Les parcs d’éoliennes ne sont pas toujours optimisés car la première rangée crée des turbulences, qui réduisent drastiquement le rendement des suivantes.
Lorsque le vent traverse une éolienne, il en ressort brisé en de multiples tourbillons. C’est tout le problème des parcs. Les turbulences créées par la première rangée d’éolienne affectent la suivante, qui produit jusqu’à 40% d’électricité en moins.
Des chercheurs du Laboratoire d’ingénierie éolienne et d’énergie renouvelable (WIRE) de l’EPFL, dirigé par Fernando Porté-Agel développent actuellement de nouveaux outils pour améliorer l’efficacité globale des parcs. Ils ont publié deux articles concernant leurs recherches dans la revue Boundary-Layer Meteorology.
«Un des facteurs importants dans la conception d’un parc éolien réside dans le positionnement des éoliennes les unes par rapport aux autres», explique Yu-Ting Wu, doctorant au WIRE. Un des articles récemment publiés compare les résultats d’essais menés en soufflerie et d’une simulation numérique. Les chercheurs se sont penchés sur la disposition des éoliennes à l’intérieur du parc.
Les parcs éoliens ont toujours été conçus sous la forme d’un quadrillage. Les simulations effectuées par Wu montrent qu’on peut améliorer le rendement général en jouant simplement sur l’agencement des éoliennes. Il s’agit de laisser du temps au flux d’air turbulent pour qu’il se stabilise avant de rencontrer la rangée suivante. Mais il est difficile de trouver l’agencement parfait. «Il ne faut pas oublier que l’agencement est relatif, explique Wu. Il change avec la direction du vent» Par exemple, deux éoliennes placées l’une derrière l’autre face au vent du sud, seront côte à côte lorsque le vent souffle de l’est.
Wu et ses collègues ont démontré qu’une simulation peut reproduire de manière satisfaisante les mesures prises lors d’essais en soufflerie. Ces expériences numériques fournissent donc des données fiables et très complètes – un peu comme s’il était possible d’équiper chaque point de l’espace de capteurs mesurant la vitesse du vent, sa direction, l’intensité de la turbulence.
Pour ses simulations, Wu a développé un modèle d’éolienne qui prend en compte la rotation des hélices et leur interaction avec le vent – une amélioration par rapport à l’approche classique, dans laquelle les rotors sont considérés comme un simple disque perché sur un mât. L’approche de Wu est plus proche de la réalité. Il modélise la rotation de chaque éolienne ainsi que les forces générées dans le processus, offrant de ce fait un champ de propagation plus précis pour chaque éolienne.
Des souffleries à sol chauffant
La stabilité atmosphérique est un autre facteur critique qui influence la quantité d’énergie récoltée. Dans le deuxième article, Fernando Porté-Agel et ses collègues de l’Université du Minnesota expliquent la mise en place d’une série d’essais en soufflerie pour étudier les effets de la chaleur dans le sillage d’une éolienne. Ils les reproduisent en utilisant un chauffage au sol dans leur soufflerie.
Paradoxalement, malgré une plus forte turbulence par temps chaud, le flux d’air à l’arrière d’une éolienne récupère plus rapidement qu’avec des vents nocturnes, pourtant plus réguliers. Autrement dit, par temps chaud, le rendement ne devrait pas perdre plus d’efficacité que durant la nuit. Selon les auteurs, une forte turbulence environnant le sillage de l’éolienne entraîne une plus grande quantité de mouvements, permettant une stabilisation plus rapide du flux d’air.
Aussi surprenant que cela puisse sembler, les parcs d’éoliennes ont également un impact météorologique – au même titre que le relief, les forêts ou les villes. Elles doivent donc être prises en compte dans les modèles de prévision. Sur ce point également, les travaux de Fernando Porté-Agel pourraient avoir un impact.
Références:
Yu-Ting Wu, Fernando Porté-Agel (2012), Simulation of Turbulent Flow Inside and Above Wind Farms: Model Validation and Layout Effects, Boundary-Layer Meteorology
W. Zhang, C. D. Markfort and F. Porté-Agel (2012), Wind-Turbine Wakes in a Convective Boundary Layer: A Wind-Tunnel Study, Boundary-Layer Meteorology
L’ideal serait d’avoir des eoliennes mobiles; par exemple avec un mat courbe et un rotor desaxe par rapport a son pied et qui permette de deplacer l’eolienne en pivotant sur lui meme. Ainsi, on pourrait optimiser l’agencement des eoliennes par rapport a la direction du vent. Pour les eoliennes flottantes, j’ai vu aussi sur enerzine un systeme permettant de deplacer les eoliennes.
