Tacoma Power protège les poissons et alimente 1 700 foyers en énergie

Le projet protège les poissons, produit de l'énergie

Défi

  • Satisfaire aux exigences réglementaires afin de garantir le renouvellement de licence
  • Automatiser entièrement une nouvelle centrale électrique afin de générer davantage d'hydroélectricité
  • Intégrer le passage des poissons et la production hydraulique au sein du même établissement

Solutions

Résultats

  • 3,6 mégawatts d'énergie hydraulique supplémentaires générés
  • Coûts opérationnels réduits grâce à la surveillance et au contrôle à distance
  • Production accrue d'énergie renouvelable, permettant l'obtention de crédits d'impôts supplémentaires
  • Augmentation du débit automatisé
  • Risque réduit de violation de flux

Des commandes Rockwell Automation pour la centrale électrique et la préservation des poissons

Contexte

L'hydroélectricité est la pierre angulaire de la génération de puissance aux États-Unis. Depuis 1880, les ingénieurs exploitent la puissance des eaux vives pour produire de l’électricité, que ce soit au célèbre barrage Hoover ou au sein de projets hydroélectriques beaucoup plus petits.

Toutefois, au cours des dernières décennies, les personnes qui bénéficient de l'énergie hydroélectrique ont réalisé l'impact environnemental des barrages, en particulier sur les populations de poissons locales.

Certaines espèces comme le saumon et le hareng migrent des océans aux rivières, où ils rejoignent leur frayère. Après l'éclosion, les jeunes poissons font le trajet inverse pour rejoindre l'océan. Les barrages traditionnels ont interrompu ce cycle de vie en bloquant le cours naturel des rivières vers la mer.

Des organismes de réglementation fédéraux et des États ont pris des mesures pour restaurer ces populations, en exigeant des fournisseurs qu'ils trouvent des moyens innovants pour permettre aux poissons de contourner les barrages. Installée dans l'état de Washington, la société Tacoma Power est l'un de ces fournisseurs. Propriété de Tacoma, ce service public fournit de l'électricité à plus de 50 % de la population de la ville. 90 % de cette énergie est générée par des centrales hydroélectriques installées à proximité de rivières, dans l'ouest de l'État de Washington.

Afin de pouvoir renouveler la licence autorisant Tacoma Power à produire de l'électricité pour la ville, celle-ci a dû créer un passage permettant aux poissons de contourner deux de ses barrages, afin de contribuer à la préservation des populations locales d'espèces en voie d'extinction, telles que les truites arc-en-ciel, les saumons rouges et les saumons.

Défi

À ce moment-là, le barrage Cushman No. 2 de Tacoma Power, situé en amont sur le bras nord (North Fork) de la rivière Skykomish, n'était pas équipé d'installations de production hydroélectrique sur cette partie de la rivière. Construit en 1929, le barrage faisait initialement partie du système permettant de retenir les eaux du lac Cushman, un réservoir artificiel.

En 1992, la compagnie électrique a ajouté deux vannes de sortie sur la rivière, à la base du barrage, afin que l'eau du lac puisse s'écouler dans le lit de la rivière. Toutefois, le débit d'eau circulant dans les vannes s'est avéré trop puissant pour permettre la migration des poissons. Afin de fournir un passage approprié aux poissons, Tacoma Power a dû construire un dispositif de prélèvement des poissons, destiné aux poissons adultes qui remontent la rivière et aux jeunes poissons qui rejoignent l'océan.

Le fournisseur d'électricité devait réduire la force du courant, il a donc profité de l'occasion pour capturer la puissance du débit et la transformer en énergie hydroélectrique en construisant une centrale électrique à la base du barrage.

La centrale électrique devait simuler le débit naturel de la rivière, afin de préserver les zones environnantes du risque d’inondation et de permettre la migration des poissons. Similaire à d'autres centrales électriques détenues et exploitées par Tacoma Power, la nouvelle centrale électrique Cushman Northfork devait être complètement automatisée afin que toute présence humaine sur site soit inutile. Le personnel devait bénéficier d'un accès à distance au barrage, depuis le centre des opérations au bureau de Tacoma.

Les clients bénéficieraient également de cette solution, car la centrale électrique produirait assez d'énergie renouvelable pour alimenter 1 700 foyers.

Solution

Tacoma Power a eu recours aux automates programmables Allen-Bradley® ControlLogix® automates pour automatiser ses sept autres centrales électriques.

« Notre expérience avec les commandes Allen-Bradley nous ont convaincus d'utiliser la même solution pour ce nouveau projet », déclare Ozan Ferrin, superviseur de l'automatisation de Tacoma Power.

Ferrin et d'autres informaticiens de Tacoma Power ont conçu un système complètement automatisé à l'aide de quatre automates ControlLogix. Deux automates commandent chacun l'un des deux groupes générateurs de 1,8 MW, un troisième gère le « balance of plant » (équipements généraux) de la centrale électrique, notamment le fonctionnement d'une vanne de sortie sur la rivière permettant la circulation du flux en cas de mise hors tension d'une unité, et un quatrième contrôle les systèmes de prélèvement et de levage des poissons à la base du barrage, à côté de la centrale électrique.

