Pour résister aux fortes fluctuations du vent

GC Staff
Mars 05, 2018
Écrit par GC Staff
Dans le cadre du projet SmartBlades, financé par le ministère fédéral allemand des Affaires économiques et de l’énergie (BMWi), le Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems (IWES), installé à Bremerhaven, en Allemagne, et ses partenaires industriels ont développé une pale de rotor qui, grâce à un couplage innovant torsion-torsion, peut utiliser plus efficacement les fortes fluctuations de la force du vent. Dans le projet de suivi SmartBlades2, le concept fera l'objet de tests expérimentaux à l'aide d'un démonstrateur.

Dans le cadre de ce projet, les chercheurs se sont penchés sur le concept de couplage par torsion-torsion (BTC – Bend-Twist Coupling) pour les pales de rotor. Parce que la pression agissant sur la lame pointant vers le haut, par exemple, peut être très différente de la pression sur la lame inférieure, l'accouplement passif s'adaptera en permanence aux forces du vent agissant sur la pale du rotor. 
Lorsque les charges de vent deviennent trop élevées, les torsions de courbure réduisent ainsi les forces qui affectent la structure. Ce qui n’est pas le cas des pales de rotor conventionnelles qui réagissent très lentement aux forces changeantes du vent et ne peuvent pas compenser pour cette raison une seule rafale de vent. Cela signifie que s'il y a une rafale lorsque le vent est déjà fort, les opérateurs de la turbine éloigneront les pales du vent. Cela entraîne de longs temps d'arrêt pendant lesquels aucune électricité n'est produite. 

« La lame BTC du démonstrateur développée dans le cadre de ce projet est ramenée en arrière tandis que la pointe de la lame est légèrement décalée vers l'arrière dans le sens de la rotation. La pale de rotor de 20 mètres de long est donc capable de tourner légèrement autour de son propre axe si de fortes rafales se produisent afin d'atténuer dans une certaine mesure la pression du vent », explique Elia Daniele, le coordonnateur du projet. Cela réduit les forces agissant sur la pale et, finalement, sur l'ensemble de la turbine.

En utilisant des lames BTC sur une future éolienne, le poids total de la turbine peut être réduit, car la structure est soumise à des charges plus faibles. Dans le cas des turbines existantes, le rééquipement des aubes BTC permet d'augmenter le diamètre du rotor sans devoir adapter les autres composants de la turbine. Cela se traduit par une augmentation des revenus grâce à un meilleur rendement du vent.

Pour tester cette conception innovante, des essais statiques et dynamiques seront effectués sur le banc d'essai de pale de rotor au site de l’Institut, à Bremerhaven, sur une période de plusieurs semaines. Sa durabilité lorsqu'il est soumis à des charges extrêmes sera testée dans des essais statiques.

« Bien que la configuration du test de torsion des pales de rotor soit similaire au scénario conventionnel pour les essais statiques, elle est en fait plus complexe, car la déformation supplémentaire doit être mesurée avec précision », affirme Tobias Rissmann, ingénieur d’essais de l'IWES. 

La déformation le long des trois axes principaux est étroitement surveillée à l'aide d'un système de mesure visuel. Des capteurs d'angle sont également utilisés pour s'assurer que la force est effectivement introduite verticalement par rapport à l'axe de la pale. Au cours des essais dynamiques ultérieurs (essais de fatigue), les contraintes subies pendant toute la durée de vie de la pale de rotor s'étendant sur 20 ans seront simulées dans un laps de temps considérablement réduit.

À la fin des essais sur banc d'essai, trois pales de rotor BTC identiques seront transportées aux États-Unis. À leur arrivée, ils seront installés dans les Rocheuses sur un site du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL). Le but de ces mesures ultérieures, qui seront menées par les chercheurs de l’IWES, est de démontrer que la torsion passive fonctionne comme prévue dans une situation réelle en plein air. Ces tests permettront d’évaluer la facilité d'utilisation de cette technologie sur les lames commerciales.

https://www.fraunhofer.de/en.html

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