Eplan: Révolution numérique dans les postes de transformation

D'ici 2030, environ 80% de l'électricité devrait être produite à partir de sources renouvelables. Un projet pilote de naturenergie netze GmbH montre comment moderniser plus rapidement les postes de transformation. En collaboration avec les fournisseurs de logiciels Eplan et entegra, ce gestionnaire de réseau de distribution du sud de l'Allemagne travaille pour la première fois sur un jumeau numérique qui accélérera considérablement la planification et le développement des postes de transformation.
 

Nouveau départ pour le poste de transformation : « Le jumeau numérique constitue la base de notre planification », explique Rainer Beck de naturenergie netze.

Dans le passé, il y avait la distribution. Pendant des décennies, l'énergie a été distribuée dans un seul sens : de centrales nucléaires et à charbon fonctionnant en continu aux postes de transformation, et de là (une fois la tension abaissée à plusieurs reprises) aux consommateurs finaux. Pour utiliser une analogie avec la circulation routière, cette « voie à sens unique » tranquille est devenue un réseau routier très fréquenté au centre des villes. Aujourd'hui, le mix énergétique varie d'heure en heure en fonction du vent et des conditions météo, il n’y a donc plus de charge de base fiable. En outre, les exploitants de parcs éoliens et de systèmes solaires fournissent de l'énergie de manière décentralisée à des niveaux de moyenne et basse tension et ainsi, les réseaux électriques fonctionnent désormais dans les deux sens. Les pompes à chaleur et les stations de recharge pour véhicules électriques entraînent une augmentation de la consommation, tandis que les profils de charge connus depuis longtemps, avec des pics en début de soirée, appartiennent désormais au passé. Toutefois, la qualité de l'approvisionnement et la fréquence de 50 Hz doivent être garanties à tout moment.
 

L'ingénierie avec Eplan : Lors de la modernisation de la technologie secondaire, naturenergie netze s'appuie sur le logiciel 3D d'Eplan.

Les gestionnaires de réseaux sont confrontés à une tâche colossale : ils doivent adapter leurs réseaux à ces exigences complexes. Pour naturenergie netze, cela implique de nouveaux travaux de construction ainsi que la modernisation d'un certain nombre de postes de transformation existants. Les centrales doivent pouvoir répondre à la demande croissante d'électricité, mais il y a un défi encore plus important : les adapter à un niveau de flexibilité beaucoup plus élevé en termes de sources et de flux d'énergie, ainsi que de contrôle précis de l'électricité.

Un jumeau numérique
naturenergie netze (voir encadré) a rapidement relevé ces défis et travaille actuellement sur un projet pilote dans le cadre de la modernisation de l'un de ses systèmes. Le gestionnaire de réseau fait appel à un concept numérique pour planifier et configurer la conversion du poste de transformation de Rheinfelden. La nouvelle approche s'applique même aux travaux préliminaires comme l’explique Rainer Beck, Coordinateur du développement du réseau : « Avant de commencer la planification, nous créons un jumeau numérique du poste de transformation, c'est-à-dire une représentation virtuelle avec toutes les données pour les composants sous tension (la technologie primaire) et le niveau de contrôle (la technologie secondaire) et, bien sûr, pour les bâtiments et tous les périphériques. Nous planifions ensuite la conversion sur la base de ce jumeau numérique ».
 

Rainer Beck, naturenergie netze : « A l’issue de la phase de planification préliminaire, nous constatons des gains de temps considérables lors de la conversion des postes de transformation. De plus, cela s'applique à tous les projets ».

Autre raison pour laquelle cette tâche est difficile : la technologie primaire et la technologie secondaire sont planifiées à l'aide de différents outils logiciels de CAO. Dans ce projet pilote, ce problème a été résolu grâce à une collaboration très spéciale. En tant que membres du groupe de travail VDE ETG « Jumeaux numériques pour les systèmes d'énergie électrique », deux fournisseurs de premier plan - entegra avec sa solution logicielle primtech pour la technologie primaire et Eplan pour la technologie secondaire - avaient préparé précisément ce dont naturenergie netze avait besoin pour la première étape de planification (préliminaire), à savoir combiner la technologie primaire et secondaire dans un seul modèle.

