Secteur : Services publics/Génération d’énergie Modernisation de la centrale électrique Big Bend de Tampa, en Floride grâce à une technologie innovante et à une collaboration efficace
Produit : OpenBuildings, ContextCapture, Descartes, LumenRT, MicroStation, Navigator, Pointools, ProStructures, STAAD
Utilisateur : Sargent & Lundy
Pays : États-Unis

Utilisation de jumeaux numériques pour la préparation de plans de sécurité pour les barrages de Copel
Produit : OpenBuildings, ContextCapture, Descartes, iModel.js, LumenRT, MicroStation, OpenBuildings, OpenRoads
Utilisateur : Companhia Paranaense de Energia (Copel)
Pays : Brésil

21 octobre, 2019

Les jumeaux numériques aident les compagnies électriques à améliorer la précision de la conception, à économiser sur les coûts de projet et à se conformer aux réglementations

Les services publics adoptent de plus en plus les workflows de jumeaux numériques pour améliorer la collaboration interdisciplinaire dans la réalisation de projet, pour rationaliser les travaux de maintenance et d’inspection et pour répondre aux exigences des rapports de conformité. Parmi les nominés du Year in Infrastructure 2019 figurent deux compagnies électriques qui utilisent les jumeaux numériques : Sargent & Lundy dans la centrale électrique Big Bend de 853 millions de dollars (774 millions d’euros) à Tampa, en Floride, et Companhia Paranaense de Energia (Copel) pour ses plans de sécurité des barrages Copel au Brésil.

En 2018, Tampa Electric Company (TEC), une société d’Emera qui fournit de l’énergie à plus de 750 000 clients dans le centre ouest de la Floride, a lancé un projet de modernisation de sa centrale électrique Big Bend pour passer d’un site fonctionnant au charbon à un site à cycle combiné fonctionnant au gaz. La centrale électrique Big Bend, sur un site de plus de 600 hectares, comprend quatre unités alimentées au charbon et offre une puissance combinée de plus de 1 700 mégawatts. Les quatre unités de production ont été ajoutées progressivement en l’espace de 15 ans et une unité de pointe de gaz naturel a été installée en 2009 pour fournir une puissance supplémentaire pendant les pointes de consommation.

Pour continuer à fournir une énergie sûre, fiable et rentable tout en répondant à la demande croissante, TEC a lancé ce projet de modernisation afin d’éliminer la consommation de charbon pour la production d’électricité, et a également cherché à réduire la consommation d’eau pour le processus de génération, à produire moins d’eaux usées, à éliminer les déchets solides et à réduire les émissions atmosphériques.  Le projet inclut le renouvellement de l’unité 1 en un site de production à cycle combiné avec deux générateurs à turbine à combustion (TAC), deux générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG) et des modifications importantes pour renouveler le générateur à turbine à vapeur (TAV) existant de l’unité 1. Le projet inclut également les installations de transmission et d’interconnexion associées et l’infrastructure du gaz naturel. 

Sargent & Lundy a tiré parti de la fonctionnalité de modélisation complète de MicroStation afin de mettre à jour en continu le jumeau numérique, qui a été créé à partir de modèles de conception multidisciplinaires et de plus de 2 000 fichiers. MicroStation a également été utilisé pour intégrer des données de nuage de points issues de lectures laser d’actifs physiques qui ont ensuite été améliorées avec des composants d’ingénierie et des conceptions d’origine.

Ce contexte numérique a été exploité pour concevoir l’usine avec OpenBuildings. Quant aux applications de simulation ouvertes de Bentley, notamment STAAD et ProStructures, elles ont été utilisées pour optimiser l’intégration d’acier auxiliaire pour support de tuyau et pour réduire les soudures sur site sur l’acier galvanisé. Ce sont ainsi plus de 500 000 dollars (454 000 euros) qui ont pu être économisés sur le projet. Les conceptions ont également été animées pour être visualisées à l’aide de LumenRT.

L’utilisation d’un jumeau numérique a contribué à améliorer la collaboration et à se concentrer davantage sur la mise en œuvre des meilleures pratiques afin de garantir une livraison dans les temps. Grâce au jumeau numérique utilisé pour les workflows de visualisation et de révision des conceptions, l’équipe a pu obtenir un feedback immédiat des parties prenantes internes et externes, obtenir une réduction estimée de 40 % du temps de réponse et améliorer la constructibilité, la sécurité du site et la planification à long terme de la maintenance. Ces révisions de modèles collaboratives ont réduit les quantités de mises en plan, ce qui représente une économie d’environ 200 heures de ressources. En outre, l’exploitation du contexte numérique a contribué à améliorer la précision de la conception de 20 % et à réduire de moitié les visites sur site.

“L’innovation avec les jumeaux numériques est une révolution grâce à laquelle nos concepteurs ont pu aligner toutes les données techniques pour les rassembler en un seul modèle source de vérité. Ils ont ainsi pu réaliser leur conception en fonction de conditions existantes et voir immédiatement l’impact des modifications appliquées”, explique Edward Hanko, responsable de la conception, Sargent & Lundy. “Cette capacité s’est avérée inestimable, car elle a permis à nos ingénieurs de résoudre efficacement les problèmes et d’être plus sûrs de l’impact de leurs conceptions.”

