Une production d'énergie durable et efficace

Sans énergie, rien ne marche. Il est donc essentiel de puiser notre énergie à partir de sources durables et d'assurer une exploitation aussi efficace que possible de cette énergie. Grâce à des concepts de régulation basés sur des modèles, les centrales biomasse de petite ou moyenne taille peuvent être exploitées au maximum de leurs capacités.

L'énergie est un de nos biens les plus précieux, et les derniers mois ont montré à quel point elle a un impact sur notre vie quotidienne. La quête de solutions pour contrecarrer la montée en flèche des coûts énergétiques et réduire la dépendance aux énergies fossiles focalisent l'attention sur les énergies renouvelables. Ces énergies durables protègent notre environnement et sont aisément disponibles dans le monde entier.

Outre les trois grandes sources d'énergie que sont le vent, l'eau et le soleil, la combustion de la biomasse est également une alternative écologique pour la production d'énergie. Les exploitants de centrales biomasse ont deux grands objectifs : accroître l'efficacité énergétique et réduire les émissions. Pour atteindre ces deux objectifs, le processus de combustion doit être parfaite adéquation avec les matières utilisées.

C'est précisément là qu'intervient Seamtec, une société autrichienne spécialisée dans les techniques de régulation innovantes. "Nous accompagnons les exploitants de centrales de chauffage urbain dans l'optimisation de leurs systèmes et dans l'amélioration de leur efficacité énergétique", explique Peter Reiter, fondateur et CEO de Seamtec. "Nous le faisons en suivant une approche globale qui intègre l'ensemble des installations électriques et de contrôle, la chaudière, et la régulation des processus de combustion et d'alimentation réseau. Et nous intégrons aussi les systèmes des consommateurs dans le réseau électrique via une technologie de télégestion maison.

Dans les petites centrales biomasse, la régulation de température et de pression s'effectue toujours avec des régulateurs PID et avec des réglages qui reposent sur des suppositions. "Les boucles de régulation ainsi obtenues sont généralement stables, mais pas optimales", explique P. Reiter. "Le processus de combustion dépend de nombreuses variables interdépendantes. Et un régulateur PID ne peut tout simplement pas refléter cette complexité".

Dans sa quête de solutions nouvelles pour accroître l'efficacité des petites et moyennes centrales biomasse, Seamtec s'est donc penché sur le cas des centrales de plus grande dimension. "Là, les techniques de régulation basées sur des modèles sont déjà utilisées avec beaucoup de succès", indique P. Reiter.

Dans un système multivarié comme celui que constitue une centrale à combustion, les résultats obtenus avec des régulateurs PID sont plutôt médiocres. "Les valeurs réelles fluctuent fortement et s'écartent toujours nettement des valeurs de consigne", explique P. Reiter. "Ceci implique un réglage très conservateur des valeurs de consigne". Avec une régulation basée sur un modèle, l'écart entre consigne et valeur réelle est très faible. "L'utilisateur peut alors régler les valeurs cibles au plus près des limites du système et rendre ses processus bien plus efficaces", explique P. Reiter.

Les systèmes de régulation basés sur des modèles sont nettement plus difficiles à mettre en œuvre pour une centrale que les solutions avec régulateurs PID. Jusqu'à présent, l'investissement consenti pour leur développement n'était pas assez rentable pour de petites installations. "Notre objectif était de trouver un moyen de rentabiliser la mise en œuvre de ce type de régulation pour des exploitations allant de quelques centaines de kilowatts à quelques mégawatts", précise P. Reiter.

Pour concrétiser cette idée, Seamtec a opté pour une coopération avec B&R. "Grâce à notre coopération étroite avec B&R depuis 2009, nous avions déjà de nombreux succès à notre actif. Lorsque nous les avons approchés pour ce projet, il est vite apparu que l'outil MATLAB/Simulink intégré à leur environnement de développement répondrait exactement à notre besoin", explique P. Reiter, "et nous avons tout de suite compris que B&R serait aussi notre partenaire privilégié pour ce projet".

Les développeurs des deux sociétés ont élaboré ensemble le concept de régulation pour Seamtec en utilisant un système de test. "Le chemin pour arriver à la conception finale n'a pas toujours été une ligne droite, mais avec le soutien de B&R, nous avons pu lever tous les obstacles rencontrés en cours de route. Malgré la taille relativement modeste de notre entreprise, nous avons bénéficié d'une assistance qui nous a toujours permis de trouver rapidement une solution", déclare P. Reiter.

La solution de régulation avec MATLAB/Simulink se compose de modules pour chacun des processus impliqués dans la centrale biomasse. Les développeurs de Seamtec se penchent d'abord sur le comportement d'un processus puis le représentent de manière aussi réaliste que possible dans Simulink. Ceci leur permet de concevoir un algorithme de régulation qui est adapté à l'installation et qui peut être testé et ajusté dans une simulation.

Le système de contrôle modulaire de Seamtec est basé sur du matériel et du logiciel de B&R. L'outil d'ingénierie Automation Studio de B&R comprend B&R Simulink Target, une interface intégrée permettant d'importer l'algorithme de régulation en seulement quelques clics.

Un des principaux avantages de la régulation basée sur des modèles est que tous les tests peuvent être effectués dans une simulation. Les erreurs sont ainsi détectées à un stade précoce et résolues plus facilement. Il n'est plus nécessaire d'effectuer des tests sur le système réel et de risquer d'endommager des équipements coûteux. La même approche peut être utilisée pour régler tous les paramètres du processus. La génération automatique de code réduit considérablement l'effort de programmation.

En réalisant plusieurs projets avec succès dont un, notamment, pour une centrale de chauffage urbain avec trois pompes parallèles, Sematec démontre le potentiel de la régulation basée sur des modèles pour les petites centrales de chauffage : "Nous avons mis en œuvre une stratégie d'interconnexion qui consiste à activer une, deux ou trois pompes en fonction du point de fonctionnement optimal", explique P. Reiter. "Ceci nous a permis de maximiser l'efficacité de cette catégorie d'installation tout en minimisant les pertes d'énergie."

Selon Seamtec, les systèmes de régulation basés sur des modèles peuvent être aussi bénéfiques pour d'autres méthodes de production d'énergie durable. "Nous avons reçu un certain nombre de demandes intéressantes de la part du secteur de l'hydroélectricité", note P. Reiter. "Les techniques de régulation basées sur des modèles ont aussi toute leur place dans ce domaine".

Le sujet de la durabilité et des solutions pour une utilisation plus respectueuse des ressources sont des priorités absolues pour Seamtec depuis 2009, date de création de l'entreprise. "La terre, la nature, la région, les gens - ces choses nous tiennent à cœur. L'amélioration du bien-être par la durabilité requièrent de l'intelligence et du savoir-faire. Ce sont ces valeurs qui motivent notre quête de solutions d'optimisation pour les centrales de production d'énergie durable", déclare P. Reiter.

Auteure : Carola Schwankner, Corporate Communications Editor, B&R