EP3830469B1 - Installation de rebours connectée et procédé de fonctionnement d'une telle installation - Google Patents

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EP3830469B1
EP3830469B1 EP19759729.7A EP19759729A EP3830469B1 EP 3830469 B1 EP3830469 B1 EP 3830469B1 EP 19759729 A EP19759729 A EP 19759729A EP 3830469 B1 EP3830469 B1 EP 3830469B1
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EP
European Patent Office
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installation
compressor
pressure
gas
quality
Prior art date
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Active
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EP19759729.7A
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German (de)
English (en)
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EP3830469C0 (fr
EP3830469A1 (fr
Inventor
Daniel Dufour
Pascale Guillo-Lohan
Frédéric Vulovic
Francis BAINIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NaTran SA
Original Assignee
GRTgaz SA
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Priority claimed from FR1855294A external-priority patent/FR3082599B1/fr
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    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04—Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
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    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/10—Arrangements for supervising or controlling working operations for taking out the product in the line

Definitions

  • the present invention relates to a connected countdown installation and a method of operating such an installation. It applies, in particular, to gas transport networks to export surplus renewable gas from a distribution network to a transport network with greater reception capacity, by supplying a larger consumption area. vast, even storage, thanks to the storage facilities connected to it.
  • Biogas production is experiencing strong growth in Europe and its valorization conditions the creation of a sustainable methanization sector.
  • biomethane defines the gas produced from raw biogas from the anaerobic methanization of organic waste (biomass) or by high temperature gasification (followed by synthesis by methanation); purified and treated to make it interchangeable with mains natural gas.
  • biomethane into the natural gas network is already carried out in Europe.
  • natural gas distributors find themselves faced with situations of lack of outlet. In fact, the consumption of domestic customers varies on average from 1 to 10 between winter and summer on public distributions.
  • the injection of biomethane is initially possible only if it is done at a flow rate lower than the minimum flow rate recorded during periods of lower consumption or if the biomethane is produced as close as possible to consumption. When production exceeds quantities consumed, this tends to saturate the distribution networks during hot seasons. This situation limits the development of the biomethane production sector through the congestion of natural gas distribution networks.
  • the countdown station is a work of the transport operator allowing the transfer of gas from the distribution network to the transport network with a large storage capacity, via a gas compression station.
  • the countdown station can be located either near the expansion station, or at another location where the transmission and distribution networks intersect.
  • the countdown therefore integrates a gas compression function to adapt it to the constraints imposed by the downstream of this compressor, that is to say the transport network.
  • Current countdowns are fixed installations in which compressors are placed in buildings. Each compressor is driven by an electric motor connected to the electrical network.
  • the pressure and flow of gas in the distribution network are very variable, in particular depending on the injection of biogas by a producer or the consumption of gas by consumers, for example industrial sites.
  • the simple regulation of gas pressure in the distribution network can thus lead to activating the reverse installation to export gas into the transport network, then a few moments later, release gas from the transport network to supply it to the network. of distribution.
  • the operation of the countdown installation may thus be only partially effective.
  • the configurations of distribution networks are changing, particularly when a biogas supplier is connected to it and injects biogas into it or disconnects from it.
  • gas consumption on this distribution network may increase or decrease, for example when a factory or large consuming area is installed or when it is shut down. Again, the operation of the countdown installation may be partially ineffective.
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the prediction means implements dynamic learning and profiles of consumers, suppliers, capacities and response times of the countdown facility.
  • the prediction means implements artificial intelligence algorithms and/or neural networks.
  • the prediction means uses historical data, in particular, for a large number of dates and times, pressures observed at different points of the distribution network and triggering and stopping of safety devices, pressure relief , countdowns, consumption, injections.
  • the prediction means uses weather data.
  • the prediction means uses the topology of the distribution network, with its branches and the positions of the sensors.
  • the prediction means uses operating rise curves of the expansion station and the countdown installation.
  • the prediction means is configured to determine preferential times for maintenance or inspection stops minimizing a cost function of these stops.
  • the prediction means is configured to predict pressures, within a horizon of a few minutes or a few hours.
  • the prediction means is configured to predict maximum and minimum setpoint pressure values.
  • the countdown installation further comprises a means of determining a load rate of each compressor as a function of the pressure evolution prediction, the automaton controlling the operation of each compressor to achieve the determined charging rate.
  • the countdown installation further comprises a means of determining a loading rate of each compressor as a function of the prediction of the evolution of the quality, the automaton controlling the operation of each compressor to achieve the determined charging rate.
  • the analysis of other compound contents is optional and is only carried out if there is a proven risk of contamination of the transport network 10 (example: reversal of a biomethane with a high CO 2 content without the possibility of dilution on the distribution networks 15 and transport 10, or operated at a very high pressure).
  • the countdown installation is equipped with a counting chain consisting of a counter and a local or regional energy determination device in accordance with legal metrology.
  • the configuration is chosen by a study of the different advantages and disadvantages in terms of costs, availability, size, and possibility of evolution of the compression unit.
  • the suction pressure to be considered is the service pressure of the distribution network 15, which depends in particular on the injection pressures of the biomethane producers 17.
  • the construction pressure at discharge to be considered is the maximum service pressure (“PMS” ) of the transport network, for example 67.7 bars.
  • PMS maximum service pressure
  • a recycling circuit 27 provided with a valve 28 can be provided. The recycling circuit expands gas at the second pressure and injects it upstream of the compressor when at least one compressor is put into operation, under the control of a controller 25.
  • each compressor 21 can be carried out with oil or with a dry seal. In the first case, certain filtration arrangements are put in place (see below).
  • the automaton 25 performs the functions of piloting 24, operating control, loading rate and stopping of each compressor 21 and regulation and stability 18 of the network 15.
  • automaton means an automaton or a computer system or a set of automatons and/or computer systems (for example one automaton per function).
  • filtration is provided in the gas quality compliance function, upstream of compression to recover any liquids and dust contained in the gas coming from the distribution network 15.
  • a coalescer filter 22 is installed at the outlet of the compressor 21, for example with a manual purge and a visual level.
  • a cooling system 23 cools all or part of the compressed gas to maintain the temperature downstream, towards the transport network 10, at a value below 55°C (equipment certification temperature). To ensure the operation of the cooling system 23, it is sized from relevant ambient temperature values according to meteorological histories.
  • Delivery station 12 is an installation, located at the downstream end of the transport network, which allows the delivery of natural gas according to the needs expressed by the customer (pressure, flow rate, temperature, etc.). It is therefore the gas expansion interface from the transport network 10 to the distribution network 15 or to certain industrial installations. The delivery station 12 therefore integrates expansion valves to reduce the pressure to adapt to the conditions imposed downstream.
  • Data logging is carried out to document operating conditions.
  • the countdown installation In the event of an emergency, the countdown installation is isolated from the distribution network 15, by closing the valve 14. An “emergency stop” function makes it possible to stop and secure the countdown installation.
  • the countdown installation is also equipped with pressure and temperature safety devices 26. There is no automatic venting unless contraindicated by safety studies.
  • the countdown installation is equipped with fire and gas detection systems 26. A means of protection against overflows is provided to protect the devices, in the form of a physical organ such as a restriction orifice or by the via an automation.
  • the flow rate of a countdown can vary from a few hundred to a few thousand Nm 3 /h depending on the case.
  • FIG. 2 represents the gas transmission network 10, the distribution network 15, the consumers 16, the biomethane producers 17, the expansion and delivery station 12 and the countdown installation 30.
  • the transport network 10 is provided with a communicating pressure sensor 31 and a communicating flow sensor 32.
  • the distribution network 15 is provided with a communicating pressure sensor 33 and a communicating flow sensor 34.
  • a communicating weather information source 35 provides geolocated weather data.
  • the biomethane producers 17 are connected to the distribution network 15 by injection points equipped with communicating flow sensors 36.
  • a computer network (not shown), for example the Internet on a mobile telephone network, connects all the communicating sensors.
  • the storage and prediction means 8 analyzes the data received from the various sensors and the source 35, in particular the pressure 33 and flow sensors 34 and provides, depending on the meteorological data and the days and times of the week (taking into account taking into account public holidays and summer and winter hours), a prediction of consumption on the distribution network 15.
  • the exchange of gas quality data makes it possible to determine the characteristics of the gas such as the composition or the GC (High Calorific Value) at the level of the backflow installation and to avoid carrying out additional analyzes on this backflow installation.
  • this innovation therefore makes it possible to save on certain analyzers and thus reduce investment costs on reverses, but also to temporarily dispense with certain analyzers.
  • the biomethane stations injecting into the distribution network in question record process gas and safety information in real time, this information is then sent via internet link to a server processing this data and making it accessible to the distribution network manager. 15.
  • the sharing of pressures and flow rates in real time from the distribution network 15 connected to the backflow installation 30 is carried out by pressure sensors connected and positioned on certain critical points of the distribution network 15 highlighted by static studies and dynamic. This sharing of data makes it possible to optimize the management of the countdown installation (in particular on stopping/starting and charging) and to secure the process by anticipating the risks and impacts on the distribution network 15.
  • THE figures 3 And 4 describe transport and distribution networks and a control algorithm that can be implemented, this making it possible to define the load level, the need to start a compressor (case where the load rate is equal to 100% ). Likewise, a low threshold can be defined allowing a compressor to be stopped.
  • a transport network 10 and a distribution network 15 are interfaced by a countdown installation 30 and a relaxation and distribution station 42. Note that the countdown installation 30 can be fixed, mobile (for example made up of transportable modules on trucks) or scalable (the installation including locations and connectors for adding compressors).
  • the coefficients k are determined by simulation or by measurements on the network which may require testing, they can also be derived from artificial intelligence by learning.
  • the coefficients k express the importance (in other words, the weight or criticality) of the measurement point in relation to the control constraint. If the information from simulation or prior measurement analysis only designates a restrictive measurement point for control, then this is called a critical point (it is the point used for control). In the proposed algorithm, the coefficient k makes it possible to change the critical point according to changes in pressure evolutions.
  • the operation optimization component aims to make network pressure and flow data available to the transport network 10 operating teams, both in real time and over a period of several months. This allows the operator to visualize the network pressure and flow data in the form of a functional diagram. He can thus analyze a situation more quickly and better understand his intervention by having knowledge of all the parameters of the network, something which is not the case today. This also allows alarms to be raised when simultaneously the countdown installation 30 is operating and the injection station 12 is delivering. This feedback to the operator is based on the technology used for the “@home” applications of National Dispatching and Regional Surveillance Centers (CSR), in retrieving information from the remote management system and presenting it in a form that can be directly used by the intervention teams.
