Intégrer des éoliennes et un BESS dans le système électrique d’un FPSO

Pour le système existant :

• Identifier des méthodes pour limiter les courants de court-circuit dus au fonctionnement en parallèle de plusieurs turbines à gaz.
• Prévenir les transitoires liés au démarrage de gros moteurs, qui provoquent des creux de tension et peuvent entraîner une mauvaise coordination des relais.
• Étudier la distorsion harmonique générée par les variateurs de fréquence et les longs câbles 13,8 kV.
• Analyser la réponse en fréquence lors de la perte soudaine d’un générateur.
• Répondre aux défis de protection liés aux variations du courant de court-circuit et à la réponse des dispositifs limiteurs de défaut.

Intégration des systèmes renouvelables :

• Déterminer l’intégration optimale des éoliennes et du BESS.
• Atteindre une part de 25 % d’énergie renouvelable.
• Limiter l’export excédentaire à ≤ 5 %.
• Étudier les variations du vent et de la charge.
• Prendre en compte les contraintes sur les générateurs à turbine à gaz, la réserve tournante et le dimensionnement optimal des batteries pour garantir la stabilité opérationnelle et la sécurité.
• Obtenir un retour sur investissement en moins de 10 ans.

Un FPSO existant utilise généralement une production 100 % conventionnelle assurée par des turbines à gaz, avec une demande de pointe de 70 MW alimentée par quatre générateurs à turbine à gaz de 25 MW. Les niveaux de tension du système sont de 13,8 kV pour les générateurs raccordés de forte capacité, de 4,16 kV pour les autres moteurs, et de 0,48 kV pour les niveaux de sous-distribution.

Traditionnellement, les systèmes électriques des FPSO rencontrent plusieurs défis, notamment l’énergisation des transformateurs, le démarrage des moteurs, la coordination des protections et les limitations des courants de court-circuit. L’énergisation des transformateurs et le démarrage des moteurs peuvent entraîner une très mauvaise tenue de tension, affectant également le reste du système. De plus, la coordination des protections entre plusieurs générateurs et charges est complexe et nécessite une conception rigoureuse afin d’assurer une détection et une isolation correctes des défauts.

Pour garantir la fiabilité opérationnelle, les systèmes électriques des FPSO sont généralement conçus selon une configuration N+1, avec une réserve tournante permettant de faire face aux variations soudaines de charge ou aux défaillances de générateurs.

L’intégration d’énergies renouvelables via des générateurs éoliens (WTG) peut réduire significativement l’empreinte carbone opérationnelle des FPSO. Cependant, l’ajout de WTG pour réduire les émissions de carbone accroît encore la complexité du système. La nature intermittente et variable de l’énergie éolienne affecte à la fois la qualité de l’énergie et le comportement dynamique du système, ce qui rend plus difficile le maintien de la stabilité, la gestion de la réserve tournante et la coordination efficace des protections.

Plusieurs scénarios d’évaluation énergétique des WTG dans le temps ont été identifiés, et la faisabilité technique du système proposé a été étudiée.

ETAP Power Simulator – Conception et analyse complètes des réseaux électriques, incluant :

• Jumeau numérique électrique unifié – Pour créer et analyser une représentation virtuelle du système électrique existant et des évolutions proposées
• Analyse de flux de charge
• Analyse de court-circuit
• Études d’accélération moteur
• Stabilité transitoire (co-simulation avec PSCAD)
• Tenue aux creux de tension
• Protection et coordination
• Énergisation des transformateurs

• Les analyses réalisées avec ETAP Power Simulator ont permis d’identifier des axes d’amélioration au sein du système existant.

• Les études ont validé la qualité de l’énergie ainsi que la conformité aux exigences de sécurité pour l’intégration des éoliennes (WTG) et des systèmes de stockage par batteries (BESS) dans le cadre d’une production d’énergie renouvelable intégrée.

• Elles ont également confirmé la faisabilité technique du système proposé afin qu’il puisse remplir sa mission de manière efficace et efficiente.

• La plateforme ETAP, de la conception à l’exploitation, permettra une transition fluide vers des études complémentaires, telles que les calculs de flux de charge dans le domaine temporel, ainsi que vers la mise en œuvre de solutions temps réel pour l’optimisation, notamment ETAP Time-Domain Load Flow, ETAP SCADA et ETAP Microgrid Controller.

Un système électrique prêt pour l’avenir des FPSO afin d’atteindre les objectifs de durabilité

• Une solution a été identifiée offrant une fiabilité et une sécurité accrues grâce à l’utilisation d’ETAP pour valider l’ensemble des conditions d’exploitation.

• La conception a atteint les objectifs de réduction des émissions de carbone avec jusqu’à 25 % d’intégration d’énergies renouvelables et moins de 5 % d’énergie perdue.

• Une capacité optimale de BESS a été déterminée afin de garantir la réserve tournante et le soutien de fréquence en cas de forte variabilité du vent.

• L’équipe d’ingénierie a accéléré le processus de conception grâce à l’utilisation du jumeau numérique ETAP pour une analyse complète du système électrique, en intégrant dans ETAP les données issues d’autres outils de simulation et d’analyse des équipements.

• La conception du projet pourra être optimisée davantage grâce à la plateforme unifiée ETAP Digital Twin, notamment via les fonctionnalités de flux de charge dans le domaine temporel, d’atténuation des harmoniques, ainsi qu’avec ETAP Real-Time et ETAP Microgrid Controller.