Faire correspondre les conceptions de pompes à eau d'alimentation avec les progrès des centrales électriques au gaz

Jul 14, 2023

Pompe d'alimentation sans isolation. (Source de l'image : Sulzer Ltd.)

Les fabricants de turbines à gaz ont développé des unités plus grandes et plus efficaces, qui doivent être soutenues par des pompes à eau d'alimentation (FWP) avancées pour assurer une fiabilité à long terme ainsi qu'une rentabilité.

Patrick Welz – Head of Tendering EMEA pour Sulzer, examine comment les opérateurs et les fabricants peuvent travailler ensemble pour optimiser les performances et la fiabilité.

Au cours des 20 dernières années, une quantité croissante d'énergie a été fournie par les installations éoliennes et solaires. Ces sources renouvelables produisent de l'électricité par intermittence, ce qui signifie que les installations plus traditionnelles, telles que les centrales électriques à cycle combiné, doivent désormais avoir la capacité de compenser la production restante pour répondre à la demande.

Dans le même temps, la taille des turbines à gaz a également augmenté avec l'avènement de la classe H, qui peut être installée dans des centrales à cycle combiné pour délivrer jusqu'à 1'600 MW. La conception et la construction de ces installations est une entreprise majeure, qui nécessite une expertise considérable en matière de planification et d'ingénierie pour garantir un projet rentable et fiable.

Répondre à la demande Les turbines à gaz de classe H ont été développées par les quatre principaux fabricants de ces équipements pour répondre à la croissance attendue de la demande mondiale. Ceci a été combiné avec la plus grande capacité de production à partir de sources renouvelables, pour fournir un réseau de distribution plus robuste. En outre, la technologie existante des petites centrales à cycle combiné continue d'être installée.

En conséquence, de nombreuses turbines à gaz ne fonctionnent plus en continu, elles sont mises en service au fur et à mesure de la demande. Cela peut signifier plusieurs cycles d'arrêt-démarrage chaque jour, ce qui peut introduire de nouveaux défis pour tous les équipements de la centrale électrique.

Au cours de la phase de conception initiale de la turbine de classe H, les fabricants ont réalisé que l'ampleur de la production ainsi que la demande variable nécessiteraient des modifications de conception dans certains des autres équipements. Ils en ont profité pour travailler avec des fabricants de pompes comme Sulzer sur le développement de pompes optimisées en parallèle avec les travaux sur les turbines. Ainsi, lorsque la nouvelle turbine de classe H était prête à être lancée, il y avait également une suite complète de pompes et d'autres équipements qui correspondaient aux exigences de performance et pouvaient être installés comme une solution complète de production d'énergie.

Étude de cas : fonctionnement flexible et efficace En termes de taille, les pompes d'eau d'alimentation sont en tête du champ et sont spécifiées pour correspondre à la configuration de la centrale électrique. Dans une solution 1 contre 1, où une turbine à gaz est exploitée avec une turbine à vapeur, il y aurait généralement deux FWP dans un arrangement service/veille. Dans un arrangement 2 contre 1, il y aurait trois FWP avec deux d'entre eux fonctionnant dans des conditions normales et un en veille.

L'une des installations les plus récentes impliquant une turbine à gaz de classe H se trouvait à Keadby 2, au Royaume-Uni, où la centrale électrique de 840 MW est l'une des plus efficaces au monde. Pour atteindre ses niveaux de performance de pointe, la centrale utilise une multitude de technologies de pointe, et la société énergétique britannique SSE Thermal s'est associée à de grands fournisseurs de technologie du monde entier pour concevoir et construire la centrale électrique.

Pendant que Siemens Energy concevait la nouvelle turbine à gaz qui devait être utilisée dans l'installation, Sulzer améliorait sa gamme de produits pour répondre aux exigences de performance accrues de cet équipement. En fait, grâce à une coopération étroite avec les principaux fabricants de turbines à gaz, Sulzer a conçu la première pompe à eau d'alimentation MD de sa catégorie, qui a été installée à Keadby 2, pour s'adapter aux conditions de fonctionnement variables et améliorer l'efficacité globale.

