Des conceptions de pompes à eau d’alimentation adaptées aux progrès des centrales électriques à gaz

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 avancées (FWP) pour assurer la fiabilité à long terme ainsi que la rentabilité.

Patrick Welz - Responsable des appels d'offres 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 de façon intermittente, ce qui signifie que les installations plus traditionnelles, telles que les centrales à cycle combiné, doivent maintenant avoir la capacité de constituer 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 fournir 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
Des turbines à gaz de classe H ont été développées par les quatre principaux fabricants de cet équipement pour répondre à la croissance attendue de la demande mondiale. Ceci a été combiné avec une plus grande capacité de production à partir de sources renouvelables, pour fournir un réseau de distribution plus robuste. En outre, la technologie existante des plus petites centrales à cycle combiné continue d'être installée.

De ce fait, 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.

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 changements de conception dans certains des autres équipements. Ils en ont profité pour travailler avec des fabricants de pompes tels que Sulzer sur le développement de pompes optimisées en parallèle avec les travaux sur les turbines. De cette façon, 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 de production d'électricité complète.

Étude de cas: fonctionnement flexible et efficace
En termes de taille, les pompes d'alimentation en eau 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 fonctionne avec une turbine à vapeur, il y aurait typiquement deux FWP dans un agencement de service / veille. Dans un arrangement 2 contre 1, il y aurait trois FWP, dont deux fonctionnant dans des conditions normales et un en attente.

L'une des installations les plus récentes impliquant une turbine à gaz de classe H était 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 premier ordre, la centrale utilise une multitude de technologies de pointe, et la société énergétique britannique SSE Thermal s'est associée à de grands fournisseurs de technologies 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'usine, 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, qui a été installée à Keadby 2, pour s'adapter aux différentes conditions de fonctionnement et améliorer l'efficacité globale.

La centrale électrique utilise une solution individuelle et la configuration de la pompe d’eau d’alimentation de Sulzer a été choisie comme la mieux adaptée à l’application. L'un des points forts de la conception est le système d'équilibrage de la 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-arrêt.

Construire pour l'avenir
Le processus de conception et de construction de nouvelles usines à cycle combiné est long et complexe; Les contrats d'approvisionnement en ingénierie et de construction (EPC) couvrent les principaux aspects de la conception dans le but de livrer le projet à 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 à eau d'alimentation n'ont aucune interaction avec l'équipe travaillant sur d'autres actifs. En abaissant cette barrière, un fabricant de pompes expert, tel que Sulzer, peut offrir une solution plus rationalisée, y compris d'autres services de pompage principaux tels que l'extraction des condensats et les pompes à 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 de 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 minimisation de la maintenance. 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 de pointe avec une construction robuste et des besoins de maintenance très faibles.

Pour l'exploitant de l'usine, 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 des fournisseurs clés 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 pompage de soutien 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 des performances de pompe améliorées 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 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 en charge un système optimisé qui offre une fiabilité et une efficacité à long terme.