Le mec a inventé l’eau chaude… Wahow, je découvre qu’il y a des turbulence entre les éoliennes…. J’ai comme l’impression que les turbiniers ont 20 ans d’avance de travaux sur ce Wu…
La dynamique atmosphérique proche surface terrestre est un domaine particulièrement complexe qui prend en compte un nombre conséquent de paramètres que l’on connait de mieux en mieux mais que l’on ne sait toujours pas forcément simuler numériquement ou en soufflerie. Il est toujours plus vendeur de publier des études appliquées mais il faut toujours remettre en question la pertinence de l’étude. C’est seulement après avoir implanté de nombreuses fermes éoliennes que l’on s’aperçoit qu’il y a des problèmes ?!… Bref… Effectivement l’agencement des éoliennes est un facteur intéressant mais pour le moment (pour ce que j’en ai vu ou lu) les configurations (générales) semblent limitées. D’autant plus que la plupart du temps les simulations se font sur un terrain plat ! Des études récentes prennent en compte la topographie du site d’implantation. Et certains résultats sont très intéressant et devraient être plus mis en avant. Le climat et la météo à l’échelle meso voir très locale peuvent être un facteur important en fonction du site d’implantation. Il n’y a pas deux lieux sur Terre qui se ressemblent, du point de vue dynamique !!! Les simulations que l’on peut faire sont biaisées mais aussi inadapté à un site précis. A moins de simuler numériquement (c’est le plus simple) la topo et la météo d’un site précis, les resultats ne seront qu’une estimation de la réalité pour ce site mais ne correspondront pas aux autres sites potentiels. Enfin, comme une ville, un site industriel ou encore une forêt, une ferme éolienne fait obstacle au vent et crée de la turbulence qui peut avoir un impact local en aval de la ferme voir plus conséquent car en fonction de l’orientation, la vitesse… etc du vent moyen, c’est tout une partie de la couche limite atmsophérique (basse) qui peut être affecté par la turbulence généré par les éoliennes… Bref, pour résumer : effet papillon. On pourrait débattre pendant des heures sur la pertinence des implantations de ferme d’éoliennes que ce ne sera jamais des arguments scientifiques qui les emporteront…. Vision pessimiste mais réaliste.
le rendement d’un parc éolien serait donc bien inférieur à ce qu’on nous claironne ? on ne nous dit pas tout !
Non seulement on ne nous dit pas tout Pastilleverte, mais on nous enfume avec des données de production bien supérieures à la réalité…..
Pastille vertes : Si le rendement est plus faible que prévu c’est l’industriel privé qui a investi dans le parc qui l’a dans l’os, pas vous. Vous, vous payerai d’autant moins votre CSPE car il y aura eu moins de kWh éolien injecté dans le résau EDF. C’est l’energie éolienne produite qui est subventionné via le tarif de rachat, pas la construction des parcs…
Ml: Qui vous enfume ? Les données de production du parc éolien francais sont publié par RTE en temps réel via leur appli ECO2MIX. Vous pensez que RTE vous raconte des bobards ? pourtant ils sont pas censés etre pro-éolien. Les parcs francais sont en moyenne entre 2000 et 3000HEQ, personne ne dit le contraire. Dans cet article qui traite des effets de sillages il s’agit surtout des grands parcs (OFFSHORE surtout ou ONSHORE en chine ou USA). En france il y a que des petits parcs de 5 a 10 éoliennes et les modeles de sillages sont assez corrects et vérifiés.
Les innovations technologique nous permettent depuis un certains temps de prévoir les variations de vent et la production. RTE a mis au point depuis 2009 un système de suivi de la production éolienne. Baptisé Ipes, (pour : Insertion de la production éolienne dans le système) ce calculateur permet la gestion au plus près des flux d’électricité en suivant et en prévoyant la production éolienne dans toute la France. Selon RTE on constate un écart type des prévisions de 3% à l’échéance d’une heure et de 7% à l’échéance de 72h, et ces chiffres s’améliorent chaque année. Actuellement une manière de diminuer le pics de consommation et plus généralement de faire coïncider offre d’électricité et demande est de développer les « Smart grids » (réseaux intelligents) et « super grids ». Grâce à ces amélioration et aux interconnexions européennes, les réseaux électriques intègrent désormais mieux en mieux les énergies renouvelables. Bref, cessons de voir le verre au trois quart vide quand il est au trois quart plein ! Voyons plus large et rapellons que l’éolien renforce l’indépendance nationale ! L’éolien ne dépense pas au long cours pour acheter du fuel importé puisque le vent est abondant local et gratuit. L’éolien au contraire tisse un réseau serré d’agents de maintenance à travers toute la France qui contribue à revitaliser nos campagnes. Ils sont déjà plusieurs milliers en France, techniciens hautement qualifiés et dont l’emploi est non délocalisable. C’est bien aussi ça l’enjeu de la réindustrialisation de la France ! En définitive, en France nous n’avons pas de pétrole, mais nous avons du vent ! La France est le deuxième pays Européen en terme de ressource en vent. Dans un contexte de crise ou l’industrie Française est en perte de vitesse, la France devrait au contraire imaginer comment favoriser les filières porteuses d’avenir.Terrestre y compris !