAO (conception assistée par ordinateur), la FAO (ingénierie assistée par ordinateur) et d'autres techniques avancées. Associées à des méthodes expérimentales de pointe, ces techniques permettent d'élaborer un schéma d'étalonnage précis. À partir des détails de conception, les composants mécaniques du groupe électrogène sont optimisés en continu afin d'améliorer sa stabilité.
2. Choix de la capacité du groupe électrogène diesel
Généralement, lors de la phase de conception préliminaire, il est impossible de connaître la charge électrique précise. À ce stade, la capacité du groupe électrogène diesel est estimée à 10 % de la capacité totale du transformateur de distribution, tandis que les spécifications techniques prévoient 20 %. Lors de la conception des plans d'exécution, pour déterminer la capacité requise du groupe électrogène diesel, il est impératif de définir au préalable le type de charge et l'utilisation prévue : charge de secours uniquement ou charge normale en cas de coupure de courant. La charge de secours désigne la charge du groupe électrogène de secours nécessaire au projet, afin de garantir la protection incendie et l'alimentation électrique. Après une analyse comparative des avantages et des inconvénients, la charge d'alimentation est déterminée de manière optimale, en tenant compte de la fiabilité de l'alimentation, des coûts et d'autres facteurs. La capacité du groupe électrogène ne peut être déterminée qu'une fois la charge d'alimentation du projet définie.
3. Conception du système d'alimentation et de distribution électrique du groupe électrogène
Selon le nombre de groupes électrogènes diesel, la nature de la charge, leur fonction et les exigences en matière d'alimentation électrique, il existe de nombreux types de systèmes d'alimentation utilisant des groupes électrogènes diesel comme source d'alimentation de secours. Actuellement, les systèmes d'alimentation électrique typiques couramment utilisés en pratique comprennent : l'alimentation directe de la charge par le groupe électrogène ; l'alimentation de la charge par plusieurs groupes électrogènes en parallèle ; l'utilisation d'un seul groupe électrogène comme source d'alimentation de secours et comme source d'alimentation du réseau électrique ; l'alimentation de la charge par plusieurs groupes électrogènes et plusieurs inverseurs de source ; l'utilisation d'un groupe électrogène simple comme source d'alimentation commune pour la distribution d'énergie moyenne et haute tension ; les systèmes moyenne et haute tension avec plusieurs groupes électrogènes et une alimentation du réseau électrique par barres omnibus ou charge en parallèle ; l'utilisation d'un groupe électrogène basse tension avec un transformateur élévateur pour alimenter un réseau de distribution basse ou moyenne tension. Le mode d'alimentation doit être déterminé en fonction de l'état du réseau électrique local et de la consommation réelle de la charge. Le mode d'alimentation spécifique doit être déterminé en fonction de l'alimentation et de la consommation du réseau électrique local. Parmi ces systèmes, on trouve des groupes électrogènes uniques servant respectivement de source d'alimentation de secours et d'alimentation principale. Plusieurs groupes électrogènes et plusieurs inverseurs de source sont couramment utilisés dans de nombreux projets de réseaux de distribution et d'alimentation basse tension. Lorsque la puissance du groupe électrogène diesel est importante, généralement d'au moins 8 kW, il est recommandé d'installer deux groupes de même puissance. Ils peuvent ainsi alimenter séparément une partie de la charge ou l'ensemble des charges simultanément. Deux groupes électrogènes peuvent également être configurés pour une alimentation de secours mutuelle. En cas de panne ou de maintenance de l'un, l'autre peut prendre le relais et alimenter les charges prioritaires. Il est généralement interdit de faire fonctionner des groupes électrogènes diesel en parallèle avec le réseau électrique. En effet, une panne du groupe électrogène alimenté au bois peut perturber le réseau et étendre la zone d'impact de la panne. C'est pourquoi les groupes électrogènes alimentés au bois et ceux alimentés par le réseau sont souvent interconnectés afin d'éviter leur fonctionnement simultané.
