La prochaine vague d'efficacité des projets GNL

La solution GNL modulaire de Baker Hughes, appelée NMBL.

Baker Hughes positionne la conception modulaire de GNL, l'électrification et les outils de performance basés sur l'IA comme des piliers centraux de la prochaine phase de développement des projets de liquéfaction, alors que les opérateurs s'efforcent d'améliorer l'efficacité, de réduire les émissions et de diminuer les coûts du cycle de vie des installations nouvelles et existantes.

Dans un entretien accordé à COMPRESSORtech2 , Andrea Intieri, responsable de la plateforme GNL chez Baker Hughes, a déclaré que l'entreprise considère le gaz naturel et le GNL comme des sources d'énergie essentielles à long terme et qu'elle oriente son portefeuille technologique vers des configurations d'usines plus rapides à commercialiser, moins polluantes et plus flexibles. Cet entretien a eu lieu lors de la réunion annuelle de Baker Hughes à Florence, en Italie.

Andrea Intieri

« Nous vivons bel et bien à l'ère du gaz », a déclaré Intieri. « Nous constatons de réelles opportunités d'améliorer l'efficacité, de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de diminuer les coûts. Ces améliorations peuvent être mises en œuvre aussi bien sur de nouveaux projets que sur des projets existants. »

Un changement majeur s'opère actuellement : le recours croissant à des trains de GNL modulaires de taille moyenne, en remplacement des grands trains traditionnels d'une capacité supérieure à 5 millions de tonnes par an. Selon Intieri, les développeurs fractionnent de plus en plus la capacité équivalente en plusieurs trains plus petits, d'une capacité typique de 0,8 à 2 millions de tonnes par an chacun, afin de réduire les risques et d'optimiser les délais de livraison.

Baker Hughes a développé une solution GNL modulaire baptisée NMBL, conçue autour de blocs de liquéfaction standardisés et reproductibles de taille moyenne. Chaque NMBL intègre un module pour les équipements de traitement principaux, tandis que l'unité froide, le réservoir tampon et les systèmes de compression sont configurés en externe, offrant ainsi une grande flexibilité dans le choix des moteurs et l'adaptation de la capacité.

Plutôt que de construire de grands modules personnalisés pour chaque projet, Intieri a déclaré que la nouvelle approche met l'accent sur des « familles » de modules standardisées qui peuvent être répliquées et mises à l'échelle.

« L’enjeu est de disposer de trains plus petits, préconçus, standardisés, reproductibles et modulables », a-t-il déclaré. « Ainsi, nous faisons franchir une nouvelle étape à la standardisation dans le secteur. »

Il a expliqué que les conceptions modulaires permettent une fabrication dans des environnements contrôlés, améliorant ainsi la sécurité et la qualité tout en réduisant l'exposition de la main-d'œuvre sur le terrain – un facteur important le long de la côte américaine du Golfe, où la disponibilité et le coût de la main-d'œuvre restent des préoccupations constantes.

Il a fait remarquer que de nombreux projets mondiaux adoptent désormais des concepts de trains modulaires ou de taille moyenne, ce qui montre que cette approche est passée de la théorie à la mise en œuvre commerciale.

L'électrification constitue une autre tendance technologique majeure, de plus en plus de développeurs de GNL évaluant la compression par moteur électrique au lieu des entraînements mécaniques traditionnels par turbine à gaz. Selon Intieri, l'électrification peut améliorer l'efficacité globale de l'installation et réduire considérablement les émissions sur site, en fonction de la source d'énergie.

« Nous pensons que l’électrification restera l’une des pierres angulaires de l’industrie du GNL », a-t-il déclaré.

Il a cité en exemple des projets au Canada utilisant l'énergie hydroélectrique et des développements au Moyen-Orient s'appuyant sur des réseaux nucléaires, démontrant ainsi que les trains de GNL à propulsion électrique peuvent réduire sensiblement l'intensité carbone. L'électrification a également influencé l'acquisition par Baker Hughes, ces dernières années, de capacités de production de moteurs et de générateurs électriques, notamment avec BRUSH Power Generation, permettant une intégration plus poussée entre les équipements rotatifs et les systèmes électriques.

En associant des compresseurs internes à des moteurs et générateurs électriques, Intieri a déclaré que l'entreprise peut optimiser l'ensemble de la chaîne de production et traiter les risques d'interaction électromécanique plus tôt dans la conception grâce à des études et des tests intégrés.

