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Étude de cas

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FuelCell Energy améliore sa fiabilité

Défi

  • Pour poursuivre sa croissance à l'échelle internationale, FuelCell Energy avait besoin d'un partenaire d'automatisation pouvant l'aider à normaliser de façon économique ses systèmes de centrale électrique à piles à combustible, et à répondre aux besoins de services et d'assistance de ses clients dans le monde entier.

Solutions

  • Onduleur d'injection réseau Allen-Bradley PowerFlex 700L - convertit la puissance c.a. en c.c. en vue de son utilisation dans le réseau en utilisant une topologie d'alimentation à refroidissement liquide totalement renouvelable qui offre d'excellentes performances et des capacités de puissance élevées dans un petit conditionnement
  • Automate Allen-Bradley CompactLogix - fournit un contrôle des applications milieu de gamme dans un environnement facile à utiliser

Résultats

  • Réduction du temps entre les coupures de courant et les interruptions provoquées par les automates, augmentation du débit de puissance jusqu'à un niveau estimé inégalé de 99,8 %
  • Solutions économiques et évolutives réduisant le Total Cost to Design, Develop and Deliver des systèmes

Contexte
Les coûts énergétiques se classent au second niveau des dépenses contrôlables les plus élevées, après la main-d'œuvre. De ce fait, les principaux utilisateurs de courant, tels que les fabricants, les hôpitaux et les universités, comprennent de plus en plus la valeur des systèmes de génération de puissance électrique distribués sur site pratiques et disponibles 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Parallèlement, les réglementations gouvernementales encouragent des solutions énergétiques plus respectueuses de l'environnement.

Solution énergétique relativement nouvelle, les piles à combustible peuvent permettre aux grands utilisateurs d'électricité de réduire les coûts d'électricité en convertissant les biocarburants et le gaz naturel en courant alternatif propre et exploitable dans un réseau électrique.

Une centrale électrique à piles à combustible produit de l'électricité grâce à la formation d'hydrogène à partir d'un combustible source, le plus souvent du gaz naturel propre ou du biogaz renouvelable. Une réaction électrochimique se produit lorsque le combustible est associé à de l'oxygène pour produire une puissance électrique en courant continu (c.c.) et une chaleur exploitable de haute qualité permettant de créer de la vapeur. La puissance c.c. est ensuite inversée et conditionnée pour former une puissance c.a. de catégorie Utilité générale grâce à l'utilisation d'un onduleur d'injection réseau. Pour répondre aux besoins électriques locaux afin de soutenir le réseau, les niveaux de tension sont augmentés et un équipement de commutation et de protection est fourni pour assurer l'interconnexion du service électrique.

Par exemple, un producteur durable d'oignons aux États-Unis souhaitait reconfigurer l'élimination des déchets d'oignons. Les déchets d'oignons, lorsqu'ils sont répandus sur un champ pour se décomposer, émettent du méthane et d'autres gaz à effet de serre dangereux. En collaborant avec FuelCell Energy, l'un des principaux fabricants de centrales électriques à piles à combustible stationnaires ultra-propres pour les sociétés commerciales et industrielles, ainsi que pour les bâtiments gouvernementaux et les utilités, ce producteur d'oignons à pu convertir le méthane capturé dans un digesteur anaérobie en puissance c.a. qu'il peut utiliser pour alimenter ses opérations.

L'utilisation de la centrale électrique à piles à combustible a permis au producteur d'oignons de quasiment éliminer l'émission de polluants et de réduire ses coûts énergétiques en générant de l'électricité 24 heures sur 24, avec le double d'efficacité par rapport aux centrales classiques à combustible fossile, le tout pratiquement sans aucune pollution de l'air.

Défi
FuelCell Energy est une entreprise internationale, avec des clients en Amérique du Nord, en Asie et en Europe. Pour poursuivre sa croissance à l'échelle internationale, l'entreprise avait besoin d'un partenaire d'automatisation pouvant l'aider à normaliser de façon économique ses systèmes de centrale électrique à piles à combustible, et à répondre aux besoins de services et d'assistance de ses clients dans le monde entier.

FuelCell avait dû faire face à des problèmes de répétabilité liés à l'utilisation de produits de système de commande fournis par trois fournisseurs distincts, notamment des technologies non compatibles, des systèmes obsolètes et des normes conflictuelles. L'entreprise savait qu'une normalisation basée sur une conception commerciale pour convertir la puissance c.c. en c.a. éliminerait ces problèmes et permettrait de gérer et d'entretenir plus facilement ses produits dans le monde entier. Cependant, la normalisation exigeait également des changements de conception en matière de taille et de composants.