Grâce au nouveau système, l'opérateur contrôle la centrale électrique grâce à une seule consigne de commande de flux pour la centrale électrique. L'automate des équipements généraux de la centrale électrique reçoit la consigne de commande et transmet automatiquement les instructions relatives au débit à chaque groupe générateur et à la vanne de sortie sur la rivière, de manière à augmenter le débit à un rythme régulier, mimant ainsi le débit fluvial saisonnier. Les cartes DNP et Modbus® de ProSoft Technology, partenaire produit Rockwell Automation Encompass et membre du programme Rockwell Automation PartnerNetwork, s'interfacent avec des capteurs, des équipements et d'autre systèmes à la centrale électrique de Northfork. Elles permettent une communication Ethernet harmonieuse sur plusieurs plates-formes.

Si l'un des générateurs (ou les deux) se déconnecte, le contrôleur des équipements généraux ouvre immédiatement la vanne de sortie sur la rivière afin de compenser la perte de débit, maintenant ainsi un flux d'eau uniforme.

Concernant le dispositif de prélèvement de poissons, l'équipe d'ingénierie de Tacoma Power a dû concevoir un treuil capable de transporter les poissons adultes au-dessus du barrage, tout en déplaçant en douceur les saumoneaux sur le côté du barrage. Cela nécessitait des variateurs permettant un contrôle précis.

Ce contrôle commence à la base du barrage. À mesure que les poissons se dirigent vers le barrage, les poissons adultes sont recueillis dans une trémie au sein du dispositif de prélèvement, et automatiquement remontés sur le côté du barrage, sur une benne roulante pilotée par un variateur c.a. Allen-Bradley PowerFlex® 700. La fonctionnalité du variateur Allen-Bradley TorqProve permet de gérer le fonctionnement de la trémie lors du transfert de commande entre le variateur et le frein mécanique de la benne roulante.

La trémie remonte les poissons au sommet du barrage, où ils sont séparés, comptés et transportés en camion jusqu'au lac Cushman. Des variateurs PowerFlex 70 et des départs-moteur distribués sont utilisés pour assurer le fonctionnement de l'équipement de prélèvement des poissons.

Les jeunes poissons qui cherchent à rejoindre l'océan sont placés dans la trémie en haut du barrage, puis descendus dans un chariot permettant de les relâcher en aval.

Les ingénieurs de procédés de Tacoma Power ont programmé les variateurs PowerFlex avec Allen-Bradley DriveTools le logiciel SP et Rockwell Software® Studio 5000 Logix Designer. Les ingénieurs sont parvenus à ajouter les variateurs directement au programme Studio 5000 Logix Designer, en tant que profil complémentaire. Cela a permis de réduire le temps de programmation en intégrant automatiquement les paramètres des variateurs à l'application Studio 5000 Logix Designer, le logiciel utilisé pour programmer les automates ControlLogix.

« Nous avons essayé d'autres logiciels de commande, et aucun d'entre eux ne s'est révélé aussi performant que le logiciel Studio 5000 Logix Designer pour répondre à nos besoins de commande », explique Ozan Ferrin. « Et puisque le logiciel que nous utilisions pour programmer nos automates permet également de programmer et stocker les paramètres des variateurs, nous réduisons le temps de la mise en service. Par ailleurs, nous pouvons stocker les paramètres de nos variateurs et de notre programme d'automate dans un seul emplacement de fichier.

L'équipe de Tacoma Power utilise également des cartes d'E/S de Rockwell Automation pour pouvoir surveiller à distance la température et l'état de l'équipement, tout en commandant celui-ci depuis le bureau de Tacoma.

Résultats

Le dispositif de prélèvement a permis de restaurer la route migratoire des poissons, et la société a obtenu une licence l'autorisant à produire de l'électricité pour la ville de Tacoma jusqu'en 2048.

Tacoma Power a également atteint l'objectif qu'elle s'était fixé pour l'exploitation de la nouvelle centrale électrique, en générant 3,6 mégawatts d'énergie hydraulique supplémentaires.

Aucun coût supplémentaire lié aux opérateurs n'a été facturé à la société, car la centrale électrique est entièrement automatisée. « D'une simple pression sur un bouton dans notre centre de commande, nous pouvons augmenter ou diminuer le débit et ce, avec plus de précision qu'un procédé manuel. De plus, nous réalisons des économies en évitant les coûts associés au personnel sur site », déclare Ozan Ferrin.

Le système réduit également le risque de violation des exigences appliquées au débit, telles qu'elles ont été définies par la Federal Energy Regulatory Commission (FERC). La capacité d'ouvrir automatiquement la vanne de sortie sur la rivière en cas de mise hors tension d'une unité permet à la compagnie d'électricité de mieux satisfaire aux exigences de conformité.

Autre avantage : étant donné que la société a ajouté davantage d'énergie renouvelable à son portefeuille, l'État lui accorde désormais des crédits dans ce domaine.

Afin de continuer à stimuler la croissance de la population de poissons, Tacoma Power a construit deux couvoirs sur le site du Cushman River Project. Le premier permettra de faire naître 2 millions de saumons rouges chaque année, et le second 425 000 saumons et truites arc-en-ciel. Tous ces poissons seront ensuite relâchés dans le lac Cushman.

Les résultats mentionnés ci-dessus sont spécifiques à l'utilisation par Tacoma Power des produits et services de Rockwell Automation, conjointement à d'autres produits. Les résultats peuvent varier selon le client.

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