Amélioration plutôt que relèvement de puissance: Une approche technique, écologique et économique

Par comparaison avec un projet de relèvement de puissance, l’allongement des pales d’éoliennes RBE constitue une approche plus économique et écologique d’améliorer la génération énergétique.

Par le passé, certains parcs éoliens ont été installés dans des sites qui ne correspondent pas à leurs classes de vent appropriées. Les raisons en sont diverses: insuffisance des outils de planification ou manque d’expérience des promoteurs de parcs éoliens. Il en a résulté des pertes annuelles de production d’énergie et parfois une baisse de la rentabilité des parcs à des niveaux critiques. Pour augmenter la quantité d’énergie produite annuellement par les parcs éoliens ou par une éolienne isolée, plusieurs solutions d’amélioration ont été envisagées et testées expérimentalement sur de tels sites.

Le projet en question a été commandé et lancé par EnergieKontor, propriétaire et exploitant du parc éolien. Le partenaire de recherche, University of Applied Sciences Bremerhaven, a été chargé de la conception, de l’hypothèse des charges et des calculs de mesures. Les nouveaux segments de pointe ont été fabriqués en Allemagne et DEWI-OCC a été chargé du suivi du projet en tant qu’organe de certification accrédité.

Pour améliorer l’efficacité du rotor, il faut une connaissance approfondie de la conception de la turbine. Par conséquent, pour modifier les pales et augmenter la production d’électricité, certaines propriétés de la turbine dans son ensemble peuvent également devoir être modifiées. Par exemple, une augmentation des charges limites et de fatigue, le changement des fréquences naturelles des composants, le contrôle du comportement, les émissions sonores et finalement le document de certification du type d’éolienne. Cette recherche s’est fondée sur l’équation de la courbe de puissance d’une éolienne, qui peut être exprimée comme suit:

P = ρ/2 · v3 · cp · Arotor

P – Puissance électrique

ρ – Densité de l’air

v – Vitesse du vent à la hauteur du moyeu

cp – Coefficient de puissance du rotor

Arotor – Surface de balayage du rotor (hélice)

Tous les paramètres ne sont pas susceptibles d’être modifiés pour optimiser une éolienne existante. En fonction du profil vertical au vent, la hauteur de la tour peut être augmentée afin de gagner de la vitesse de vent. À mesure que la puissance augmente au cube, une augmentation de la hauteur du moyeu se traduira par une solution économique pour la nouvelle installation. Pour les sites en zone de basse vitesse éolienne, on peut installer un générateur plus petit et plus efficace à des basses vitesses éoliennes par comparaison avec une installation plus élevée. Les deux méthodes sont très coûteuses. Par ailleurs, l’efficacité du rotor peut être améliorée en optimisant l’aérodynamique ou la stratégie de contrôle. Finalement, la surface balayée peut être accrue en augmentant le diamètre du rotor. Toutes ces modifications peuvent être apportées si l’éolienne est optimisée pour un site à l’intérieur des terres dans la conception originale du fabricant.

Cependant, si le concepteur du parc éolien choisit une « mauvaise » turbine ou si le potentiel éolien à long terme a été surestimé, la plupart des paramètres mentionnés ci-dessus ne peuvent pas être modifiés sans que les coûts n’augmentent de manière vertigineuse. Il a été établi que l’accroissement du diamètre du rotor est le choix économiquement le plus intéressant. Deux méthodes peuvent alors être appliquées:

  • Une rallonge placée entre le moyeu et la base de la pale;
  • Allonger la pointe des pales.

La première option implique un démontage des pales, qui requiert une intervention assez lourde sur toute la structure et qui entraîne une augmentation trop importante des charges déterministes sur les composants de la turbine. La seconde solution a l’avantage de pouvoir être appliquée directement sur l’hélice, ce qui est la méthode la plus efficace pour résoudre le problème.

En ce qui concerne le parc éolien analysé, onze éoliennes de 1 MW conçues pour IEC class II ou zone éolienne 3, conformément aux techniques recommandées par l’institut allemand pour le bâtiment (DIBt), ont fonctionné pendant 8 ans avec des niveaux de débit moindres qu’attendus. Des mesures prises sur les conditions de vent ainsi qu’un monitorage de l’énergie produite depuis la construction du parc éolien ont montré que le potentiel éolien était bien moindre que ce qui était attendu et que les turbines étaient conçues pour des zones de vents plus forts.

Un ensemble-prototype de segments d’allongement de pales a été conçu, fabriqué et testé avec succès en laboratoire et sur le terrain. Les prises de mesure ont montré un changement (attendu) des fréquences naturelles d’environ -2,5% sans qu’aucune résonance ou vibration parasite ne soient détectées. L’éolienne modifiée a été testée jusqu’à des vitesses de vent fort à très fort. Aucun autre bruit n’a été identifié. La procédure de certification connexe s’est avérée être un outil efficace pour le type de projet en question.

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L’intervention d’allongement des pales RBE a confirmé les attentes d’amélioration de la productivité. Ceci a pu être validé après plusieurs mois d’exploitation en comparant avec une éolienne voisine, laquelle avait été mise sous monitorage dans une campagne de long terme précédente. L’amortissement de la modification en série est de trois ans.

L’assemblage des pointes d’allongement sur place sur une pale en suspension, qui  évite de devoir utiliser des engins lourds et de supporter de longues périodes de mise à l’arrêt, a été testé et s’est avéré être une méthodologie appropriée. Par conséquent, les coûts totaux de la modification d’une unique éolienne représentent une amélioration économique et écologique qui évite de devoir effectuer un relèvement de puissance dans tout le parc éolien.

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Pour en savoir plus sur l’allongement de pale de rotor RBE sur une pale en suspension, cliquez ici ou contactez-nous pour obtenir plus de détails sur l’accroissement de productivité de votre parc éolien.

Consultez ici l’article intégral « Improving instead of Repowering: a Technical, Ecological and Economic approach« , publié par Henry Seifert (Hochschule Bremerhaven; Institute for Wind Energy fk-wind), Jürgen Kröning (DEWI – OCC GmbH), Hergen Bolte et Torsten Rotermund (EnergieKontor AG).