Les pales d’une éolienne sont les plus grandes structures monoblocs construites au monde, encore plus grandes que les ailes d’un avion. Elles supportent plus d’un milliard de cycles de charge au cours de leur durée de vie, il est donc essentiel de procéder à des inspections et à des entretiens réguliers pour maintenir les éoliennes en service. Sans oublier l’inspection et la réparation interne des pales des éoliennes.
Les réparations internes actuelles des pales éoliennes ont une capacité limitée à détecter les dommages structurels à un stade précoce, ce qui est crucial pour éviter des réparations extrêmement coûteuses ou des défaillances catastrophiques, et pour pouvoir les réparer afin de prolonger la durée de vie d’une pale. Avec les technologies de réparation actuelles, il est possible de nettoyer/poncer et de réparer les fissures situées sur 1/3 de la pale, par des techniciens qui accèdent à un espace confiné et à un environnement insalubre. Il n’est pas possible de réparer les fissures sur les 2/3 restants de la pale, et celles-ci peuvent s’étendre davantage et potentiellement entraîner une défaillance catastrophique. Si des fissures sont détectées avant une défaillance structurelle, la pale serait mise au rebut et remplacée.
De plus, les méthodes et technologies actuellement disponibles pour l’inspection interne et la réparation des pales nécessitent de longues périodes d’arrêt de l’éolienne, ce qui entraîne une perte économique pour l’entreprise exploitante. Il s’agit de travaux coûteux, qui impliquent d’exposer les opérateurs à des travaux en hauteur, dans des espaces confinés et dans des environnements insalubres.
Face à ce défi, WINDBOTIX a développé de nouvelles technologies et méthodes révolutionnaires pour l’inspection et la réparation des dommages structurels internes des pales, à l’aide de robots :
• NEMO, un nouveau concept de robots pour l’inspection interne des pales, pour la détection précoce des défauts structurels, avec des charges utiles modulaires configurables.
• CYRUS, une solution robotique révolutionnaire pour la réparation des dommages structurels internes des pales.
Le défi des travaux sur les pales. Réparation interne des pales éoliennes, inspection et maintenance.
L’installation d’éoliennes dans le monde a connu une forte croissance ces dernières années. Selon les statistiques publiées aujourd’hui par la WWEA, le marché mondial des éoliennes a atteint un nouveau record en 2021, avec une capacité totale installée de 97,5 gigawatts dans le monde, contre 92,7 gigawatts en 2020. La capacité totale de toutes les éoliennes dans le monde dépasse désormais 840 gigawatts, ce qui suffit à satisfaire plus de 7 % de la demande mondiale en énergie. Cela équivaut à un taux de croissance de 13 %, contre 14 % l’année précédente et 10 % en 2019.
Avec l’augmentation du nombre de turbines installées, les tâches d’inspection et de maintenance deviennent de plus en plus difficiles à réaliser. WINDBOTIX s’est concentré sur le problème spécifique de l’inspection et de la réparation interne des pales. Les techniques et procédures actuellement utilisées pour inspecter et réparer les pales en interne présentent des limites importantes. Nos systèmes ont été développés et validés pour identifier les dommages structurels à un stade précoce et accélérer le processus de réparation des défauts à l’intérieur de la structure dans des zones inaccessibles aux opérateurs.
Nécessité d’une inspection périodique des pales d’éoliennes
Les pales des éoliennes sont les plus grandes structures monoblocs jamais construites dans le monde, plus grandes même que les ailes d’un avion. Les parcs éoliens sont généralement situés dans des endroits reculés, où le vent souffle toute l’année. Les pales sont exposées à la foudre, à la grêle, à la pluie, à l’humidité et à d’autres forces, tout en supportant plus d’un milliard de cycles de charge au cours de leur durée de vie. Il est extrêmement difficile de les descendre au sol pour effectuer des travaux d’entretien et/ou d’inspection.
L’inspection et la maintenance régulières sont essentielles pour maintenir les éoliennes en service ; cependant, les méthodes d’inspection actuelles ne permettent pas de détecter à temps les dommages structurels. Il est essentiel d’identifier les dommages dus à la fatigue ou les petites fissures avant qu’ils ne soient visibles afin d’éviter des réparations extrêmement coûteuses ou des pannes catastrophiques, mais aussi de prolonger la durée de vie d’une pale. Les pales des éoliennes peuvent présenter différents dommages externes, tels que des fissures et/ou un délaminage, qui peuvent être détectés « facilement » à l’aide de différentes méthodes et technologies, comme le montre la figure suivante.
Comment inspecter et réparer l’intérieur des pales d’une éolienne
Les problèmes au sein de la poutre structurelle constituent un autre problème, car ils peuvent entraîner des défaillances critiques, mais sont difficiles à détecter en raison de leurs petites dimensions, des espaces confinés, etc., qui rendent souvent l’accès impossible. Les nouvelles solutions développées par WINDBOTIX se concentrent sur l’inspection et la réparation des dommages structurels internes, qui sont actuellement extrêmement difficiles à détecter et à réparer, comme le montrent les figures suivantes.
Vous trouverez ci-dessous des exemples concrets d’inspection à l’aide d’un robot NEMO à l’intérieur de la poutre, détectant des fissures structurelles à différents endroits, à Z13 m, Z17 m et Z24 m, voir la figure suivante.
Ce type de fissures doit être réparé dès que possible afin de ne pas compromettre le fonctionnement de la machine. La procédure habituelle consiste à éliminer les couches par désinfection par ponçage/meulage, à remplacer les couches par laminage manuel et compactage sous vide, et à durcir le laminage à l’aide de couvertures chauffantes. Voir l’exemple dans la figure suivante.
Plusieurs cas réels d’inspections et de réparations ont été analysés, dans lesquels l’utilisation d’un robot de réparation permettrait d’éviter de mettre au rebut la pale, tout en évitant d’exposer les techniciens à des environnements nocifs. Avec les technologies de réparation conventionnelles, il n’est possible de nettoyer et de réparer que des fissures jusqu’à Z15 m (voir l’exemple de la pale de 44 m dans la figure 8), en faisant appel à un opérateur travaillant dans un espace confiné et un environnement nocif.
Si les fissures du Z15 ne peuvent être réparées, elles risquent de s’étendre davantage et d’entraîner une défaillance catastrophique. Si elles sont détectées avant qu’une défaillance structurelle ne se produise, la pale sera mise au rebut et remplacée.
Avec les méthodes et technologies actuellement disponibles, les réparations internes des pales nécessitent généralement de longues périodes d’arrêt de l’éolienne, ce qui entraîne des pertes économiques pour l’entreprise exploitante. Il s’agit de travaux coûteux, qui obligent les opérateurs à travailler en hauteur et dans des espaces confinés.
Utiliser la robotique pour changer la donne
Les technologies conçues par ANSI et développées par WINDBOTIX représentent un changement majeur dans le domaine de la réparation interne des pales éoliennes. Notre robot NEMO permet d’inspecter et de détecter à un stade précoce les fissures internes et les dommages structurels le long de la poutre structurelle, tandis que notre robot CYRUS permet de réparer en interne les pales dans leurs zones critiques, évitant ainsi aux opérateurs d’avoir à accéder à des espaces confinés et à des environnements nocifs pour travailler. Grâce à ces technologies robotiques, nous pouvons appliquer des méthodes de réparation répétitives et fiables, capables de fonctionner dans des espaces très réduits, d’effectuer des processus de fraisage, de poser des patchs et de réaliser des processus de durcissement dans des conditions contrôlées.
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