Le mode de démarrage et les exigences du groupe électrogène diesel doivent être déterminés en fonction de la nature de la charge et du schéma d'alimentation électrique. L'armoire de commande est généralement fournie par le fabricant. Le démarrage du groupe électrogène diesel nécessitant une alimentation électrique de réseau, le chargeur, la batterie et les autres équipements de démarrage doivent être raccordés au réseau. Le local du groupe électrogène doit également être équipé d'une alimentation électrique de réseau. En cas d'utilisation du groupe électrogène comme système de secours, si l'alimentation principale est coupée, le système de commande de conversion du groupe électrogène diesel vers le réseau envoie un signal pour démarrer le groupe électrogène. Dès le rétablissement du réseau, le système de commande arrête le groupe électrogène et rétablit l'alimentation principale. Le système de commande de conversion des groupes électrogènes fonctionnant sur réseau ou sur bois de chauffage utilise un automate programmable (PLC) ou une unité de commande intégrée, qui intègre généralement des protections contre les surcharges et les courts-circuits. En cas de capacité insuffisante du groupe électrogène, la charge secondaire peut être déchargée. Dès le retour du réseau, la charge déchargée peut être rétablie.
4. Choix de l'emplacement de la salle des groupes électrogènes diesel
Le local du groupe électrogène diesel est généralement installé à proximité du point de consommation électrique afin d'éviter une augmentation des investissements en câblage due à des lignes trop longues et de garantir la qualité de la tension d'alimentation. Le choix de son emplacement doit également prendre en compte de nombreux facteurs liés au fonctionnement du groupe électrogène. Il s'agit notamment d'assurer un environnement de travail optimal, incluant la ventilation, l'évacuation des fumées et des gaz d'échappement. Dans le cas présent, nous nous concentrerons sur la combustion du diesel, car la plupart des projets actuels utilisent ce carburant. L'approvisionnement et le stockage du carburant sont également des facteurs importants à considérer lors de l'aménagement du local. Le fonctionnement du groupe électrogène diesel génère une quantité importante de fumées, de gaz et de chaleur, ce qui nuit non seulement à son bon fonctionnement, mais contribue également à la pollution environnementale du site. Par conséquent, lors du choix de l'emplacement du local du groupe électrogène, il est essentiel d'éloigner les fumées, les gaz et la chaleur des zones intérieures et des entrées/sorties du personnel afin de favoriser une bonne ventilation et une dissipation thermique efficace. En revanche, le groupe électrogène diesel génère des vibrations et du bruit en fonctionnement. Le choix de l'emplacement du local technique doit donc tenir compte de l'impact environnemental de ces vibrations et de ce bruit, et des mesures appropriées doivent être prises pour les réduire. Compte tenu de ces facteurs, si les conditions générales le permettent, le local des machines peut être situé à l'extérieur, à proximité du chantier et à l'écart des entrées, des sorties et des zones de passage. Lorsque les conditions ne le permettent pas, de nombreux chantiers sont également installés en sous-sol. Grâce à des mesures de ventilation, d'extraction des fumées, de réduction des vibrations et du bruit, le fonctionnement reste optimal et la rentabilité est au rendez-vous.
5. Conception optimisée de la base de production d'énergie diesel
Le socle d'un groupe électrogène diesel est un composant essentiel. Sa conception et la précision de son usinage influent directement sur ses performances, ses vibrations, son niveau sonore, sa fiabilité et sa durée de vie. La qualité d'usinage du socle garantit la coaxialité entre le moteur et l'alternateur. Cependant, l'influence de la déformation du socle sur cette coaxialité lors du fonctionnement et du levage du groupe doit être prise en compte dès la conception. Tout en garantissant la qualité des matériaux du socle, un modèle de calcul de contrôle a été établi à partir de données expérimentales. La distribution des contraintes dans les parties clés du socle a été analysée sous différentes conditions, en faisant varier les seuils de contrainte. Grâce à une simulation par éléments finis, la structure du socle a été optimisée, chaque amélioration contribuant à sa solidité et à sa fiabilité. L'optimisation du socle passe également par la conception d'un système de réduction des vibrations. La réduction des vibrations de l'unité influe sur le bruit à l'intérieur et à l'extérieur de la salle des machines : ses performances en matière de réduction des vibrations sont directement liées à la charge dynamique de sa fondation et à l'intensité vibratoire de ses composants. L'unité présente une excellente capacité de réduction des vibrations, ce qui contribue à la réduction du bruit et prolonge sa durée de vie.
Date de publication : 30 novembre 2022