La réduction des sillages des éoliennes pourrait sauver des millions de parcs éoliens

Les chercheurs collectent les données les plus complètes sur la façon dont les vents se déplacent dans les centrales éoliennes pour aider à concevoir des centrales plus efficaces et à réduire les coûts de l'énergie éolienne

"Les moulins à vent", a déclaré Bob Kerr, "ne mangent pas".

Pendant des années de sécheresse, Kerr, un éleveur de bétail et producteur de blé de l'Oklahoma, a vu les étangs de ses terres agricoles disparaître dans la terre agglomérée. Sans eau, son blé et son bétail ne survivraient jamais. Et s’ils ne survivaient pas, la ferme pourrait ne pas survivre non plus.

Ainsi, après 43 ans, Kerr a décidé de cultiver quelque chose de complètement différent : l’énergie éolienne. Il a loué ses terres asséchées à un parc éolien. "C'est un revenu stable et fiable", dit-il. dit National Public Radio. « Je n'ai pas à m'inquiéter de les nourrir, je n'ai pas à m'inquiéter de briser la glace pour eux en hiver, je n'ai pas à m'inquiéter de voir ces moulins à vent sortir sur la route. C'est juste un accord sans souci.

Cet accord pourrait bientôt être encore meilleur pour les agriculteurs comme Kerr qui vivent dans des États riches en vent comme l’Oklahoma. Au printemps 2022, des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) lanceront une campagne internationale et multi-institutionnelle sur le terrain de l'énergie éolienne appelée la Expérience américaine WAKE (AWAKEN). Financée par le Bureau des technologies de l'énergie éolienne du Département américain de l'énergie (DOE), l'étude rassemblera l'ensemble de données le plus complet au monde sur un phénomène atmosphérique lié à l'énergie éolienne, y compris les sillages qui peuvent coûter au parc éolien moyen environ 10 % de son énergie potentielle. Une fois complétées, ces données pourraient aider les parcs éoliens – et les agriculteurs qui louent leurs terres, comme Kerr – à produire encore plus d’énergie et à réaliser également encore plus de bénéfices.

Le vent gagne ! La façon dont les courants d’air se déplacent dans les centrales éoliennes n’est pas bien comprise. C'est pourquoi l'équipe de recherche AWAKEN utilise des drones et du lidar pour cartographier la manière dont les vents circulent entre et autour des éoliennes et fournir des données critiques qui pourraient aider les développeurs à augmenter les revenus et la production d'énergie de leurs centrales. Animation de Josh Bauer, NREL. Version texte.

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Comme les bateaux à moteur, les pales d’éoliennes à mouvement rapide créent des sillages qui peuvent modifier la quantité d’énergie atteignant les éoliennes et les centrales sous le vent. Mais actuel modèles de prévision énergétique sont trop imprécis pour déterminer exactement combien coûtent les sillages en termes de perte d’énergie ou de profits – ou comment éviter cette perte.

Les chercheurs du NREL prévoient de changer cela.

«Cette campagne sur le terrain», a déclaré Patrick Moriarty, ingénieur senior au NREL qui dirige le projet AWAKEN, "nous fournira les observations de la plus haute résolution des interactions entre l'atmosphère des parcs éoliens disponibles dans le monde aujourd'hui".

Auparavant, Moriarty et ses collègues du NREL avaient conçu modèles et simulations pour estimer la façon dont les vents pourraient se déplacer à travers les centrales éoliennes. Mais sans données d’observation pour les étayer, a déclaré Moriarty, « nous ne savons pas à quel point nos modèles sont précis ». Désormais, du printemps 2022 à octobre 2023, l’équipe rassemblera ces données d’observation à l’aide d’une vaste gamme de capteurs, y compris ceux montés sur des avions, dans et autour des parcs éoliens opérationnels.

Mais avant de pouvoir collecter des données, Moriarty et son équipe de recherche devaient trouver les bons emplacements pour placer leurs instruments afin d'obtenir des images claires des éoliennes. "S'il y a des arbres, des bâtiments ou des collines sur le chemin, cela bloquerait nos efforts", a déclaré Moriarty. Et il y en a eu : lors d’une visite sur le terrain en juillet en Oklahoma, l’équipe a trouvé de nombreux obstacles à surmonter.

Ensuite, une fois qu’ils ont trouvé les endroits optimaux pour installer leurs capteurs, les chercheurs ont dû convaincre les propriétaires fonciers de les héberger – en échange d’un loyer, bien sûr. En juillet, Moriarty a rencontré un éleveur « très sympathique » qui a assailli les chercheurs de questions sur les parcs éoliens dans son jardin. Kerr n'est pas le seul à s'intéresser à un nouveau type d'agriculture.

Au cours des prochaines années, ces capteurs dirigeront leurs lasers sur cinq parcs éoliens du nord de l'Oklahoma, un endroit choisi pour son grand nombre de parcs éoliens actuels et son grand potentiel futur. Placés sur ou à proximité des éoliennes, les faisceaux laser et radar des capteurs (comme ceux utilisés par les agents de la circulation pour surveiller la vitesse des véhicules) refléteront la poussière et les insectes - car différentes vitesses et trajectoires du vent modifient la façon dont ces particules vacillent, ces données peuvent aider à créer un triple -image dimensionnelle de comment les courants de vent se déplacent autour des éoliennes.

Mais des sillages à grande échelle peuvent persister sur 20 milles ou plus et atteindre des centrales éoliennes totalement différentes. "Aucun système d'observation n'a une telle portée", a déclaré Moriarty. « Tôt ou tard, vous aurez besoin d’un avion. »

Pour la dernière étape de la campagne de terrain AWAKEN, des avions spécialisés feront voler des capteurs d'une centrale à l'autre pour collecter ces données à grande échelle et comprendre comment les sillages d'une centrale éolienne pourraient affecter ses voisines. Dans le même temps, les drones utiliseront des capteurs plus rapides pour collecter des données plus précises que les outils précédents.

Ensuite, lorsque les données seront compilées en 2023, les chercheurs cartographieront les effets atmosphériques et créeront un ensemble de données open source et accessible mondialement (qui sera hébergé dans le DOE). Archives et portail de données éoliennes). Ces données pourraient fournir aux développeurs de parcs éoliens des conseils indispensables sur la manière de positionner leurs éoliennes afin de maximiser la production d'énergie de leurs centrales. De telles conceptions de centrales éoliennes bien informées pourraient potentiellement générer jusqu’à 5 % d’énergie en plus (et, avec cela, plus de revenus).

Une fois AWAKEN terminé, Moriarty espère mener une campagne de terrain massive similaire pour cartographier les effets de sillage dans centrales éoliennes offshore — notamment les plantes flottantes, pour lesquelles peu de données existent. Mais Moriarty espère également améliorer ses outils de collecte de données pour éventuellement créer une carte à plus haute résolution de la façon dont les vents se déplacent dans les centrales éoliennes.

"Nous nous rapprochons", a déclaré Moriarty. Première étape : l’Oklahoma.

En savoir plus sur ÉVEILLER et NREL recherche sur l'énergie éolienne.

Article gracieuseté de Laboratoire national des énergies renouvelables.

 

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Source : https://cleantechnica.com/2022/01/25/reducing-wind-turbine-wakes-could-save-wind-farms-millions/