Stabiliser la production d’énergie éolienne malgré des fluctuations de 50 %

La production d’énergie des éoliennes peut varier de 50 % en quelques secondes, mettant à rude épreuve les réseaux électriques et les turbines elles-mêmes.

Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université d’Oldenburg en Allemagne et de l’Université Sharif de Technologie à Téhéran (Iran) propose une méthode pour prévenir ces fluctuations de puissance.

Selon cette étude, ce sont principalement les systèmes de contrôle des éoliennes qui sont responsables des fluctuations à court terme de la production électrique. Les résultats de la recherche montrent également comment ces systèmes peuvent être optimisés pour assurer une production d’énergie plus stable.

Une analyse innovante pour comprendre les fluctuations

L’équipe de recherche dirigée par l’auteur principal, le Dr Pyei Phyo Lin de l’Université d’Oldenburg, a analysé les données de plusieurs turbines d’un parc éolien.

« Comme les éoliennes fonctionnent dans des conditions de vent turbulent, similaires à celles d’un avion atterrissant par vents forts, toutes les données mesurées présentent de multiples fluctuations et aucun signal clair ne peut être détecté. Nous appelons cela du « bruit » », explique le Dr Lin.

L’ingénieur en physique et ses collègues ont appliqué des méthodes stochastiques pour analyser les séries temporelles de la vitesse du vent, la production électrique des turbines et la vitesse de rotation du générateur.

Le bruit comme source d’information

Grâce à cette approche mathématique innovante, ils ont réussi à démêler le bruit dans les données et à le séparer en deux composantes distinctes, l’une causée par le vent et l’autre résultant des réactions du système de contrôle de la turbine.

« Le bruit est souvent considéré comme un effet désagréable qui interfère avec les mesures », déclare le Dr. Lin. « Maintenant, le bruit nous fournit de nouvelles informations sur le système, c’est une nouvelle qualité », ajoute le co-auteur Dr Matthias Wächter, qui dirige le groupe de recherche en analyse stochastique à l’Université d’Oldenburg.

Améliorer les systèmes de contrôle pour une production plus stable

Comme l’explique l’équipe, les résultats de l’étude montrent que les réactions des systèmes de contrôle des éoliennes face aux fluctuations soudaines du vent sont souvent sous-optimales : ces systèmes ont tendance à changer de stratégie de contrôle, ce qui peut entraîner les fluctuations importantes de la production électrique observées.

Les nouvelles découvertes ouvrent la voie à la dissociation des phénomènes de vent turbulent des réactions des systèmes de contrôle.

« De cette manière, il sera possible d’affiner les systèmes de contrôle pour garantir que les éoliennes produisent de l’énergie de manière plus constante », indique l’expert en turbulence, le professeur Dr Joachim Peinke de l’Université d’Oldenburg, qui a également participé à l’étude. Cela permettrait également d’améliorer l’efficacité des éoliennes et de prolonger leur durée de vie, ajoute-t-il.

En synthèse

Une étude menée par des chercheurs de l’Université d’Oldenburg et de l’Université Sharif de Technologie a mis en évidence l’importance des systèmes de contrôle des éoliennes dans les fluctuations de la production électrique. Grâce à une approche mathématique innovante, les chercheurs ont pu utiliser le bruit des données pour mieux comprendre les réactions des systèmes de contrôle face aux variations du vent.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qui cause les fluctuations de la production d’énergie des éoliennes ?

Selon une étude menée par des chercheurs de l’Université d’Oldenburg et de l’Université Sharif de Technologie, les systèmes de contrôle des éoliennes sont principalement responsables des fluctuations à court terme de la production électrique.

2. Comment les chercheurs ont-ils analysé les données des éoliennes ?

Les chercheurs ont utilisé des méthodes stochastiques pour analyser les séries temporelles de la vitesse du vent, la production électrique des turbines et la vitesse de rotation du générateur.

3. Quelle est l’importance du « bruit » dans cette étude ?

Le bruit, qui est souvent considéré comme un effet indésirable, a permis aux chercheurs d’obtenir de nouvelles informations sur les systèmes de contrôle des éoliennes en séparant les composantes causées par le vent et celles résultant des réactions du système de contrôle.

4. Comment les systèmes de contrôle des éoliennes peuvent-ils être optimisés ?

Les résultats de l’étude montrent que les réactions des systèmes de contrôle face aux fluctuations soudaines du vent sont souvent sous-optimales. En dissociant les phénomènes de vent turbulent des réactions des systèmes de contrôle, il sera possible d’affiner ces systèmes pour garantir une production d’énergie plus constante.

5. Quels sont les avantages potentiels de l’optimisation des systèmes de contrôle ?

Une production d’énergie plus stable permettrait d’améliorer l’efficacité des éoliennes, de prolonger leur durée de vie et de réduire la contrainte sur les réseaux électriques et les turbines elles-mêmes.

Publication originale : Pyei Phyo Lin, Matthias Wächter, M. Reza Rahimi Tabar et Joachim Peinke : « Discontinuous Jump Behavior of the Energy Conversion in Wind Energy Systems », PRX Energy 2, 033009, doi.org/10.1103/PRXEnergy.2.033009