  • CSR National Dispatching and Regional Surveillance Centers
  • the data made available to the operating teams are the source data resulting from the acquisition, as well as all the data (intermediate and final) calculated by the algorithms proposed for the implementation of the invention, these calculated data being time stamped. .
  • This data allows intervention teams to carry out their own analyses, for example simple pro rata calculations or by comparison with similar situations already encountered.
  • the data collected allows, thanks to their timestamp, the operating teams to evaluate the time they have before a need for intervention, to evaluate the consequences of a reduction in the load rate on a possible postponement of the intervention, or even a capacity for non-intervention.
  • the computer network for the installation of countdowns also integrates remote diagnostics and remote maintenance functionalities for the internal operational teams of the transport network manager 10 and the contractors in charge of part of the maintenance.
  • the innovation lies in the possibility of remotely viewing the views of the supervision/human-machine interface of the countdown installation and of being able to configure the analyzers remotely and not only in person.
  • the automaton 25 triggers the operation of at least one compressor 21 and, possibly, the valve 28. Conversely, when the pressure of the distribution network 15 crosses, while decreasing, the second limit value thus fixed, the automaton 25 stops the operation of each compressor 21.
  • the automaton 25 receives and stores instantaneous pressure and flow values coming from the various sensors, in particular the remote pressure 33 and flow sensors 34.
  • the automaton 25 receives and puts also in memory, preferably, instantaneous gas quality values captured remotely from the countdown installation 30.
  • the automaton 25 receives and stores meteorological data, in particular the air temperature and the wind.
  • the automaton 25 makes a prediction of consumption on the distribution network 15, based on the data stored in memory, the day of the week and the time and the weather data received.
  • the day of the week, the time, the air temperature and the wind allow, in particular, the automaton 25 to predict the consumption of consumers 16, by statistical and predictive processing of data stored in memory, for example over a period of one hour.
  • an evolution of the pressure in the network is predicted. distribution 15.
  • step 73 the prediction of the evolution of the pressure in the network upstream of the reverse installation is carried out, and the prediction of the evolution of the gas quality upstream of the reverse installation.
  • the first limit value 91 is increased to a value 92 greater than or equal to this maximum 93.
  • This case occurs, for example, when producers inject biomethane into the distribution network a few moments before the probable start of professional, industrial or commercial consuming installations of gas at times 95 and 96. This avoids triggering the compression of gas by the compressor 21, followed, a few moments later, by the stopping of this compressor 21 and the stopping of the expansion and delivery station 12 .
  • the third limit value 98 is set at a value 99 less than or equal to this minimum 97.
  • This case occurs, for example, a few moments before the probable shutdown 101 of professional, industrial or commercial installations consuming gas while biomethane producers begin, at a moment 100, an injection of biomethane of which we know, by declaration or by learning , that the duration will extend beyond the predicted reduction in consumption. This avoids triggering the expansion and delivery station 12 followed, a few moments later, by stopping the expansion and delivery station and stopping the gas compression by the compressor 21.
  • the four limit values are thus optimized to limit the number of start and stop cycles of each compressor 21 and the number of start and stop cycles of the expansion and delivery station 12.
  • the automaton 25 determines whether the gas pressure in the distribution network 15 exceeds the first or fourth limit values upwards or the second or third limit value decreases. If yes, the automaton 25 triggers, respectively, the stopping of at least one compressor 21, the stopping of the expansion and delivery station 12, the stopping of each compressor 21 or the activation of the expansion station and delivery 12.
  • the automaton 25 commands the operation of each compressor 21 to stop when the quality of gas at the inlet of each compressor 21 is lower than the determined quality limit value.
  • step 76 the capture of physical quantities of pressure and flow.
  • the controller 25 controls the operation of the recycling circuit 27 and the valve 28 to dampen the pressure oscillations upstream and downstream of each compressor 21. Then, we return to step 71.
  • the automaton 25 determines the compression load values to be applied based on the pressure evolution prediction. During step 78, the automaton 25 regulates the operation of each compressor 21 to achieve the charging rate thus determined. Optionally, the automaton 25 also determines, during step 77, compression load values to be applied according to the prediction of evolution of the gas quality. In this case, during step 78, the automaton 25 regulates the operation of each compressor 21 to achieve the charging rate thus determined.
  • Flow regulation means that the flow passing through the compressor is constant when the station is operating. On the other hand, it is indeed the suction pressure (for example in a medium pressure network) which triggers the starting and stopping of the compressor when this pressure reaches the limit values set during step 74.
  • Figure 6 represents an example of evolution of the pressure 80 upstream of the compressor and the flow rate 81 of the compressor, in a case where the limit value of starting pressure of the compressor is at 4.2 bars and where the limit value of stopping pressure of the compressor is at 2.5 bars.
  • the controller regulates the compressor operation to have a constant flow rate of 700 Nm 3 /h.
  • FIG. 7 illustrates an example of evolution of the pressure 80 upstream of the compressor and the flow rate 81 of the compressor with a set pressure value upstream of the compressor of 4 bars, as a function of the flow rate 82 of gas consumed by consumers on the distribution network , the flow rate 83 of gas injected by biomethane producers into the distribution network.
  • the gas flow 84 supplied by the transport network.
  • a first compressor ensures the operation of the reverse installation up to its operating limit. If necessary, the controller controls the operation of a second compressor to supplement the gas flow passing through the reverse installation.
  • the two types of regulation have the same objectives, namely to maintain the situation in a stable state for as long as possible, and thus limit the frequent accelerations and declarations of compressors and/or the successive stopping and starting of compressors, or even of control stations. delivery.
  • the choice of mode of Control is done manually by an operator based on historical data and his analysis of future events.
  • the algorithmic transcription of the choice for a countdown station is the ratio of proportionality between the pressure and the flow rate, that is to say, the importance of a variation in flow rate in relation to a variation in pressure at the suction of the compression.
  • the control mode is pressure, especially if there is very little flexibility between the minimum and maximum possible pressures at the compression suction.
  • the flow coefficient “Cv” given as a function of the opening percentage and the pressure measurements make it possible to recalculate the flow passing through the valve.
  • centrifugal compressor For a centrifugal compressor, the dimensions (flow and efficiency coefficients, and the rotation speed of the compressor or the power consumed by the compressor motor) and the pressure measurements make it possible to recalculate the flow passing through a compressor.
  • Another method for a centrifugal compressor is to take the pressure differential across the inlet volute (common term “dp-eye” or “eye dp transmitter”), the model usually being supplied by the compressor supplier.
  • the flow rate is calculated from the dimensions of the piston (compressed volume, dead spaces, rotation speed, and which can take into account the control parameter of the valves if they are controlled) and the pressure measurements allow the compressed flow to be recalculated.
  • the countdown installation further comprises a means of determining a loading rate of each compressor as a function of the prediction of the evolution of the quality, the automaton controlling the operation of each compressor to achieve the determined charging rate.
  • the means for determining the limit value preferably comprises a means for determining the absorption capacity of a non-compliant gas (of low quality) downstream of the backflow installation, capacity making it possible to avoid treatment or to exceed the processing capacities of existing installations.
  • a predictive system is the statistical prediction of a subsequent state of a system. Such a system is based on the statistical association of past values of input parameters called “predictors” to at least one past output state.
  • the impact of the predictors on the output state is not initially known and is subject to learning.
  • Learning then consists of assigning to each type of predictor a statistical weighting according to the relevance of the past values of the predictor in the estimation of the known past state of the system.
  • Such an approach therefore consists of presupposing that the relative impact of all the predictors is unknown or modifiable depending on the learning.
  • a set of coefficients can evolve over time as new predictor and state values are recorded in the database on which the learning algorithm is based.
  • the predictions implemented are based on dynamic learning and predictors such as profiles of consumers, suppliers, capacities and response times of compressors of the installation, countdown, inertia and safety.
  • Dynamic learning based on machine learning algorithms, artificial intelligence and/or neural networks, means that the predictive system uses historical data, in particular, for a large number of predictors such as dates and times, pressures observed at different points of the distribution network and triggering and stopping of safety, relaxation, countdowns, consumption, injections. In variants, these data are supplemented by meteorological data. The predictive system continues to collect this data when this predictive system is then used to trigger the operation and shutdown of the timer installation and its components such as valves.
  • the predictive model with the topology of the distribution network, with its branches and the positions of the sensors.
  • the predictive model with the rise curves in operation of the expansion station and the countdown installation, for example.
  • we provide the predictive model with the initial setpoint and permanent safety limit pressures for each branch of the distribution network.
  • the predictive system receives all the pressure, flow, and gas analysis values (depending on needs, one or more constituents of the molar composition or total sulfur, water content, etc.) captured on the distribution network, upstream and downstream of the expansion station and the backflow installation.
  • the predictive system predicts the evolution of the pressure upstream or downstream of a pressure installation and therefore, depending on a pressure safety value not to be exceeded, the need to start or stop the The countdown installation or, on the contrary, the relaxation station of the transport network.
  • the predictive system makes it possible to regulate the operation of the countdown installation and the expansion stations so as not to have to stop the countdown or the biomethane producer whose gas quality does not allow it to be transported downstream of the countdown.
  • the predictive system thus characterizes time constants and safety constants and predicts pressure values and/or pressure setpoint values, for different regimes (injection, consumption, countdown and/or expansion, simultaneous or not) and different moments (in the year, in the week and/or in the day).
  • a preventive emergency stop signal is provided for the installation of a countdown as soon as the prediction anticipates a pressure drop below the minimum setpoint value.
  • the predictive system determines preferential times for maintenance or inspection stops, on the same basis. These preferential moments are those which minimize a cost function of these stops.
  • the setpoint and safety values are maintained but the pressure or gas quality prediction is used to determine whether a setpoint value will be exceeded without changing the operating regime of the expansion station. and the installation of countdowns and, if so, whether this overrun will be temporary. If this overrun is not going to be temporary, the operating regime of the expansion station and the countdown installation is modified. Likewise, the prediction of pressure or gas quality is used to determine whether a safety value will be exceeded without modifying the operating regime of the expansion station and the countdown installation and, if so, the operating regime of the expansion station and the countdown installation is modified.