La centrale électrique utilise une solution 1 sur 1 et la configuration de la pompe d'eau d'alimentation de Sulzer a été sélectionnée comme étant la mieux adaptée à l'application. L'un des points forts de la conception est le système d'équilibrage de poussée hydraulique, qui comprend un tambour d'équilibrage et un palier de butée qui ont été développés pour une longue durée de vie dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Les roulements ainsi que le système de lubrification sont également optimisés pour cette application et le système complet n'est pas affecté par les variations rapides de température associées aux fréquentes opérations de démarrage et d'arrêt.

Construire pour l'avenir Le processus de conception et de construction de nouvelles centrales à cycle combiné est long et complexe ; Les contrats d'ingénierie, d'approvisionnement et de construction (EPC) couvrent les principaux aspects de la conception dans le but de livrer le projet dans les limites d'un budget. En ce qui concerne les nombreuses pompes impliquées, l'EPC s'assurera que le nouvel équipement répondra aux spécifications du projet.

Très souvent, dans des projets de cette envergure, plusieurs EPC seront impliqués, chacun étant responsable d'une certaine partie du projet. Cependant, cela peut signifier que les responsables des pompes d'eau d'alimentation n'ont aucune interaction avec l'équipe travaillant sur d'autres actifs. En éliminant cette barrière, un fabricant de pompes expert, tel que Sulzer, peut offrir une solution plus rationalisée, comprenant d'autres services de pompe principaux comme l'extraction de condensat et les pompes d'eau de refroidissement ainsi que d'autres pompes auxiliaires, avec des économies d'approvisionnement et de logistique pour le projet.

De plus, les performances à long terme des pompes et leurs coûts globaux de cycle de vie (LCC) sont souvent peu pris en compte. Pour l'exploitant, une fiabilité éprouvée avec les faibles coûts de maintenance associés et une efficacité optimale sont des facteurs clés pour la rentabilité de l'installation.

Performances optimisées En plus de soutenir les chiffres d'efficacité les plus élevés au monde, les pompes MD contribuent également à l'objectif de maintenance minimale. Les exploitants de Keadby 2, par exemple, se sont engagés dans un contrat de service à long terme de 15 ans, le premier du genre pour une turbine à gaz de classe HL en Europe. Les caractéristiques de conception des pompes Sulzer offrent une disponibilité à la pointe de l'industrie avec une construction robuste et des exigences de maintenance très faibles.

Pour l'exploitant de la centrale, la performance et la fiabilité sont très importantes, et cela s'applique à tous les actifs du site. La sélection d'un fabricant capable de fournir une gamme de produits répondant aux spécifications et aux exigences de qualité du projet peut présenter des avantages significatifs en simplifiant la maintenance de routine et les pièces de rechange.

De plus, lorsque les principaux fournisseurs ont collaboré à la conception de leurs produits, leur compatibilité est assurée et l'intégration avec l'usine plus large est simplifiée. Pour la dernière génération de turbines à gaz, les opérateurs peuvent être assurés que l'infrastructure de pompe de support a été optimisée et entièrement testée pour cette application.

Approche coordonnée En travaillant plus étroitement avec un fabricant qui possède l'expertise en conception pour fournir des solutions de pompage complètes, des avantages significatifs peuvent être obtenus. Impliquer le fabricant de la pompe dans la conception de l'infrastructure autour des actifs de la pompe, par exemple, peut garantir une meilleure performance de la pompe tout en minimisant l'empreinte et le coût de la structure.

Chaque centrale électrique au gaz, quelle que soit la taille de la turbine, peut bénéficier de l'expertise de conception disponible auprès d'un fabricant de pompes expérimenté dans le secteur de la production d'électricité. En travaillant plus étroitement ensemble, les EPC peuvent atteindre les objectifs de performance et de budget tandis que les opérateurs peuvent prendre livraison d'un système optimisé qui offre une fiabilité et une efficacité à long terme.

Source : Sulzer Ltd.