Une nouvelle loi au Brésil exige de Copel la mise en œuvre de nouveaux critères de sécurité pour les barrages qu’il exploite. Copel exploite 30 de ses propres centrales et a des intérêts dans 11 autres, dont 24 centrales hydroélectriques, deux centrales thermoélectriques et 15 centrales éoliennes, pour une capacité installée combinée de 5 675 mégawatts. Copel dispose également de 4 647 kilomètres de lignes de transmission et de 45 sous-stations pour desservir plus de 4,6 millions de clients de distribution et fournit 33 495 kilomètres de fibre optique et des services pour répondre aux besoins de 178 000 consommateurs de télécommunications. Depuis de nombreuses années, Copel a été le pionnier des études d’impact environnemental et des rapports de construction sur les centrales hydroélectriques et s’est engagé envers le développement durable.

La nouvelle législation fédérale, entrée en vigueur en 2010, a établi un nouveau plan national de sécurité des barrages, la Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB), applicable aux barrages destinés au stockage de l’eau pour tous les usages, y compris la production d’énergie. La PNSB exige la création d’un ensemble de documents pour chaque barrage afin d’aider les responsables à déterminer la sécurité de la structure. La documentation contient des données techniques issues de la construction, des opérations et de la maintenance, et sert d’outil pour la planification et la gestion de la sécurité.

Jusqu’en 2018, Copel n’avait en sa possession qu’une partie représentative des données techniques des barrages les plus anciens, et la plupart étaient des dessins dessinés à la main, créés à l’époque de la construction des barrages et qui ont été endommagés au fil du temps. De plus, certaines structures du barrage avaient été rénovées et modifiées sans enregistrer systématiquement les modifications, ce qui a généré des inquiétudes concernant la validité des plans.
L’équipe a relevé de nombreux défis pour préparer la documentation pour la PNSB, notamment l’interprétation des anciens dessins, l’accès à des sites difficiles d’accès pour le géométrage et la compilation d’informations décentralisées. Malgré un géométrage complet (mètre ruban électronique, utilisation de photographies pour les éléments clés), il n’a jamais été possible d’enregistrer tous les détails de ces barrages complexes. Le barrage, l’évacuateur, le bâtiment des machines et certains éléments du circuit de génération, tels que l’arrivée d’eau et la conduite forcée, sont difficiles d’accès, souvent en raison de la topographie difficile et de la végétation naturellement dense.

Copel a donc déterminé qu’une nouvelle stratégie était nécessaire. Comme la plupart des informations sur le barrage étaient des données cachées, l’équipe a décidé qu’elle devait créer des jumeaux numériques pour chaque barrage afin de fédérer le contexte de modélisation de l’existant, les données historiques et les nouvelles données qui seraient produites à partir des applications de modélisation ouverte et de simulation ouverte de Bentley. Sachant qu’ils devraient finalement se conformer au plan de sécurité du barrage (PSB) pour ses 10 barrages, Copel a décidé que la première étape consisterait à mener à bien un projet pilote et à développer des jumeaux numériques pour trois petites centrales hydroélectriques : Marumbi, Chaminé et Salto do Meio.

Des levés ont été menés à l’aide de véhicules aériens sans pilote et toutes les images ont été traitées à l’aide de ContextCapture. L’équipe a également utilisé OpenBuildings et Descartes pour la construction du jumeau numérique. Elle a extrait des informations pour les courbes de terrain et de niveau et a utilisé OpenRoads Designer et MicroStation pour réaliser les modèles. L’équipe a ensuite créé des vues de plan, des coupes transversales et des visualisations avec des outils de coupe transversale dynamiques préalablement configurés pour que l’épaisseur de ligne, le hachurage et les couleurs soient conformes aux normes d’ingénierie de Copel. Enfin, LumenRT a fourni une interface simple et intuitive pour visualiser et communiquer des informations à propos de chacune des centrales.

La réalisation de levés à l’aide de drones a considérablement amélioré la qualité et la richesse des détails, tout en réduisant le temps nécessaire à la réalisation des travaux pour chaque barrage à 16 heures, par rapport aux 120 heures généralement nécessaires pour les levés incomplets précédents. L’équipe a non seulement respecté les délais pour les trois centrales pilotes grâce à ce nouveau processus de jumelage numérique, mais a également réussi à respecter les délais pour l’ensemble des 10 centrales, dépassant les attentes du client en matière de qualité, de richesse des détails et de temps pour capturer et documenter les informations. Le nouveau processus a non seulement pu accélérer la création des rapports et de respecter le délai de la PSB, mais a aussi pu réduire les ressources en main-d’œuvre de 87 %.

“L’utilisation de ce logiciel, ainsi que le survol par drone, ont contribué à réaliser une inspection technique rapide et détaillée afin d’évaluer la sécurité des barrages et des structures associées, permettant ainsi leur inscription au registre et leur enregistrement numérique. Désormais, nous disposons d’archives numériques et techniques mises à jour, ce qui facilite la gestion de nos actifs,” déclare Roberto Seara, responsable du département de génie civil, de la supervision technique et des projets de génération et de transmission de Copel.

679_Les jumeaux numériques aident les compagnies électriques à améliorer la précision de la conception, à économiser sur les coûts de projet et à se conformer aux réglementations 679_Les jumeaux numériques aident les compagnies électriques à améliorer la précision de la conception, à économiser sur les coûts de projet et à se conformer aux réglementations (2)
Bentley Public Relations

Christine Byrne
Director, Media Relations
1-203-805-0432

Contact Bentley PR