  • the predicted setpoint values are implemented for the automatic operation of the components of the expansion station and the countdown installation. For example, as soon as the pressure in the distribution network becomes, at the expansion station and the backflow installation, lower than the predicted minimum setpoint value, the expansion station is put into operation. On the contrary, as soon as the pressure of the distribution network becomes, at the level of the expansion station and the backflow installation, greater than the predicted maximum setpoint value, the backflow installation is put into operation.
  • the set value and safety terms can be uniform on the distribution network or, on the contrary, different depending on the portions and branches of the network, these portions and branches being equipped with at least one pressure and/or flow sensor .
  • the means 7 for determining pressure limit setpoint values comprises, for this purpose, an energy and/or economic gain and cost calculator.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne une installation de rebours connectée et un procédé de fonctionnement d'une telle installation. Elle s'applique, en particulier, aux réseaux de transport de gaz pour exporter des excédents de gaz renouvelable d'un réseau de distribution vers un réseau de transport disposant d'une plus grande capacité d'accueil, en alimentant une zone de consommation plus vaste, voire de stockage, grâce aux installations de stockage qui lui sont raccordées.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • La production de biogaz connaît une forte croissance en Europe et sa valorisation conditionne la création d'une filière de méthanisation pérenne. Dans la suite, le « biométhane » définit le gaz produit à partir du biogaz brut issu de la méthanisation anaérobique de déchets organiques (la biomasse) ou par gazéification haute température (suivie d'une synthèse par méthanation) ; épuré et traité de façon à le rendre interchangeable avec du gaz naturel de réseau.
  • Si la méthode de valorisation la plus courante est la production de chaleur et/ou d'électricité, la valorisation sous forme de carburant et l'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel sont aussi en développement.
  • L'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel est déjà réalisée en Europe. Dans un contexte de fort développement du biométhane, les distributeurs de gaz naturel se trouvent face à des situations de manque d'exutoire. En effet, les consommations des clients domestiques varient en moyenne de 1 à 10 entre l'hiver et l'été sur les distributions publiques. L'injection de biométhane n'est initialement possible que si elle se fait à un débit inférieur au débit minimal relevé pendant les périodes de plus faibles consommations ou si le biométhane est produit au plus proche des consommations. Lorsque la production dépasse les quantités consommées, cela tend à saturer les réseaux de distribution lors des saisons chaudes. Cette situation limite le développement de la filière de production de biométhane par la congestion des réseaux de distribution de gaz naturel. Plusieurs solutions ont été identifiées pour résoudre ce problème : le maillage des réseaux de distribution pour augmenter les capacités de consommation du biométhane produit par la multiplication des consommateurs raccordés, la modulation de la production de biométhane selon les saisons et les besoins de consommation, la micro-liquéfaction et compression pour stocker les productions de biométhane pendant les saisons de faible consommation, le développement d'usages du gaz (pour la mobilité, notamment), ainsi que la réalisation de postes de rebours entre les réseaux de distribution et de transport de gaz naturel.
  • Les installations de rebours sont ainsi une des solutions identifiées pour développer les capacités d'injection de biométhane. Ces installations permettent d'exporter des excédents de biométhane d'un réseau de distribution vers le réseau de transport, en les comprimant et les réinjectant dans ce réseau de transport pour ainsi bénéficier de sa plus grande capacité de stockage de gaz. Ainsi, les producteurs ne devraient plus limiter leurs productions et la rentabilité de leurs projets serait plus facilement assurée. Le poste de rebours est un ouvrage de l'opérateur de transport permettant le transfert de gaz depuis le réseau de distribution vers le réseau de transport disposant d'une grande capacité de stockage, par l'intermédiaire d'une station de compression de gaz. Le poste de rebours peut être localisé soit à proximité du poste de détente, soit à un autre endroit où les réseaux de transport et de distribution se croisent.
  • Le rebours intègre donc une fonction de compression du gaz pour l'adapter aux contraintes imposées par l'aval de ce compresseur, c'est-à-dire le réseau de transport. Les rebours actuels sont des installations fixes dans lesquelles les compresseurs sont placés dans des bâtiments. Chaque compresseur y est entraîné par un moteur électrique raccordé au réseau électrique.
  • Cependant, la pression et le débit du gaz dans le réseau de distribution sont très variables, notamment en fonction de l'injection de biogaz par un producteur ou de la consommation de gaz par des consommateurs, par exemple des sites industriels. La simple régulation en pression de gaz dans le réseau de distribution peut ainsi mener à activer l'installation de rebours pour exporter du gaz dans le réseau de transport, puis quelques instants plus tard, détendre du gaz du réseau de transport pour le fournir au réseau de distribution. Le fonctionnement de l'installation de rebours peut ainsi n'être que partiellement efficace.
  • Par ailleurs, les configurations des réseaux de distribution évoluent, notamment lorsqu'un fournisseur de biogaz y est relié et y injecte du biogaz ou s'en déconnecte. Parallèlement, la consommation de gaz sur ce réseau de distribution peut augmenter ou réduire, par exemple lors de l'installation d'une usine ou d'une grande surface consommatrice ou lors de son arrêt. De nouveau, le fonctionnement de l'installation de rebours peut se montrer partiellement inefficace.
  • Aujourd'hui, les équipements du rebours sont pilotés automatiquement en fonction des ordres télétransmis par un opérateur et/ou par des informations directement collectées sur le site de l'installation de rebours. Les systèmes mis en oeuvre ne permettent donc pas un pilotage optimal de l'installation en prenant en compte des éléments collectés extérieurement au site du rebours. De plus, la supervision de l'installation de rebours et la configuration des analyseurs n'est possible qu'en présentiel, sur l'installation de rebours. Cela exige ainsi une présence forte des équipes opérationnelles sur place.
    On connait le document DE 10 2009 038 128 qui divulgue une installation de rebours positionnée entre deux réseaux de gaz de pression différente dont la mise en fonctionnement et hors fonctionnement dépend de seuils fixes prédéterminés.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
  • A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise une installation de rebours comportant :
    • au moins un compresseur pour comprimer du gaz en provenance d'un réseau,
    • un automate de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur,
    • un moyen de communication à distance pour recevoir au moins une valeur instantanée de pression captée à distance sur le réseau en amont de l'installation de rebours,
    • un moyen de prédiction d'évolution de la pression dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de pression reçues,
    • un moyen de détermination d'une valeur limite de pression pour l'arrêt ou le démarrage d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    l'automate commandant l'arrêt ou le fonctionnement d'au moins un compresseur lorsque la pression en entrée de chaque compresseur est inférieure, respectivement supérieure, à la valeur limite de pression déterminée.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction met en oeuvre un apprentissage dynamique et des profils de consommateurs, de fournisseurs, de capacités et des temps de réponse de l'installation de rebours.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction met en oeuvre des algorithmes d'intelligence artificielle et/ou des réseaux neuronaux.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction utilise des données historiques, notamment, pour un grand nombre de dates et d'heures, des pressions constatées en différents points du réseau de distribution et des déclenchements et d'arrêts de sécurités, de détente, de rebours, de consommations, d'injections.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction utilise des données météorologiques.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction utilise pour chaque consommateur de gaz et pour chaque fournisseur de gaz présent sur le réseau de distribution :
    • le profil de consommation ou d'injection de gaz,
    • la distance jusqu'à l'installation de rebours,
    • le volume de gaz ou la surface de la section moyenne de canalisation, jusqu'à l'installation de rebours.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction utilise la topologie du réseau de distribution, avec ses embranchements et les positions des capteurs.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction utilise des courbes de montée en fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction est configuré pour déterminer des moments préférentiels pour des arrêts de maintenance ou d'inspection minimisant une fonction de coût de ces arrêts.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction est configuré pour prédire des pressions, dans un horizon de quelques minutes ou de quelques heures.
  • Dans des modes de réalisation, le moyen de prédiction est configuré pour prédire des valeurs de pression maximales et minimales de consigne.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, un moyen de détermination d'un taux de charge de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la pression, l'automate commandant le fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge déterminé.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus,
    • un moyen d'analyse de qualité de gaz à compresser
    • un moyen de communication à distance pour recevoir au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captée à distance en amont ou en aval de l'installation de rebours,
    • un moyen de prédiction d'évolution de la qualité de gaz dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de qualité reçues,
    • un moyen de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité,
    l'automate commandant l'arrêt d'au moins un compresseur lorsque la qualité en entrée de chaque compresseur est inférieure à la valeur limite de qualité déterminée.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, un moyen de détermination d'un taux de charge de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité, l'automate commandant le fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge déterminé.
  • Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de fonctionnement d'une installation de rebours comportant :
    • au moins un compresseur pour comprimer du gaz en provenance d'un réseau et
    • un automate de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur ; procédé qui comporte les étapes suivantes :
      • une étape de réception, depuis un capteur distant, d'au moins une valeur instantanée de pression captée à distance de l'installation de rebours,
      • une étape de prédiction d'évolution de la pression dans le réseau en amont de l'installation de rebours,
      • une étape de détermination d'une valeur limite de pression pour l'arrêt ou le démarrage d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
      • une étape d'arrêt ou de démarrage, respectivement, du fonctionnement d'au moins un compresseur lorsque la pression en entrée de chaque compresseur est inférieure, respectivement supérieure, à la valeur limite de pression déterminée.
  • Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, de plus :
    • une étape de détermination de valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    • une étape de régulation du fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge à appliquer.
  • Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, de plus :
    • une étape de réception, depuis un capteur distant, d'au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captée à distance de l'installation de rebours,
    • une étape de prédiction d'évolution de la qualité de gaz en amont de l'installation de rebours,
    • une étape de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité,
    • une étape d'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur lorsque la qualité de gaz en entrée de chaque compresseur est inférieure, à la valeur limite de qualité déterminée.
  • Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, de plus :
    • une étape de détermination de valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité de gaz et
    • une étape de régulation du fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge à appliquer.
  • Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant identiques à ceux de l'installation objet de l'invention, ils ne sont pas rappelés ici.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 2 représente, partiellement et sous forme d'un schéma bloc, un réseau de transport et un réseau de distribution munis de moyens de communication avec l'installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 3 représente, partiellement et sous forme de schéma, un réseau de transport et de distribution avec des positionnements d'équipements de mesure et de résultats de calcul,
    • la figure 4 représente un algorithme de détermination de calcul de charge d'un compresseur en fonction de données distantes,
    • la figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes de fonctionnement d'une installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 6 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en débit du fonctionnement de l'installation de rebours,
    • la figure 7 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en pression du fonctionnement de l'installation de rebours,
    • la figure 8 illustre, sous forme de courbes, des évolutions de prédiction de pression et de valeur limite de déclenchement d'au moins un compresseur et
    • la figure 9 illustre, sous forme de courbes, des évolutions de prédiction de pression et de valeur limite de déclenchement d'un poste de détente et de livraison.
    DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
  • La figure 1 représente schématiquement une installation de rebours objet de l'invention. L'installation de rebours dispose d'un ensemble de fonctions techniques permettant de créer un flux de gaz en maîtrisant les conditions d'exploitation propres à un réseaux de transport 10 et à un réseau de distribution 15. Ces fonctions comportent :
    • l'analyse et le contrôle 19 de la qualité de gaz à compresser en conformité aux prescriptions techniques de l'opérateur de transport,
    • le comptage 20 des quantités transférées,
    • la compression du gaz en provenance du réseau de distribution 15, par au moins un compresseur 21, il s'agit généralement de compresseurs à moteur électrique et à pistons, avec deux ou trois étages de compression,
    • la régulation 24 en pression ou en débit,
    • la filtration 22, amont et aval,
    • la gestion 18 de la stabilité du fonctionnement du réseau de distribution,
    • les organes de sécurité 26 et
    • les outils de pilotage 24 et de suivi de l'installation de rebours.
  • Ces différentes fonctions sont décrites ci-dessous. Il s'y ajoute des utilités (sources électriques, réseau de communication, etc.) nécessaires à la conduite d'une installation industrielle. L'installation de rebours est dimensionnée en tenant compte :
    • de la pression d'exploitation du réseau de transport 10 et de celle du réseau de distribution 15. La première doit être comprise entre 30 et 60 bars sur le réseau régional et peut atteindre 85 bars sur le réseau principal. La seconde est de l'ordre de 4 à 19 bars sur les réseaux MPC (Réseau Moyenne Pression de type C, soit une pression entre 4 et 25 bars) et inférieure à 4 bars sur les réseaux MPB (Réseau Moyenne Pression de type B, soit une pression entre 50 millibars et 4 bars),
    • de la capacité maximale de production des producteurs de biométhane 17 susceptibles d'injecter du biométhane dans le réseau de distribution 15, capacité qui varie de quelques dizaines de Nm3/h pour les plus petites unités, à plusieurs centaines de Nm3/h pour les plus grosses,
    • de la consommation des consommateurs 16 sur le réseau de distribution 15, notamment la consommation minimale et
    • de la faculté du réseau de distribution 15 à absorber des variations de pression (volume en eau).
  • L'ensemble de ces données permet de déterminer le débit maximal de l'installation de rebours et d'estimer sa durée de fonctionnement. Cette durée peut varier, selon les cas, d'un fonctionnement occasionnel (10 à 15 % du temps) jusqu'à un fonctionnement quasi-permanent. Cet exercice doit aussi intégrer le fait que les installations des producteurs 17 ne sont pas mises en service simultanément mais au fur et à mesure des années.
  • Concernant l'analyse 19 de la conformité du gaz, des écarts existent entre les spécifications de qualité de gaz appliquées aux réseaux de transport 10 et de distribution 15, du fait des différentes pressions d'exploitation, de l'infrastructure, des matériaux, des usages et des interfaces avec les stockages souterrains. Les spécifications des réseaux de transport 10 sont généralement les plus contraignantes que celles des réseaux de distribution 10. Ainsi, pour garantir que l'installation de rebours de gaz du réseau de distribution 15 vers le réseau de transport 10 s'insère dans le fonctionnement opérationnel du réseau de transport 10, les dispositions suivantes sont prévues :
    • une unité de déshydratation 29 à l'amont de la compression 21, pour réduire les risques de condensation sur le réseau haute pression de transport, de formation d'hydrates et de corrosion,
    • en option, un laboratoire d'analyse des paramètres de combustion (indice de Wobbe, pouvoir calorifique et densité de gaz) pour injecter les injecter les relevés dans le système de détermination des énergies de l'opérateur de transport.
  • A la discrétion de l'opérateur de transport, l'analyse d'autres teneurs de composés (CO2, H2O, THT, etc.) est optionnelle et n'est réalisée que s'il y a un risque avéré de contamination du réseau de transport 10 (exemple : rebours d'un biométhane avec une forte teneur en CO2 sans possibilité de dilution sur les réseaux de distribution 15 et de transport 10, ou opéré à une pression très élevée).
  • Concernant le comptage de gaz 20, l'installation de rebours est équipée d'une chaîne de comptage constituée d'un compteur et d'un dispositif de détermination de l'énergie local ou régional conformément à la métrologie légale.
  • Concernant la compression de gaz, l'unité de compression permet de comprimer le surplus de production de biométhane à la pression de service du réseau de transport 10. En fonction de critères économiques et de disponibilités de l'installation, plusieurs configurations sont possibles, par exemple :
    • un compresseur 21 réalisant 100 % du besoin de rebours maximum,
    • deux compresseurs 21 réalisant chacun 100 % du besoin de rebours maximum où
    • deux compresseurs 21 réalisant chacun 50 % du besoin de rebours maximum.
  • La configuration est choisie par une étude des différents avantages et inconvénients en termes de coûts, de disponibilité, d'encombrement, et de possibilité d'évolution de l'unité de compression. La pression d'aspiration à considérer est la pression de service du réseau de distribution 15, qui dépend notamment des pressions d'injection des producteurs de biométhane 17. La pression de construction au refoulement à considérer est la pression maximale de service (« PMS ») du réseau de transport, par exemple 67,7 bars. Pour assurer le démarrage, la protection anti-pompage de chaque compresseur 21 (hors compresseur à pistons) ou le fonctionnement en recyclage stabilisé, un circuit de recyclage 27 muni d'une vanne 28 peut être prévu. Le circuit de recyclage détend du gaz à la deuxième pression et l'injecte en amont du compresseur lors de la mise en fonctionnement d'au moins un compresseur, sous la commande d'un automate 25.
  • L'étanchéité de chaque compresseur 21 peut être réalisée à l'huile ou à garniture sèche. Dans le premier cas, certaines dispositions de filtration sont mises en place (voir ci-dessous).
  • L'automate 25 réalise les fonctions de pilotage 24, de commande de fonctionnement, de taux de charge et d'arrêt de chaque compresseur 21 et de régulation et de stabilité 18 du réseau 15. On note que, dans toute la description, le terme « l'automate » signifie un automate ou un système informatique ou un ensemble d'automates et/ou de systèmes informatiques (par exemple un automate par fonction).
  • Concernant la régulation, l'évolution de la pression du réseau de distribution 15 à proximité de l'installation de rebours est corrélée au débit de gaz transitant par l'installation de rebours. Ces évolutions sont le résultat du fonctionnement dynamique des consommations de gaz sur le réseau de distribution 15, des capacités injectées de biométhane par les producteurs 17 et du fonctionnement de l'installation de livraison, par le biais d'une vanne 14, et de rebours. On intègre donc des possibilités d'adaptation de la plage de fonctionnement de la pression d'aspiration de l'installation de rebours, ainsi qu'une régulation des compresseurs 21 qui peut anticiper les contraintes s'exerçant sur le réseau de distribution 15, selon les configurations rencontrées. C'est une différence avec les postes de livraison sans rebours, pour lesquels la pression est régulée sur le point de livraison de façon à être fixe, quelles que soient les consommations par les consommateurs 16. En conséquence, le mode de régulation (pression ou débit) du flux en rebours vers le réseau de transport 10 est adapté au bon fonctionnement de l'installation de rebours.
  • Selon les spécifications des compresseurs et pour éviter leur détérioration ou du fait des contraintes liées au fonctionnement du réseau de transport 10, une filtration est prévue dans la fonction de conformité de qualité de gaz, en amont de la compression pour récupérer les éventuels liquides et les poussières contenues dans le gaz issu du réseau de distribution 15. De plus, dans le cas d'un compresseur 21 à étanchéité à l'huile, un filtre coalesceur 22 est installé en sortie du compresseur 21, par exemple avec une purge manuelle et un niveau visuel.
  • Un système de refroidissement 23 refroidit tout ou partie du gaz comprimé pour maintenir la température à l'aval, vers le réseau de transport 10, à une valeur inférieure à 55 °C (température de certification des équipements). Pour assurer le fonctionnement du système de refroidissement 23, celui-ci est dimensionné à partir de valeurs de température ambiante pertinentes selon les historiques météorologiques.
  • Le poste de livraison 12 est une installation, située à l'extrémité aval du réseau de transport qui permet la livraison du gaz naturel en fonction des besoins exprimés par le client (pression, débit, température...). Il s'agit donc de l'interface de détente du gaz du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15 ou vers certaines installations industrielles. Le poste de livraison 12 intègre donc des vannes de détente pour diminuer la pression pour s'adapter aux conditions imposées par l'aval.
  • Pour éviter des phénomènes d'instabilité, l'installation de rebours ne doit pas fonctionner simultanément avec le poste 12 de détente et livraison du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15. Des valeurs limites de démarrage et d'arrêt de l'installation de rebours sont fixées en conséquence et chaque automate 25 d'une installation combinant détente 12 et rebours est adapté de façon à interdire la simultanéité de ces deux fonctions. Les installations de rebours, lors de leur phase de démarrage, de fonctionnement et d'arrêt, limitent les perturbations du réseau amont (distribution 15) et du réseau aval (transport 10) en évitant notamment de déclencher des sécurités en pression du poste de livraison 12. Les paramètres suivants sont pris en compte :
    • nombre de cycles de démarrage et d'arrêt de chaque compresseur 21 et sa compatibilité avec les recommandations du fournisseur du compresseur 21,
    • le démarrage et l'arrêt de chaque compresseur 21 par une routine, faisant suite à une temporisation,
    • l'utilisation d'un volume tampon (non représenté) en amont de chaque compresseur 21, pour amortir les variations de pression et de débit du réseau de distribution 15.
  • Une fonction de pilotage et de supervision réalisée par l'automate 25 permet d'obtenir :
    • un mode de fonctionnement automatique,
    • une visualisation/supervision du fonctionnement de l'installation de rebours et
    • le démarrage de l'installation de rebours.
  • L'historisation des données est réalisée pour attester des conditions de fonctionnement.
