La recherche vise à améliorer l'efficacité des éoliennes

Une étape importante dans l'histoire des énergies renouvelables s'est produite en 2008, lorsque plus de nouvelles capacités de production d'énergie éolienne ont été ajoutées aux États-Unis que la nouvelle production d'électricité au charbon. Les coûts de production d'électricité avec des éoliennes continuent de baisser, mais de nombreux ingénieurs estiment que la conception globale des éoliennes est encore loin d'être optimale.

De nouvelles idées pour améliorer l'efficacité des éoliennes ont été présentées récemment lors de la réunion de l'American Physical Society Division of Fluid Dynamics à Long Beach, en Californie.

L'un des problèmes auxquels est confronté l'efficacité de l'énergie éolienne est le vent lui-même – en particulier, sa variabilité. Les performances aérodynamiques d'une éolienne sont optimales sous un vent constant, et l'efficacité des pales se dégrade lorsqu'elles sont exposées à des conditions telles que des rafales de vent, un écoulement turbulent, des sillages de turbine en amont et un cisaillement du vent.

Désormais, un nouveau type de technologie de circulation d'air pourrait bientôt augmenter l'efficacité des grandes éoliennes dans de nombreuses conditions de vent différentes.

Les chercheurs de l'Université de Syracuse Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser et Hiroshi Higuchi testent de nouvelles méthodes de contrôle de flux actif basées sur des systèmes intelligents avec le soutien du département américain de l'Énergie par l'intermédiaire du Consortium pour l'énergie éolienne de l'Université du Minnesota. L'approche estime les conditions d'écoulement sur les surfaces des pales à partir des mesures de surface, puis transmet ces informations à un contrôleur intelligent pour mettre en œuvre un actionnement en temps réel sur les pales afin de contrôler le flux d'air et d'augmenter l'efficacité globale du système éolien. Le travail peut également réduire le bruit et les vibrations excessifs dus à la séparation des flux.

Les premiers résultats de la simulation suggèrent que le contrôle du débit appliqué sur le côté extérieur de la pale au-delà du demi-rayon pourrait élargir considérablement la plage de fonctionnement globale de l'éolienne avec la même puissance nominale ou augmenter considérablement la puissance nominale pour le même niveau de plage de fonctionnement . L'équipe étudie également un profil aérodynamique caractéristique dans une nouvelle soufflerie anéchoïque à l'Université de Syracuse pour déterminer les caractéristiques de portance et de traînée du profil aérodynamique avec un contrôle de flux approprié tout en étant exposé à une instabilité d'écoulement à grande échelle. De plus, les effets du contrôle du débit sur le spectre de bruit de l'éolienne seront également évalués et mesurés dans la chambre anéchoïque.

Un autre problème avec l'énergie éolienne est la traînée, la résistance ressentie par les pales de la turbine lorsqu'elles battent l'air. Des scientifiques de l'Université du Minnesota se sont penchés sur l'effet de réduction de la traînée en plaçant de minuscules rainures sur les aubes de turbine. Les rainures se présentent sous la forme de nervures triangulaires entaillées dans un revêtement sur la surface de la lame. Ils sont si peu profonds (entre 40 et 225 microns) qu'ils ne peuvent pas être vus par l'œil humain, laissant les lames parfaitement lisses.

À l'aide d'essais en soufflerie de surfaces aérodynamiques de turbine de 2,5 mégawatts (devenant l'une des normes populaires de l'industrie) et de simulations informatiques, ils examinent l'efficacité de diverses géométries de rainure et angles d'attaque (comment les pales sont positionnées par rapport au flux d'air ).

Des nervures comme celles-ci ont déjà été utilisées dans les voiles des voiliers participant à la dernière régate de l'America's Cup et sur l'avion de ligne Airbus, où elles ont produit une réduction de traînée d'environ 6 %. La conception des pales d'éoliennes était, au début, étroitement analogue à celle des ailes d'avion. Mais en raison de différents problèmes d'ingénierie, tels que les aubes de turbine ayant une section transversale beaucoup plus épaisse près du moyeu et les éoliennes devant faire face à des turbulences particulières près du sol, la réduction de la traînée ne sera pas tout à fait la même pour les éoliennes.

Les chercheurs de l'Université du Minnesota Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro et Fotis Sotiropoulos pensent que les riblets augmenteront l'efficacité des éoliennes d'environ 3 %.