Environnement Lançonnais

Eolien en mer : les pales gigantesques ont-elles un avenir ?

samedi 23 juillet 2016 par Alain KALT (retranscription)

Des éoliennes dont des pales couvrant plus de deux terrains de football pourraient un jour se développer aux larges des côtes du monde entier, avec à la clé un apport de puissance de 50 MW par unité.

Le défi est extrême : "concevoir une éolienne offshore de 50 MW à faible coût, nécessitant une pale de rotor de plus de 200 mètres de long, soit deux fois et demi de plus que toutes les pales d’éoliennes existantes".

"Les turbines exascales vont pouvoir profiter des économies d’échelle", a déclaré Todd Griffith, concepteur de la pale du projet et responsable technique pour le Sandia Offshore Wind Energy Program*.

Le nouveau design s’est basé sur les travaux antérieurs du Sandia qui concernaient des turbines éoliennes de 13 MW utilisant des pales de 100 mètres de long. Alors que cette éolienne de 50 MW va bien au-delà de toutes les conceptions actuelles, des études ont montré que la charge d’alignement pourrait réduire considérablement les contraintes mécaniques (stress et fatigue) sur les pales du rotor. Cela permettrait de réduire les coûts et autoriserait la construction de pales assez grandes pour atteindre une capacité de 50 MW.

La plupart des éoliennes américaines sont classées dans une gamme comprises entre 1 et 2 MW, avec des pales d’environ 50 mètres de long. La plus grande turbine disponible sur le marché atteint quant à elle les 8 MW avec des pales de 80 mètres de long. "Les Etats-Unis possèdent un grand potentiel d’énergie éolienne en mer, mais les installations restent chères, et par conséquent des éoliennes plus grandes deviennent nécessaires pour capturer cette énergie, à un coût abordable", a ajouté Todd Griffith.

Toutefois, des obstacles demeurent encore avant que les concepteurs puissent faire évoluer la turbine jusqu’à 50 MW - soit plus de six fois la puissance des plus grandes turbines actuelles.

"Les pales éoliennes classiques sont coûteuses à fabriquer, à déployer et à maintenir au-delà des 10-15 MW. Elles doivent être rigides, pour éviter la fatigue et éliminer le risque de casse du mât lors de fortes rafales. Ces pales rigides sont lourdes, et leur masse, qui est directement liée au coût, devient encore plus problématique à des échelles extrêmes en raison des charges de gravité et d’autres changements", a encore précisé le chercheur.

Ainsi, les nouvelles pales pourraient être produites plus facilement et à moindre coût en les segmentant. Ce procédé éviterait alors à la fois le casse-tête du transport et la conception des pales en un seul tenant.

[ Pales légères & rétractables en cas de tempêtes - Photo Trevor johnston ]

Des pales gigantesques inspirées des palmiers

Les turbines exaflopiques seraient situées sous du vent, contrairement aux turbines conventionnelles qui sont configurées avec un rotor face au vent.

La charge d’alignement est bio-inspirée par la façon dont les palmiers s’agitent lors des tempêtes. Le poids léger et segmenté du tronc se rapproche d’une série de coques cylindriques qui se plient dans le vent tout en conservant la rigidité du segment. Cet alignement inspiré des palmiers a pour effet de réduire drastiquement la masse nécessaire à une pale rigide tout en réduisant les forces sur celle-ci.

"A des vitesses excessives de vent, les pales sont rangées et alignées dans la direction du vent, réduisant de fait le risque de dommages. A des vitesses de vent inférieures, les pales sont déployées afin de maximiser la production d’énergie" a conclu Todd Griffith.

Les turbines exaflopiques pourraient être un moyen ambitieux d’atteindre l’objectif du DOE qui est de fournir dans le pays, 20% d’énergie éolienne d’ici 2030.

** Ces recherches menées par le Sandia National Laboratories sont financées par le ministère US de l’énergie (DOE) à travers le programme ’Advanced Research Projects Agency-Energy’ (ARPA-E).

* L’équipe dirigée par l’Université de Virginie comprend également des chercheurs de l’Université de l’Illinois, de l’Université du Colorado, de la Colorado School of Mines et du National Renewable Energy Laboratory (NREL). Des partenaires experts d’entreprises tels que Dominion Resources, General Electric Co., Siemens AG et Vestas Wind Systems collaborent aussi à cet étonnant concept.

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