  • En cas d'urgence, l'installation de rebours est isolée du réseau de distribution 15, par la fermeture de la vanne 14. Une fonction « arrêt d'urgence » permet d'arrêter et de mettre en sécurité l'installation de rebours. L'installation de rebours est aussi munie de dispositifs de sécurité en pression et en température 26. Il n'y a pas mise à l'évent automatique sauf contre-indication des études de sécurité. L'installation de rebours est équipée de systèmes de détection incendie et gaz 26. Un moyen de protection contre les sur-débits est prévu pour protéger les appareils, sous la forme d'un organe physique tel qu'un orifice de restriction ou par l'intermédiaire d'un automatisme.
  • On note que le débit d'un rebours peut varier de quelques centaines à quelques milliers de Nm3/h selon les cas.
  • L'automate 25 est doté :
    • d'un moyen de communication à distance 9, configuré pour recevoir au moins une valeur instantanée de pression et au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captées à distance sur le réseau en amont de l'installation de rebours,
    • d'un moyen de stockage 8 de données historiques et de prédiction,
    • d'un moyen de détermination 7 d'une valeur limite de pression pour l'arrêt ou le démarrage d'au moins un compresseur 21, en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    • d'un moyen 6 de détermination d'un taux de charge à appliquer à chaque compresseur 21 en fonction de la prédiction d'évolution de la pression, l'automate 25 commandant le fonctionnement de chaque compresseur 21 pour atteindre le taux de charge déterminé,
    • un moyen 5 de prédiction d'évolution de la qualité de gaz dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de qualité reçues,
    • un moyen 4 de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt d'au moins un compresseur 21 en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité, l'automate 25 commandant l'arrêt d'au moins un compresseur lorsque la qualité en entrée de chaque compresseur est inférieure à la valeur limite de qualité déterminée,
    • un moyen 3 de détermination d'un taux de charge à appliquer à chaque compresseur 21 en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité, l'automate 25 commandant le fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge déterminé.
    • un moyen 2 de sélection automatique d'un mode de régulation, soit en débit, soit en pression (par exemple, entre deux valeurs limites (SH et SB), le mode de régulation est une régulation en débit et, en dehors de l'intervalle entre ces deux valeurs limites, le mode de régulation est une régulation en pression.
  • La figure 2 représente le réseau de transport de gaz 10, le réseau de distribution 15, les consommateurs 16, les producteurs de biométhane 17, le poste de détente et de livraison 12 et l'installation de rebours 30.
  • Le réseau de transport 10 est muni d'un capteur de pression communicant 31 et d'un capteur de débit communicant 32. Le réseau de distribution 15 est muni d'un capteur de pression communicant 33 et d'un capteur de débit communicant 34. Une source d'informations météorologiques communicante 35 fournit des données météorologiques géolocalisées. Enfin, les producteurs de biométhane 17 sont reliés au réseau de distribution 15 par des points d'injection munis de capteurs de débit communicants 36.
  • Un réseau informatique (non représenté), par exemple internet sur réseau de téléphonie mobile, relie tous les capteurs communicants.
  • Le moyen de stockage et de prédiction 8 analyse les données reçues des différents capteurs et de la source 35, notamment les capteurs de pression 33 et de débit 34 et fournit, en fonction des données météorologiques et des jours et heures de la semaine (en tenant compte des jours fériés et des heures d'été et d'hiver), une prédiction de consommation sur le réseau de distribution 15.
  • L'invention met donc à disposition de l'installation de rebours la collecte et la transmission de données. Elle propose ainsi un échange de données sur trois volets distincts :
    • un partage de données entre le gestionnaire du réseau de distribution, en amont de l'installation de rebours, et le gestionnaire du réseau de transport, en aval du rebours,
    • la mise à disposition de données « mouvement de gaz » à l'exploitant (accès à des pressions et débits du réseau), exploitant qui peut ainsi orienter certaines interventions comme déterminer les durées suivantes :
      • ∘ durée dont il dispose pour intervenir sur l'installation entière ou en partie (exemple, le traitement du gaz, l'analyse du gaz) sans perturber les producteurs de biométhane,
      • ∘ durée dont il dispose avant de devoir intervenir sur site avant impact chez le producteur de biométhane, voire la nécessité ou pas, d'intervenir.
    • la télé-exploitation et la télémaintenance de l'installation de l'installation de rebours.
  • Concernant le partage des données entre les gestionnaires de réseaux, le gestionnaire du réseau de transport 10, en tant qu'exploitant de l'installation de rebours, dispose de données qualité du gaz entrant et des données de pressions et de débit du réseau de distribution.
  • L'échange des données qualité gaz permet de déterminer les caractéristiques du gaz comme la composition ou le PCS (Pouvoir Calorifique Supérieure) au niveau de l'installation de rebours et d'éviter de réaliser des analyses supplémentaires sur cette installation de rebours. Par rapport aux rebours existants, cette innovation permet donc de faire l'économie de certains analyseurs et de réduire ainsi les coûts d'investissement sur le rebours, mais aussi de s'affranchir temporairement de certains analyseurs. Pour ce faire, les postes biométhane injectant sur le réseau de distribution en question enregistrent en temps réel les informations gaz process et sécurité, ces informations sont ensuite envoyées par liaison internet à un serveur traitant ces données et les rendant accessibles au gestionnaire du réseau de distribution 15.
  • Différents algorithmes peuvent être utilisés :
    • une vérification directe des valeurs sur le réseau de distribution avec les valeurs limites (« seuils ») autorisées sur le réseau aval,
    • un calcul des mélanges de gaz réalisés sur le réseau de distribution avec les valeurs limites autorisées sur le réseau aval, par
      • ∘ soit un calcul en pourcentage molaire en amont du poste rebours,
      • ∘ soit des systèmes de traçage de la qualité par simulation des durées de transits en régime stationnaire, voire en intégrant les régimes dynamiques,
      • ο soit des systèmes de construction par maillage (par exemple de type Lagrangien) permettant de la reconstruction (le calcul) des données manquantes, dans ce cas, les données en entrée de la compression.
  • Les paramètres du modèle mathématique sont les données de description du réseau (rugosité, diamètre, longueur, puis éventuellement, des données du second ordre comme, la linéarité, les coefficients d'échange thermique de la canalisation et du sol, la profondeur d'enfouissement, ou toutes autres valeurs permettant d'affiner la description de l'ouvrage dans le modèle), le modèle étant alimenté par les données temporelles de qualité du gaz, débit et pression dont dispose le réseau amont,
    • les valeurs limites pouvant être admises sur le réseau aval pouvant être évolutives en fonction des caractéristiques du gaz du réseau aval et des quantités y transitant. Par exemple, un gaz circulant sans hydrogène (H2) sur le réseau en aval de la compression pourra accepter un gaz en amont de la compression au prorata molaire du mélange des deux gaz jusqu'à la limite admissible sur le réseau.
  • Le partage des pressions et des débits en temps réel du réseau de distribution 15 raccordé à l'installation de rebours 30 est réalisé par des capteurs de pression connectés et positionnés sur certains points critiques du réseau de distribution 15 mis en évidence par des études statiques et dynamiques. Ce partage de données permet d'optimiser le pilotage de l'installation de rebours (notamment sur les arrêts/démarrage et la charge) et de sécuriser le processus en anticipant les risques et les impacts sur le réseau de distribution 15.
  • Les figures 3 et 4 décrivent des réseaux de transport et de distribution et un algorithme de pilotage pouvant être mis en oeuvre, celui-ci permettant de définir le niveau de charge, le besoin de démarrage d'un compresseur (cas où le taux de charge est égal à 100%). A l'identique, un seuil bas peut être défini permettant de définir l'arrêt d'un compresseur. Un réseau de transport 10 et un réseau de distribution 15 sont interfacés par une installation de rebours 30 et un poste de détente et de distribution 42. On note que l'installation de rebours 30 peut être fixe, mobile (par exemple constituée de modules transportables sur camions) ou évolutive (l'installation comportant des emplacements et connecteurs pour l'ajout de compresseurs).
  • La figure 3 présente notamment un réseau de distribution avec :
    • trois points de livraison vers le réseau secondaire dit « de distribution » 15 (deux biométhanes 40 et 41 et un poste de détente et de livraison 42 du réseau de transport distant de l'installation de rebours 30),
    • cinq points de livraison 43 à 47 du réseau secondaire (légende : carré marqué d'un « L » indicé),
    • cinq capteurs de mesures de pression 48 à 52 (légende : rond marqué de « PM » indicé),
    • quatre pressions calculées 53 à 56 (légende : rond marqué d'un « PC » indicé). On note que les capteurs de mesures de pression et les lieux de calcul de pression ont été placés en figure 3 sans rechercher la compatibilité avec un calcul.
  • La figure 4 est un exemple de fonction mathématique permettant de définir le taux de charge de la compression. Les coefficients k sont déterminés par simulation ou par des mesures sur le réseau pouvant nécessiter des tests, ils peuvent aussi être issus d'une intelligence artificielle par apprentissage. Les coefficients k expriment l'importance (dit autrement, le poids ou la criticité) du point de mesure par rapport à la contrainte de pilotage. Si les informations issus de simulation ou d'analyse de mesures préalable ne désigne qu'un point de mesure contraignant pour le pilotage, alors celui-ci est appelé point critique (c'est le point utilisé pour le pilotage). Dans l'algorithme proposé, le coefficient k permet de changer de point critique en fonction des évolutions des évolutions de pression.
  • En figure 4 :
    • PX = PM ou PC
    • PXmax_i : pression max pouvant être atteinte à ce point, toutes les PXmax_i sont identiques dans le cas de la figure 3
    • PXmin_i : pression min pouvant être atteinte à ce point.
  • Au cours d'une étape 61, on détermine si le minimum, pour toute valeur de i, de kpX_hi * (PXmax_i - Pci)) > Seuilcharge_max
  • Si non, au cours d'une étape 62, on applique la formule charge (%) = 100 * mintout i (kpX_bi * (PXi - Pxmin_i)). Si le résultat de l'étape 61 est positif, au cours d'une étape 63, le taux de charge est fixé à 100 %.
  • Ainsi, plus le niveau de charge se rapproche des 100% sur son niveau bas de régulation, plus la connaissance de la charge par l'algorithme de la figure 4 permet d'accélérer ou de ralentir la compression (aussi appelé le « taux de charge ») en fonction de la distance entre les limites hautes et basses les plus proches. Les vitesses d'accélération et de ralentissement pourront être calculées par PID (Proportionnel/Intégral/Dérivé).