Des gains d'efficacité importants
Pour ce projet unique, entegra et Eplan recherchaient un gestionnaire de réseau de distribution innovant, disposant d'un projet pilote adéquat, pour s'impliquer en tant que tierce partie dans cette collaboration. Le contact avec naturenergie netze est arrivé à point nommé, d'autant plus que le projet en question était complexe. Ecoutons Rainer Beck : « L'objectif du projet est de renouveler l'ensemble de la technologie secondaire d'un poste de transformation existant et très complexe, et ce pendant les opérations en cours ». Il est facile de comprendre pourquoi la participation à ce projet était attrayante. « Il faudrait normalement deux à trois ans pour planifier et mettre en œuvre la modernisation, mais la nouvelle méthodologie de planification va vraiment accélérer les choses ». Tous les participants au projet sont d'accord. Matthias Schuy, Responsable du développement commercial chez entegra : « Ce que nous faisons ici - intégrer la technologie primaire et secondaire d'un poste de transformation dans un jumeau numérique - n'a jamais été fait auparavant, mais promet des avantages majeurs ». Nous lui avons demandé s'il pouvait nous donner un peu plus de détails. Rainer Beck : « Bien sûr. En fin de compte, nous devons prouver que l'investissement unique sera rapidement rentabilisé. A l’issue de la première phase du projet - la planification préliminaire - nous constatons des gains de temps considérables lors de la conversion effective des postes de transformation. De plus, cela s'applique à tous les projets ».
 

Matthias Schuy, entegra : « La combinaison numérique des technologies primaire et secondaire est unique et promet des avantages considérables ».

Un seul modèle pour tous les utilisateurs
Au cours de la première phase du projet, le poste de transformation a été scanné, des photos ont été prises des plaques signalétiques et les données générées par la technologie primaire ont été comparées à celles du système de gestion des actifs. Résultat : un modèle primtech 3D valide et fonctionnel du poste de transformation. Au cours d'un processus entièrement automatisé, les ensembles de données créés dans primtech ont ensuite été exportés vers Eplan via une interface et utilisés comme base pour la planification de la technologie secondaire dans Eplan. Enfin, les données de la technologie secondaire ont été intégrées dans le jumeau numérique. Ce travail est presque terminé. En documentant le scénario tel qu'il se présente actuellement, on a jeté les bases d'un remplacement efficace de la technologie secondaire du poste de transformation. « C'est une étape très importante. Toutes les données sont vérifiées. Nous suivons fondamentalement le principe de la « source unique de vérité », précise Jan Oliver Kammesheidt, Responsable du marché vertical mondial de l'énergie chez Eplan. « Les données des systèmes d'origine sont laissées intactes et reliées au jumeau numérique. On évite ainsi les redondances qui pourraient s'avérer problématiques à l'avenir ».
 

Jan Oliver Kammesheidt, Eplan : « L'industrie a besoin de se normaliser. Nous sommes ravis d'avoir trouvé en naturenergie netze un partenaire innovant ».

En termes d'architecture du modèle de données combiné, les parties concernées ont, dans le droit fil de l'approche par jumeau numérique, créé une infrastructure spéciale. « Il n'y a pas de système principal, mais simplement différentes perspectives d'un seul et même modèle. Le jumeau numérique ouvre une fenêtre sur les systèmes - par exemple, de primtech à Eplan ou SAP. Le jumeau numérique remplit ainsi l'une de ses principales fonctions, à savoir offrir un accès centralisé à toutes les informations pertinentes pour le poste de transformation », explique M. Schuy.