Du côté des turbomachines, Intieri a indiqué que les gains d'efficacité proviennent à la fois des améliorations technologiques des compresseurs et des moteurs.

Selon lui, les nouvelles conceptions d'étages de compresseur et de roues permettent d'atteindre des rendements supérieurs à 87 %, tandis que les turbines à gaz dérivées de l'aérodynamique améliorent le rendement des entraînements mécaniques par rapport aux unités industrielles. Il a cité la turbine de classe LM9000, dont le rendement dépasse 44 % selon la norme ISO, comme exemple de technologie d'entraînement mécanique à haut rendement adoptée pour la compression du GNL.

« Une meilleure efficacité du moteur et du compresseur se traduit directement par une consommation de carburant moindre et des émissions réduites par tonne de GNL produite », a-t-il déclaré.

Bien que les nouveaux projets de construction de gaz naturel liquéfié (GNL) puissent intégrer des mesures d'efficacité et de réduction des émissions dès la phase de conception, Intieri a déclaré que les usines existantes sur des sites industriels matures offrent également d'importantes possibilités de modernisation.

Une solution consiste à réorganiser les compresseurs, c'est-à-dire à remplacer les groupes motocompresseurs par des composants aérodynamiques de nouvelle génération tout en conservant le carter existant. Cette technique permet d'améliorer l'efficacité à plusieurs niveaux sans modifier l'emprise au sol de l'installation.

Les systèmes numériques jouent également un rôle croissant dans l'optimisation des installations existantes. Baker Hughes déploie des plateformes numériques à l'échelle de l'ensemble des actifs et dédiées aux équipements rotatifs, qui collectent les données d'exploitation, surveillent l'état des installations et recommandent des actions de maintenance et d'amélioration des performances.

« Dans le cadre d'une rénovation de site industriel, vous exploitez une infrastructure existante et fonctionnelle depuis de nombreuses années », a déclaré Intieri. « Vous pouvez améliorer l'efficacité grâce à des mises à niveau et exploiter de nombreuses opportunités grâce à l'adoption du numérique. »

Intieri a décrit la numérisation et l'analyse basée sur l'IA comme une frontière majeure pour les opérations de GNL, notamment en matière de stratégie de maintenance et d'optimisation de la production.

Les modules GNL numériques et les turbomachines connectées permettent une surveillance continue de l'état des équipements, offrant ainsi aux opérateurs la possibilité de passer d'une maintenance programmée à une maintenance conditionnelle. Grâce à la transmission continue des données et aux modèles prédictifs, la maintenance peut être avancée ou reportée en fonction de l'état réel des équipements plutôt que selon des intervalles fixes.

Au-delà de la maintenance, des outils basés sur l'IA sont utilisés pour optimiser les performances des installations en fonction de l'évolution des conditions telles que la composition du gaz d'alimentation, la température ambiante et les pressions de fonctionnement.

Étant donné que les trains de GNL fonctionnent rarement exactement à leur point de conception, Intieri a déclaré que les modèles d'IA et les réseaux neuronaux peuvent recommander des ajustements de fonctionnement — tels que des modifications de la composition du réfrigérant mixte — pour maintenir des performances plus proches de l'optimum dans des conditions variables.

« L’objectif est d’éliminer les imprévus et d’optimiser constamment les performances », a-t-il déclaré. « L’optimisation de la production est sans doute le domaine le plus fascinant. »

La profondeur des données issues de la surveillance à distance à long terme de milliers d'actifs rotatifs renforce également la précision de l'entraînement des modèles et du diagnostic, a-t-il ajouté.

Pour l'avenir, M. Intieri a indiqué que Baker Hughes continue d'investir massivement dans la recherche et le développement dans les domaines du GNL, du numérique et des technologies bas carbone. Il prévoit que les progrès réalisés en matière d'optimisation par l'IA, de systèmes de captage du carbone et d'hydrogène, ainsi que d'autres carburants bas carbone, influenceront la conception et l'exploitation des usines de GNL au cours des prochaines années.

« Le numérique offrira de nombreuses opportunités », a-t-il déclaré. « Les technologies propres et les nouvelles solutions énergétiques – captage du carbone, hydrogène – constituent un autre domaine d'exploration important. Nous prévoyons d'intégrer ces technologies au GNL afin de franchir une nouvelle étape vers la décarbonation. »

Il a ajouté que les récents projets de GNL adoptant des turbines aérodérivées à haut rendement et des trains modulaires de taille moyenne indiquent où se concentrera une grande partie de l'innovation à court terme.