  • Le volet optimisation de l'exploitation vise à mettre à disposition des équipes d'exploitation du réseau de transport 10, des données de pression et débits du réseau, et ce aussi bien en temps réel que sur un historique de plusieurs mois. Cela permet ainsi à l'exploitant de visualiser sous la forme d'un schéma fonctionnel les données de pressions et débits du réseau. Il peut ainsi analyser plus rapidement une situation et mieux appréhender son intervention en ayant connaissance de tous les paramètres du réseau, chose qui n'est pas le cas aujourd'hui. Cela permet également une remontée d'alarmes lorsque simultanément l'installation de rebours 30 fonctionne et le poste d'injection 12 débite. Cette remontée d'information à l'exploitant est basée sur la technologie utilisée pour les applications « @home » du Dispatching National et des Centres de Surveillance Régionaux (CSR), en récupérant les informations du système de télégestion et en les présentant sous une forme directement exploitable par les équipes d'intervention.
  • Les données mises à disposition des équipes d'exploitation sont les données sources issues de l'acquisition, ainsi que toutes les données (intermédiaires et finales) calculées par les algorithmes proposés pour la mise en oeuvre de l'invention, ces données calculées étant horodatées. Ces données permettent aux équipes d'intervention de faire leurs propres analyses, par exemples des calculs simples de type prorata ou par comparaison avec des situations similaires déjà rencontrées. Les données collectées permettent, grâce à leur horodatage, aux équipes d'exploitation d'évaluer la durée dont elles disposent avant un besoin d'intervention, d'évaluer les conséquences d'une réduction du taux de charge sur un éventuel report de l'intervention, voire d'une capacité de non-intervention.
  • Le réseau informatique pour l'installation de rebours intègre également des fonctionnalités de télédiagnostic et de télémaintenance à destination des équipes opérationnelles internes du gestionnaire du réseau de transport 10 et des contractants en charge d'une partie de la maintenance. L'innovation réside en la possibilité de visualiser à distance les vues de la supervision/interface homme-machine de l'installation de rebours et de pouvoir configurer les analyseurs à distance et pas en uniquement en présentiel. Ces solutions facilitent les opérations de maintenance, réduisent la durée de mobilisation des équipes (réduction des trajets, concordance des plannings des différents acteurs impliqués etc.) et l'indisponibilité de l'installation de rebours, en comparaison avec les installations de rebours existantes.
  • L'automate 25 fixe :
    • une première valeur limite de pression servant au déclenchement du fonctionnement de chaque compresseur 21 de l'installation de rebours 30 et, éventuellement, pour le circuit de recyclage 27 et la vanne 28,
    • une deuxième valeur limite de pression servant pour l'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur 21 de l'installation de rebours 30,
    • une troisième valeur limite de pression servant pour le déclenchement du poste de détente et de fourniture 12, et
    • une quatrième valeur limite de pression servant pour l'arrêt du poste de détente et de fourniture 12 ;
    en fonction :
    • de la prédiction de consommation fournie par le moyen de prédiction 8,
    • des données reçues des différents capteurs, notamment les capteurs de pression 33 et de débit 34 et 36.
  • Puis, lorsque la pression du réseau de distribution 15 dépasse la première valeur limite ainsi fixée, l'automate 25 déclenche le fonctionnement d'au moins un compresseur 21 et, éventuellement, de la vanne 28. Inversement, lorsque la pression du réseau de distribution 15 franchit, en décroissant, la deuxième valeur limite ainsi fixée, l'automate 25 arrête le fonctionnement de chaque compresseur 21.
  • La figure 5 détaille des étapes d'un procédé 70 de fonctionnement de l'automate 25 commandant l'installation de rebours 30. On suppose, dans la figure 5 que chaque compresseur 21 de l'installation 30 est à l'arrêt et que le poste de détente et de livraison 12 est aussi à l'arrêt.
  • Au cours d'une étape 71, l'automate 25 reçoit et met en mémoire des valeurs instantanées de pression et de débit en provenance des différents capteurs, notamment les capteurs distants de pression 33 et de débit 34. L'automate 25 reçoit et met en mémoire aussi, préférentiellement, des valeurs instantanées de qualité de gaz captée à distance de l'installation de rebours 30.
  • Au cours d'une étape 72, l'automate 25 reçoit et met en mémoire des données météorologiques, notamment la température de l'air et le vent.
  • Au cours d'une étape 73, l'automate 25 réalise une prédiction de consommation sur le réseau de distribution 15, en fonction des données conservées en mémoire, du jour de la semaine et de l'heure et des données météorologiques reçues. Le jour de la semaine, l'heure, la température de l'air et le vent permettent, en particulier, à l'automate 25 de prédire la consommation des consommateurs 16, par traitement statistique et prédictif des données conservées en mémoire, par exemple sur une durée d'une heure. En y soustrayant le débit moyen par les producteurs 17, capté au niveau des points d'injection, par les capteurs 36, et en fonction de la durée d'injection moyenne pour chacun des producteurs, on prédit une évolution de la pression dans le réseau de distribution 15.
  • Au cours de l'étape 73, on réalise la prédiction d'évolution de la pression dans le réseau en amont de l'installation de rebours, et la prédiction d'évolution de la qualité de gaz en amont de l'installation de rebours.
  • Au cours d'une étape 74, en fonction de la prédiction de pression, l'automate détermine :
    • une première valeur limite de pression servant à l'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur 21 de l'installation de rebours 30 et, éventuellement, pour le circuit de recyclage 27 et la vanne 28,
    • une deuxième valeur limite de pression servant pour l'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur 21 de l'installation de rebours 30,
    • une troisième valeur limite de pression servant pour l'arrêt du poste de détente et de fourniture 12,
    • une quatrième valeur limite de pression servant pour l'arrêt du poste de détente et de fourniture 12 et
    • une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité,
  • En particulier, comme illustré en figure 8, si la prédiction 93 montre, en l'absence de livraison ou de compression, la survenance prochaine d'un maximum temporaire 94 de la pression à un niveau inférieur à la pression 90 tolérée momentanément par le réseau de distribution 15, la première valeur limite 91 est réhaussée jusqu'à une valeur 92 supérieure ou égale à ce maximum 93. Ce cas survient, par exemple, lorsque des producteurs injectent du biométhane sur le réseau de distribution quelques instants avant le démarrage probable d'installations professionnelles, industrielles ou commerciales consommatrices de gaz à des instants 95 et 96. On évite ainsi de déclencher la compression de gaz par le compresseur 21, suivi, quelques instants ensuite, de l'arrêt de ce compresseur 21 et de l'arrêt du poste de détente et de livraison 12.
  • Inversement, comme illustré en figure 9, si la prédiction 93 montre, en l'absence de livraison ou de compression, la survenance prochaine d'un minimum temporaire 97 de pression, la troisième valeur limite 98 est fixée à une valeur 99 inférieure ou égale à ce minimum 97. Ce cas survient, par exemple, quelques instants avant l'arrêt 101 probable d'installations professionnelles, industrielles ou commerciales consommatrices de gaz alors que des producteurs de biométhane commencent, à un instant 100, une injection de biométhane dont on sait, par déclaration ou par apprentissage, que la durée va s'étendre au-delà de le diminution de consommation prédite. On évite ainsi de déclencher le poste de détente et de livraison 12 suivi, quelques instants après, de l'arrêt du poste de détente et de livraison et de l'arrêt de la compression de gaz par le compresseur 21.
  • La deuxième et la quatrième valeurs limites sont fixées à des niveaux intermédiaires entre la première et la troisième valeur limite pour :
    • que la compression ne soit jamais simultanée à la détente et la livraison (la deuxième valeur limite est toujours supérieure à la quatrième valeur limite) et
    • que l'évolution prévisible de la pression (la compensation de l'évolution de pression en tenant compte de la compression et de la livraison) reste proche de la pression nominale de fonctionnement du réseau de distribution 15.
  • Les quatre valeurs limites sont ainsi optimisées pour limiter le nombre de cycles de démarrage et d'arrêt de chaque compresseur 21 et le nombre de cycles de démarrage et d'arrêt du poste de détente et livraison 12.
  • Au cours d'une étape 75, l'automate 25 détermine si la pression de gaz dans le réseau de distribution 15 franchit à la hausse la première ou la quatrième valeurs limites ou à la baisse la deuxième ou la troisième valeur limite. Si oui, l'automate 25 déclenche, respectivement, l'arrêt d'au moins un compresseur 21, l'arrêt du poste de détente et de livraison 12, l'arrêt de chaque compresseur 21 ou la mise en fonctionnement du poste de détente et de livraison 12.
  • Au cours de l'étape 75, l'automate 25 commande l'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur 21 lorsque la qualité de gaz en entrée de chaque compresseur 21 est inférieure, à la valeur limite de qualité déterminée.
  • On poursuit, au cours d'une étape 76, la capture de grandeurs physiques de pression et de débit. Au cours des étapes 77 et 78, lorsqu'au moins un compresseur 21 est mis en fonctionnement, l'automate 25 asservit le fonctionnement du circuit de recyclage 27 et de la vanne 28 pour amortir les oscillations de pression en amont et en aval de chaque compresseur 21. Puis, on retourne à l'étape 71.
  • Au cours de l'étape 77, l'automate 25 détermine des valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la pression. Au cours de l'étape 78, l'automate 25 régule le fonctionnement de chaque compresseur 21 pour atteindre le taux de charge ainsi déterminé. Eventuellement, l'automate 25 détermine aussi, au cours de l'étape 77, des valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité de gaz. Dans ce cas, au cours de l'étape 78, l'automate 25 régule le fonctionnement de chaque compresseur 21 pour atteindre le taux de charge ainsi déterminé.