Standardisation des technologies secondaires
Cette collaboration entre les trois parties - entegra, Eplan et le gestionnaire du réseau de distribution - a été rendue possible, ou du moins facilitée, par une décision prise il y a deux ans. C'est à ce moment-là que naturenergie netze a commencé à utiliser les solutions logicielles Eplan Electric P8 et Eplan Pro Panel pour planifier sa technologie secondaire, c'est-à-dire sa technologie de contrôle. Simon Rümmele, Chef de projet pour le développement du réseau, en était responsable et l'est toujours aujourd'hui. Pour lui : « Avec Eplan, nous pouvons faire progresser la standardisation et une ingénierie plus efficace de la technologie secondaire, ainsi que la planification de bout en bout que nous pouvons également utiliser pendant la phase d'exploitation pour la maintenance préventive et les révisions ».
 

Simon Rümmele, naturenergie netze : « Avec Eplan, nous pouvons faire progresser la normalisation et l'ingénierie plus efficace de la technologie secondaire ».

Les leçons de l'ingénierie mécanique
Le projet démontre que les utilisateurs de l'industrie électrique bénéficient de l'expérience et des solutions de l'ingénierie mécanique. Dans ce secteur - dans lequel Eplan est actif depuis des décennies - la normalisation et l'« industrialisation » des équipements de construction de panneaux et d'appareillage de commutation sont fermement établies. En ce qui concerne cette étape pour les postes de transformation, il y a encore beaucoup de retard à rattraper - mais cela doit se faire. « Jusqu'à présent, les postes de transformation ont été planifiés au cas par cas et construits comme des pièces uniques. Il est donc très difficile d'évaluer les besoins de modernisation et de construction qui découlent de la transition énergétique. Le secteur doit normaliser beaucoup plus qu'il ne l'a fait par le passé. Nous apportons notre soutien et sommes ravis d'avoir trouvé un partenaire innovant en la personne de naturenergie netze. Avec le jumeau numérique commun pour la technologie primaire et secondaire, nous accélérons considérablement le processus et le rendons plus fiable », explique Jan Oliver Kammesheidt.

Des partenaires solides pour la conversion
Comme l'explique Simon Rümmele, c'est précisément l'objectif que s'est fixé naturenergie netze : « Nous voulons et devons nous numériser davantage, car nous pensons que cela ouvrira des opportunités et facilitera les choses à l'avenir. C'est pourquoi nous testons les technologies les plus récentes et planifions d'autres projets pilotes dans notre poste de transformation de Rheinfelden. De plus, avec Rittal, la société sœur d'Eplan, nous disposons d'un partenaire solide pour la conversion du « matériel », c'est-à-dire l’ensemble de la technologie des coffrets et armoires ».
 

entegra et Eplan travaillent en étroite collaboration à l'élaboration d'un « schéma directeur de projet ». On s'assure ainsi de la possibilité d’extension des réseaux à l'avenir, avec une grande efficacité.

naturenergie netze planifie également la normalisation depuis un certain temps déjà - et le jumeau numérique commun créé par entegra et Eplan servira également de base à cette normalisation. Rainer Beck : « Nous pouvons envisager l’utilisation de deux concepts et bâtiments standards dans la gamme 110 kV et la création de variantes sur cette base. Nous y travaillons également avec les principaux fournisseurs primaires. Cela permettra également de réduire le temps et la planification nécessaires. C'est essentiel, car nous allons devoir adapter la majorité de nos postes de transformation pour répondre aux nouvelles exigences. Le jumeau numérique et les travaux préliminaires réalisés par entegra et Eplan nous y aideront. Grâce au partenariat et à la collaboration, nous sommes en train de mettre au point une véritable innovation qui nous permettra de développer nos réseaux et de les adapter efficacement à l'avenir ».

Cependant, naturenergie netze ne sera pas la seule à bénéficier du projet. « Contrairement au secteur de la construction mécanique, les gestionnaires de réseau échangent ouvertement des informations, car ils ne sont pas en concurrence les uns avec les autres », confie Jan Oliver Kammesheidt. « Le projet suscite déjà beaucoup d'intérêt. Je suis convaincu que de nombreux gestionnaires de réseau pourront utiliser ce que nous faisons ici et au sein du groupe de travail du VDE pour planifier et mettre en œuvre rapidement leurs propres projets de conversion et de construction ».