Plus important encore, FuelCell devait s'assurer que les centrales électriques respectaient diverses normes internationales. Les utilités exigent également que l'énergie produite par les systèmes électriques à piles à combustible n'affectent pas négativement le réseau électrique et fournissent une électricité propre et bien filtrée. Pour garantir le bon fonctionnement de chaque pile à combustible et fournir suffisamment d'énergie, FuelCell avait besoin de fonctionnalités de test rigoureuses.

Tout cela en augmentant la fiabilité des systèmes à piles à combustible et en réduisant le Total Cost to Design, Develop and DeliverSM de chaque système.

Solution
Dès le début du développement de la conception de centrale électrique à piles à combustible commerciale la plus récente, FuelCell Energy a décidé d'impliquer Rockwell Automation pour bénéficier de son assistance en ingénierie. L'entreprise avait déjà travaillé avec Rockwell Automation par le passé et était certaine que l'équipe responsable des variateurs OEM basse tension de Rockwell Automation pouvait l'aider à mettre en œuvre une solution puissante et normalisée avec une excellente fiabilité.

Les deux équipes ont collaboré pour développer la meilleure approche et combiner l'expertise de FuelCell Energy et celle de Rockwell Automation. FuelCell Energy a utilisé sa connaissance approfondie des nouveaux systèmes électriques, notamment des réglementations actuelles et des futures demandes des clients et des utilités, et Rockwell Automation a exploité son expérience de l'automatisation pour les onduleurs c.a., les fonctionnalités de test et l'assistance internationale.

« Rockwell Automation propose l'un des procédés d'ingénierie les plus formels et les plus rigoureux que j'ai jamais vus », déclare Nolan Rabinowitz, responsable de la fourniture de projet chez FuelCell Energy, Inc. « Le niveau d'assistance en ingénierie, de la production jusqu'au contrôle de la qualité, a été une expérience très positive. »

Pour la majeure partie de la conception à piles à combustible, l'expérience de FuelCell Energy lui a permis de développer un nouveau système électrique efficace, mais l'entreprise avait besoin d'aide pour convertir la puissance c.c. générée dans la pile à combustible en puissance c.a. pour le réseau. C'est là qu'est intervenu Rockwell Automation.

Pour convertir la puissance c.c. en puissance c.a. dans la pile à combustible, les ingénieurs ont choisi le variateur de fréquence Allen-Bradley® PowerFlex® 700L. Étant donné qu'il est à refroidissement liquide, le variateur PowerFlex 700L est très compact et peut facilement être intégré dans un boîtier extérieur fermé hermétiquement, ce qui prolonge la durée de vie de l'équipement électrique. La solution finale inclut un boîtier personnalisé qui répond aux exigences de fiabilité et de dimensions de l'application.

« Nous n'avons pas acheté un produit prêt à l'emploi », déclare M. Rabinowitz. « Le variateur PowerFlex et le boîtier de variateur devaient être personnalisés et adaptés à notre centrale électrique à piles à combustible, et Rockwell Automation a fait de l'excellent travail pour répondre à nos besoins. »

Un automate Allen-Bradley CompactLogix®, associé au variateur et à divers autres composants, est responsable de la coordination de la connexion de l'onduleur d'injection réseau à l'utilitaire et de la surveillance de la puissance fournie de la pile à combustible au réseau. L'automate est étroitement intégré au logiciel de programmation et aux produits de commande intelligente de moteur pour fournir à FuelCell Energy des mesures fiables de la puissance de sortie et de la qualité. L'entreprise utilise ces informations pour assurer une surveillance à distance 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, et fournir des capacités d'assistance pour garantir le respect des normes internationales depuis son siège de Danbury, au Connecticut.

Résultats
La nouvelle solution a été d'une fiabilité remarquable, en fournissant une puissance continue avec un minimum de temps d'arrêt.

« Rockwell est un formidable partenaire grâce à sa volonté de fournir une solution totale, à sa réactivité, à l'attention qu'elle porte à l'amélioration continue et à son engagement envers le développement de produits innovants accompagnant l'extension du marché des piles à combustible », déclare M. Rabinowitz. « Nous pensons que l'onduleur que nous avons développé avec Rockwell Automation est la meilleure solution pour les centrales électriques à piles à combustible stationnaires. »

FuelCell et ses clients apprécient également la facilité d'installation et de maintenance des nouveaux systèmes. « Je suis certain que parallèlement à la croissance et à l'expansion internationale de FuelCell Energy, Rockwell Automation continuera à nous fournir, ainsi qu'à nos clients, des services internationaux et un niveau d'assistance élevé », déclare Michael Lisowski, vice-président de la chaîne logistique chez FuelCell Energy, Inc.

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