  • Concernant l'étape 73, les prédictions sont réalisées par des calculs statistiques classiques. Bien entendu, celles-ci pourront être remplacées par une intelligence artificielle afin d'en augmenter la performance. Les données d'établissement statistiques pouvant être utilisées sont, de façon non exhaustive, les pressions du réseau amont, les débits d'entrée du gaz, les données calendaires comme les week-ends, jours fériés et congés, les données météorologiques (par exemple, température mesurées, ressentie, hydrométrie, vent), les débits des consommateurs et le débit des postes rebours. La donnée de sortie est la pression en entrée de chaque compresseur. Les écarts-types obtenus permettent de sélectionner les meilleurs corrélations et d'affecter des marges d'erreur à la corrélation retenue. Les résultats des corrélations sont utilisés de la façon suivante :
    • calcul de simulation permettant de disposer de la pression maximum autorisée à l'aspiration,
    • calcul de simulation permettant de disposer de la pression minimum à l'aspiration,
    • l'intégral de l'écart entre la pression corrélée et la pression minimum multiplié par le volume en eau du réseau amont permet de définir le débit pouvant être absorbé par la compression rebours dans la période de temps considérée,
    • l'intégral de l'écart entre la pression corrélée et la pression maximum multiplié par le volume en eau permet de définir le débit pouvant être réduit dans la compression rebours dans la période de temps considérée,
    • par comparaison des deux valeurs précédentes aux capacités du compresseur (débit minimum et maximum), le débit à comprimer est calculé. Celui-ci doit répondre :
      • ∘ s'il est détecté, au besoin de démarrer un autre compresseur, d'augmenter le débit des compresseurs en fonctionnement, jusqu'à ce que ce besoin disparaisse,
      • ∘ s'il est détecté, au besoin d'arrêter un compresseur, de minimiser le débit des compresseurs en fonctionnement, jusqu'à ce que ce besoin disparaisse.
  • On décrit, ci-dessous, deux types de régulations envisagées pour le compresseur. La régulation en débit signifie que le débit qui transite par le compresseur est constant lorsque le poste fonctionne. En revanche c'est bien la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) qui déclenche le démarrage et l'arrêt du compresseur lorsque cette pression atteint des valeurs limites fixées au cours de l'étape 74. La figure 6 représente un exemple d'évolution de la pression 80 en amont du compresseur et du débit 81 du compresseur, dans un cas où la valeur limite de pression de démarrage du compresseur est à 4,2 bars et où la valeur limite de pression d'arrêt du compresseur est à 2,5 bars. Lorsque la pression décroît entre ces deux valeurs limites au cours du fonctionnement du compresseur, l'automate régule le fonctionnement du compresseur pour avoir un débit constant de 700 Nm3/h.
  • Dans le cas de la régulation en pression, le débit qui transite dans le poste évolue pour que la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) reste constante. La figure 7 illustre un exemple d'évolution de la pression 80 en amont du compresseur et du débit 81 du compresseur avec une valeur consigne de pression en amont du compresseur de 4 bars, en fonction du débit 82 de gaz consommé par les consommateurs sur le réseau de distribution, du débit 83 de gaz injecté par des producteurs de biométhane sur le réseau de distribution. On observe aussi, en figure 7, le débit 84 de gaz fournit par le réseau de transport.
  • On voit, en figure 7, que dès que le débit de la consommation sur le réseau de distribution est inférieur au débit d'injection de biométhane, le poste de livraison s'arrête d'injecter du gaz depuis le réseau de transport et l'automate régule le compresseur pour que la pression du réseau de distribution soit constante quelles que soient les variations de la consommation sur le réseau de distribution.
  • Dans le cas de la présence de deux compresseurs, un premier compresseur assure le fonctionnement de l'installation de rebours jusqu'à sa limite de fonctionnement. En cas de besoin, l'automate commande le fonctionnement d'un deuxième compresseur pour compléter le débit de gaz traversant l'installation de rebours.
  • Les deux types de régulations ont les mêmes objectifs, à savoir maintenir la situation dans un état stable le plus longtemps possible, et ainsi limiter les accélérations et déclarations fréquentes de compresseurs et ou les arrêts et mises en marches successifs de compresseurs, voire de poste de livraison. Dans les pratiques actuelles, le choix du mode de pilotage se fait manuellement par un opérateur en fonction des historiques et de son analyse des événements futurs. La transcription algorithmique du choix pour un poste rebours est le rapport de proportionnalité entre la pression et le débit, c'est-à-dire, l'importance d'une variation de débit par rapport à une variation de pression à l'aspiration de la compression. Lorsque la variation de débit influe trop vite sur la variation de pression, le mode de pilotage est en pression, d'autant plus s'il existe très peu de souplesse entre les pressions minimum et maximum possibles à l'aspiration de la compression.
  • La présente invention permet un choix automatique du mode de régulation. Dans le cas où il est retenu un pilotage possible en débit, trois zones de pilotage sont définies. Au centre, le mode débit, et aux extrémités le pilotage en pression. Le choix du basculement d'un mode à l'autre se fait à des seuils de pression d'aspiration :
    • un seuil haut « SH » pour passer de débit à pression (SH réglable), SH à proximité de la pression maximum possible à l'aspiration,
    • le seuil haut SH moins epsilon 1 (E1), E1 réglable, SH - E1 seuil pour retourner en mode de régulation en débit, E1 permettant de limiter les changements de mode,
    • un seuil bas « SB » pour passer de débit à pression (SB réglable), SB à proximité de la pression minimum possible à l'aspiration,
    • le seuil haut SB moins epsilon 2 (E2), E2 réglable, SB - E2 seuil pour retourner en mode de régulation en débit, E2 permettant de limiter les changements de mode.
  • On décrit, ci-dessous, une méthode de calcul de débit à partir des modélisations des éléments de compression et de son recyclage. Ces méthodes sont existantes chez certains fournisseurs, l'innovation consiste à utiliser ses données en secours du comptage principal, et en diagnostic, le tout de façon automatique, voire, s'il n'est pas nécessaire d'avoir un comptage transactionnel, en remplacement du comptage du poste.
  • Toutes les méthodes de calcul de débit sont réalisées à partir de la pression amont (ou/et la pression aval) et le différentiel de pression amont/aval de l'élément sur lequel le débit va être modélisé. Le modèle est issu de lois mathématiques du métier de l'élément concerné.
  • Pour la vanne de régulation, le coefficient de débit « Cv » donné en fonction du pourcentage d'ouverture et les mesures de pression permettent de recalculer le débit transitant dans la vanne.
  • Pour un compresseur centrifuge, les adimensionnels (coefficients de débit et de rendement, et la vitesse de rotation du compresseur ou la puissance consommé par la motorisation du compresseur) et les mesures de pression permettent de recalculer le débit transitant dans un compresseur. Une autre méthode pour un compresseur centrifuge est la prise du différentiel de pression dans la volute d'entrée (terme usuel « dp-eye » ou « eye dp transmitter »), le modèle étant généralement fourni par le fournisseur du compresseur.
  • Pour un compresseur à piston, le débit est calculé à partir des dimensionnels du piston (volume comprimé, espaces morts, vitesse de rotation, et pouvant prendre en compte le paramètre de pilotage des clapets si ceux-ci sont pilotés) et les mesures de pression permettent de recalculer le débit comprimé.
  • Les débits calculés permettent de déterminer le débit exporté par le poste. Ce débit est alors :
    • comparé avec le débit mesuré pour détecter soit un problème sur les organes de transit (compresseur ou vanne de régulation) soit un problème sur le comptage, la comparaison génère une alarme télétransmise pour un diagnostic à distance et
    • utilisé automatiquement en remplacement du débit mesuré en cas de défaillance de celui-ci
  • La présente invention fournit aussi :
    • un moyen de détermination du débit transité à travers le rebours permettant de s'affranchir du comptage du poste à l'installation,
    • si l'installation de rebours est équipée d'un organe de mesure de débit la traversant, un moyen de détermination du débit transité à travers l'installation de rebours permettant de se substituer automatiquement au comptage de l'installation en cas de défaillance de ce comptage, et permettant de détecter un dysfonctionnement du compresseur ou de la vanne de recyclage (si installée),
    • un moyen de détermination du mode de pilotage optimum de la compression entre pression ou débit,
    • un système d'analyse permettant à des opérateurs distants ou pas de s'affranchir d'une intervention ou d'évaluer le délai maximum avant intervention.
  • Tout ce qui a été décrit ci-dessus concernant la prédiction de pression, est valable pour la prédiction de qualité de gaz. Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte ainsi :
    • un moyen d'analyse de qualité de gaz à compresser
    • un moyen de communication à distance pour recevoir au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captée à distance en amont ou en aval de l'installation de rebours,
    • un moyen de prédiction d'évolution de la qualité de gaz dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de qualité reçues,
    • un moyen de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité.
    L'automate commande l'arrêt d'au moins un compresseur lorsque la qualité en entrée de chaque compresseur est inférieure à la valeur limite de qualité déterminée.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, un moyen de détermination d'un taux de charge de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité, l'automate commandant le fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge déterminé.
  • Le moyen de détermination de valeur limite comporte préférentiellement un moyen de détermination de la capacité d'absorption d'un gaz non conforme (de faible qualité) en aval de l'installation de rebours, capacité permettant de s'affranchir d'un traitement ou de dépasser les capacités de traitement des installations existantes.
  • On donne, ci-dessous, plus de détails sur le moyen de prédiction, aussi appelé système prédictif.
  • On rappelle qu'un système prédictif a pour finalité la prédiction statistique d'un état ultérieur d'un système. Un tel système se base sur l'association statistique de valeurs passées de paramètres en entrée dits « prédicteurs » à au moins un état de sortie passé.
  • Dans un système prédictif à apprentissage, l'impact des prédicteurs sur l'état de sortie n'est pas initialement connu et fait l'objet d'un apprentissage. L'apprentissage consiste alors à affecter à chaque type de prédicteur une pondération statistique en fonction de la pertinence des valeurs passées du prédicteur dans l'estimation de l'état passé connu du système.
  • Une telle approche consiste donc à présupposer que l'impact relatif de l'ensemble des prédicteurs est inconnu ou modifiable au gré de l'apprentissage. Ainsi, un ensemble de coefficients peut évoluer avec le temps à mesure que de nouvelles valeurs de prédicteurs et d'état sont enregistrées dans la base de données sur laquelle se base l'algorithme d'apprentissage.
  • Les prédictions mises en oeuvre sont basées sur un apprentissage dynamique et des prédicteurs tels des profils de consommateurs, de fournisseurs, de capacités et temps de réponse de compresseurs de l'installation de rebours, d'inertie et de sécurité. L'apprentissage dynamique basé sur des algorithmes d'apprentissage automatique, d'intelligence artificielle et/ou des réseaux neuronaux, signifie que le système prédictif utilise des données historiques, notamment, pour un grand nombre de prédicteurs tels des dates et d'heures, des pressions constatées en différents points du réseau de distribution et des déclenchements et d'arrêts de sécurités, de détente, de rebours, de consommations, d'injections. Dans des variantes, ces données sont complétées par des données météorologiques. Le système prédictif continue de collecter ces données lorsque ce système prédictif est ensuite utilisé pour déclencher le fonctionnement et l'arrêt de l'installation de rebours et ses organes tels que vannes.
