Augmentation de 6 % de la production d'énergie annuelle avec des ailerons de bord de fuite en PRFV pour pales d'éoliennes

La start-up de l'énergie éolienne, evoblade, une spin-off de l'Institut de Technologie Aérospatiale (IAT) de l'Université des Sciences Appliquées de Brême (Allemagne), a développé un aileron de bord de fuite rétro-montable pour pales de rotor avec l'aide de Deutsche Windtechnik AG (Brême) et Wirtschaftsförderung Bremen. Les résultats d'une étude d'optimisation et de test côte à côte de l'EvoFlap confirment maintenant que l'installation de l'aileron peut améliorer l'écoulement aérodynamique dans la zone de la racine de la pale, résultant en une efficacité et une performance améliorées du système d'éolienne.

« Les pales de rotor ont un impact significatif sur la performance technique et économique d'une éolienne », dit le Dr-Ing. Frank Kortenstedde, fondateur et PDG d'evoblade. « En développant et optimisant un élément d'écoulement rétro-montable, nous voulions atteindre une amélioration technique et économique des propriétés des systèmes existants qui tire parti des avancées dans la compréhension technique. »

L'EvoFlap peut être adapté à différents types de pales de rotor. Le type de turbine NEG Micon NM 82 avec une puissance nominale de 1,5 mégawatt (MW) et une longueur de pale de rotor de 40 mètres a été sélectionné comme système de base pour l'optimisation. L'aileron additionnel, composé d'une construction sandwich en polymère renforcé de fibre de verre (PRFV), a une longueur totale de 10 mètres, divisée en sept segments pour permettre l'assemblage directement sur une pale de rotor installée.

« La pale n'a pas besoin d'être retirée du moyeu pour permettre l'installation de l'EvoFlap, et cela réduit la quantité de travail et les coûts », souligne Frank Kortenstedde. « De plus, la structure de la pale n'est pas endommagée par le collage des segments sur elle, et l'EvoFlap se fond harmonieusement avec le design de la pale. » Pour valider la production d'énergie annuelle, la société ROMO Wind (Einsiedeln, Suisse) a été mandatée pour effectuer une surveillance de performance indépendante en utilisant la technologie d'anémomètre iSpin, qui mesure la vitesse du vent devant la turbine pour des données directes et non perturbées. En plus du système de test, une deuxième turbine (adjacente) du même type a été équipée de la technologie iSpin comme système de référence.

Les résultats de l'étude côte à côte, qui s'est déroulée d'août 2015 à mars 2019, ont confirmé l'augmentation de la production d'énergie annuelle (AEP), qui avait été prédite en utilisant des données simulées. Les résultats récents montrent également une augmentation de 6 % de l'AEP avec une vitesse de vent annuelle moyenne de 7 mètres par seconde. En plus d'augmenter le rendement, il a été démontré que l'EvoFlap augmente également la résistance à la flexion et à la torsion de la pale de rotor, ce qui améliore la durée de vie globale de la pale.

« Selon la durée de vie utile de l'EvoFlap, une extension possible de 1,2 à 2,6 ans au-delà de la durée de vie maximale de 20 ans peut être atteinte », explique Frank Kortenstedde. « Un très haut niveau de transfert technologique a été atteint. La rétro-installation de tels éléments d'écoulement à grande échelle est actuellement l'exception absolue. Néanmoins, ce projet de recherche montre des effets positifs potentiels significatifs. »

Selon evoblade et ses partenaires, l'EvoFlap peut théoriquement être installé sur toutes les éoliennes qui ont un design élancé dans la zone de la racine de la pale. Cependant, bien que l'élément d'écoulement soit approprié comme solution de rétrofit, il doit être adapté aux caractéristiques individuelles du type de pale correspondant.

« Même si la rétro-installation d'éléments d'écoulement n'est pas toujours une option, et que la conception initiale et les caractéristiques des turbines relèvent des fabricants de systèmes, nous sommes toujours très heureux de participer et de soutenir des projets de recherche comme celui-ci qui regardent les technologies du futur », ajoute Matthias Brandt, directeur de Deutsche Windtechnik AG. « Les résultats vont dans la bonne direction et aident toute l'industrie ! »