  • Lors de l'initialisation du système prédictif, on lui fournit par exemple, pour chaque consommateur de gaz et pour chaque fournisseur de gaz présent sur le réseau de distribution :
    • le profil de consommation ou d'injection de gaz,
    • la distance jusqu'à l'installation de rebours, et
    • le volume de gaz ou la surface de la section moyenne de canalisation, jusqu'à l'installation de rebours.
  • De plus, on fournit par exemple au modèle prédictif la topologie du réseau de distribution, avec ses embranchements et les positions des capteurs. On fournit encore au modèle prédictif les courbes de montée en fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours, par exemple. Enfin, on fournit, par exemple, au modèle prédictif les pressions limites de consigne initiales et de sécurité permanentes pour chaque branche du réseau de distribution.
  • Pendant le fonctionnement du système prédictif, il reçoit toutes les valeurs de pression, de débit, et d'analyse du gaz (suivant les besoins, un ou des constituants de la composition molaire ou soufre total, teneur en eau, ...) captées sur le réseau de distribution, en amont et en aval du poste de détente et de l'installation de rebours.
  • Sur cette base, ainsi que sur des données de calendrier (jours de la semaine, jour et moi, jours fériés) et horaires, ainsi que sur des données météorologiques et, éventuellement, des modèles agricoles permettant d'anticiper des consommations ou des injections de gaz, le système prédictif prédit l'évolution de la pression en amont ou en aval d'une installation de pression et donc, en fonction d'une valeur de sécurité de pression à ne pas dépasser, le besoin de démarrer ou d'arrêter l'installation de rebours ou, au contraire, le poste de détente du réseau de transport.
  • Le système prédictif permet de réguler le fonctionnement de l'installation de rebours et des postes de détente pour ne pas à avoir à arrêter le rebours ou le producteur de biométhane dont la qualité du gaz ne permet pas d'être acheminé en aval du rebours.
  • Le système prédictif caractérise ainsi des constantes de temps et des constantes de sécurité et prédit des valeurs de pression et/ou des valeurs de consignes de pression, pour différents régimes (injection, consommation, rebours et/ou détente, simultanés ou non) et différents moments (dans l'année, dans la semaine et/ou dans le journée).
  • Par exemple, sur un maillon faible du réseau de distribution (c'est-à-dire possédant une faible inertie ou un faible volume par rapport à consommation nominale ou maximale), on prévoit un signal d'arrêt d'urgence préventif de l'installation de rebours dès que la prédiction anticipe une chute de pression en deçà de la valeur consigne minimale.
  • De plus, le système prédictif détermine des moments préférentiels pour des arrêts de maintenance ou d'inspection, sur les mêmes bases. Ces moments préférentiels sont ceux qui minimisent une fonction de coût de ces arrêts.
  • On note que le système prédictif peut, selon les modes de réalisation, effectuer deux types de prédiction :
    • des prédictions de pression ou de qualité du gaz, dans un horizon de quelques minutes ou de quelques heures et/ou
    • des prédictions de valeurs de pression maximales et minimales de consigne à appliquer, de telles valeurs étant déterminées en fonction d'une évolution de pression prédite.
  • Dans le premier cas, on maintient les valeurs de consignes et de sécurité mais on utilise la prédiction de pression ou de qualité du gaz pour déterminer si un dépassement d'une valeur de consigne va se produire sans modification du régime de fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours et, si oui, si ce dépassement va être temporaire. Si ce dépassement ne va pas être temporaire, on modifie le régime de fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours. De même, on utilise la prédiction de pression ou de qualité du gaz pour déterminer si un dépassement d'une valeur de sécurité va se produire sans modification du régime de fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours et, si oui, on modifie le régime de fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours.
  • Dans le deuxième cas, les valeurs de consigne prédites sont mises en oeuvre pour le fonctionnement automatique des organes du poste de détente et de l'installation de rebours. Par exemple, dès que la pression du réseau de distribution devient, au niveau du poste de détente et de l'installation de rebours, inférieure à la valeur de consigne minimale prédite, le poste de détentes est mis en fonctionnement. Au contraire, dès que la pression du réseau de distribution devient, au niveau du poste de détente et de l'installation de rebours, supérieure à la valeur de consigne maximale prédite, l'installation de rebours est mise en fonctionnement.
  • Les termes de valeur de consigne et de sécurité peuvent être uniformes sur le réseau de distribution ou, au contraire, différents selon les portions et embranchements du réseau, ces portions et embranchements étant munis d'au moins un capteur de pression et/ou de débit.
  • Le moyen 7 de détermination de valeurs limites (« consigne ») de pression pour le démarrage ou l'arrêt d'au moins un compresseur de rebours, éventuellement intégré dans le système prédictif, comme exposé ci-dessus (deuxième cas), optimise un facteur de coût énergétique et/ou économique, basé sur le coût ou le gain lié aux événements de :
    • arrêt de sécurité,
    • opérations de maintenance réparation, inspection,
    • démarrage de l'installation de rebours et
    • côté gain, livraison et consommation.
  • Le moyen 7 de détermination de valeurs consignes limites de pression comporte, à cet effet, un calculateur de gain et de coût, énergétique et/ou économique.

Claims (14)

  1. Installation de rebours (30), qui comporte :
    - au moins un compresseur (21) pour comprimer du gaz en provenance d'un réseau (15),
    - un automate (25) de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur,
    - un moyen (9) de communication à distance pour recevoir au moins une valeur instantanée de pression captée à distance sur le réseau en amont de l'installation de rebours,
    - un moyen (8) de prédiction d'évolution de la pression dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de pression reçues,
    - un moyen (7) de détermination d'une valeur limite de pression pour l'arrêt et/ou d'une valeur limite de pression pour le démarrage d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    l'automate commandant l'arrêt ou le fonctionnement d'au moins un compresseur lorsque la pression en entrée de chaque compresseur est inférieure, respectivement supérieure, à la valeur limite de pression déterminée,
    caractérisée en ce que le moyen (8) de prédiction est configuré pour prédire des valeurs de pression maximales et minimales de consigne.
  2. Installation (30) selon la revendication 1, dans lequel le moyen (8) de prédiction met en oeuvre un apprentissage dynamique et des profils de consommateurs, de fournisseurs, de capacités et des temps de réponse de l'installation de rebours.
  3. Installation (30) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le moyen (8) de prédiction met en oeuvre des algorithmes d'intelligence artificielle et/ou des réseaux neuronaux.
  4. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen (8) de prédiction utilise des données historiques, notamment, pour un grand nombre de dates et d'heures, des pressions constatées en différents points du réseau de distribution et des déclenchements et d'arrêts de sécurités, de détente, de rebours, de consommations, d'injections.
  5. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen (8) de prédiction utilise des données météorologiques.
  6. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen (8) de prédiction utilise pour chaque consommateur de gaz et pour chaque fournisseur de gaz présent sur le réseau de distribution :
    - le profil de consommation ou d'injection de gaz,
    - la distance jusqu'à l'installation de rebours,
    - le volume de gaz ou la surface de la section moyenne de canalisation, jusqu'à l'installation de rebours.
  7. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen (8) de prédiction utilise la topologie du réseau de distribution, avec ses embranchements et les positions des capteurs.
  8. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le moyen (8) de prédiction utilise des courbes de montée en fonctionnement du poste de détente et de l'installation de rebours.
  9. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 8, qui comporte, de plus, un moyen (6) de détermination d'un taux de charge à appliquer à chaque compresseur (21) en fonction de la prédiction d'évolution de la pression, l'automate (25) commandant le fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge déterminé.
  10. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 9, qui comporte, de plus,
    - un moyen (19) d'analyse de qualité de gaz à compresser,
    - le moyen (9) de communication à distance étant configuré pour recevoir au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captée à distance en amont ou en aval de l'installation de rebours,
    - un moyen (5) de prédiction d'évolution de la qualité de gaz dans le réseau en amont de l'installation de rebours, en fonction, au moins, des valeurs de qualité reçues,
    - un moyen (4) de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt d'au moins un compresseur (21) en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité,
    l'automate (25) commandant l'arrêt d'au moins un compresseur lorsque la qualité en entrée de chaque compresseur est inférieure à la valeur limite de qualité déterminée.
  11. Installation (30) selon l'une des revendications 1 à 10, qui comporte, de plus, un moyen (2) de sélection automatique d'un mode de régulation, soit en débit, soit en pression, dans laquelle, entre deux valeurs limites (SH, SB), le mode de régulation est une régulation en débit et, en dehors de l'intervalle entre ces deux valeurs limites, le mode de régulation est une régulation en pression.
  12. Procédé (70) de fonctionnement d'une installation de rebours (30) comportant :
    - au moins un compresseur (21) pour comprimer du gaz en provenance d'un réseau (15),
    - un automate (25) de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur,
    procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - une étape (71) de réception, depuis un capteur distant, d'au moins une valeur instantanée de pression captée à distance de l'installation de rebours,
    - une étape (73) de prédiction d'évolution de la pression dans le réseau en amont de l'installation de rebours et des valeurs de pression maximales et minimales de consigne,
    - une étape (74) de détermination d'une valeur limite de pression pour l'arrêt ou le démarrage d'au moins un compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    - une étape (75) d'arrêt ou de démarrage, respectivement, du fonctionnement d'au moins un compresseur lorsque la pression en entrée de chaque compresseur est inférieure, respectivement supérieure, à la valeur limite de pression déterminée.
  13. Procédé (70) selon la revendication 12, qui comporte, de plus :
    - une étape (77) de détermination de valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la pression,
    - une étape (78) de régulation du fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge à appliquer.
  14. Procédé (70) selon l'une des revendications 12 ou 13, qui comporte, de plus :
    - une étape (71) de réception, depuis un capteur distant, d'au moins une valeur instantanée de qualité de gaz captée à distance de l'installation de rebours,
    - une étape (73) de prédiction d'évolution de la qualité de gaz en amont de l'installation de rebours,
    - une étape (74) de détermination d'une valeur limite de qualité de gaz pour l'arrêt de chaque compresseur en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité,
    - une étape (75) d'arrêt du fonctionnement de chaque compresseur lorsque la qualité de gaz en entrée de chaque compresseur est inférieure, à la valeur limite de qualité déterminée,
    - une étape (77) de détermination de valeurs de charge de la compression à appliquer en fonction de la prédiction d'évolution de la qualité de gaz et
    - une étape (78) de régulation du fonctionnement de chaque compresseur pour atteindre le taux de charge à appliquer.
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