Les centrales éoliennes américaines réalisent un gain de production annuel prévu de 0.8 % en utilisant la direction de sillage.
La direction de sillage est une stratégie utilisée dans les centrales éoliennes impliquant un mauvais alignement des turbines en amont avec la direction du vent pour détourner les sillages des turbines en aval, ce qui augmente par conséquent la production nette d'énergie éolienne dans une centrale.
In Journal des énergies renouvelables et durables, par AIP Publishing, des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l'énergie illustrent comment la direction de sillage peut augmenter la production d'énergie pour un large échantillon de centrales éoliennes terrestres commerciales aux États-Unis.
Alors que certaines centrales ont montré moins de potentiel de direction de sillage en raison de conditions météorologiques défavorables ou de la disposition des turbines, plusieurs centrales éoliennes étaient des candidats idéaux qui pourraient grandement bénéficier du contrôle de direction de sillage.
Dans l'ensemble, un gain de production annuel moyen prévu de 0.8 % a été trouvé pour l'ensemble des centrales éoliennes étudiées. De plus, les chercheurs ont découvert que sur les centrales éoliennes utilisant la direction de sillage, les éoliennes pouvaient être placées plus près les unes des autres, augmentant la quantité d'énergie produite dans une zone donnée de près de 70 % tout en maintenant le même coût de production d'énergie.
Illustration de la direction de sillage pour un exemple de centrale éolienne. Les éoliennes sont mal alignées avec le vent pour rediriger leur sillage loin des éoliennes en aval. Les régions bleues indiquent des vitesses de vent plus faibles causées par les sillages. Crédit : Eric Simley, NREL
"Nous avons été surpris de voir qu'il y avait encore une grande variabilité dans l'amélioration énergétique potentielle de la direction de sillage, même après avoir pris en compte les pertes de sillage de différentes centrales éoliennes", a déclaré l'auteur David Bensason.
Tout comme les parapluies peuvent projeter une ombre, les éoliennes créent une zone de flux d'air plus lent et plus turbulent en aval de leur rotor, appelée sillage. Lorsque ces sillages s'écoulent dans une autre turbine, ils réduisent sa capacité de production d'électricité.
La stratégie de direction de sillage "dirige" ces sillages loin des éoliennes en compensant l'angle entre la face du rotor et la direction du vent entrant. Cette technique sacrifie les rendements énergétiques de quelques turbines afin d'augmenter les performances de la centrale éolienne dans son ensemble. La direction de sillage ne peut augmenter la production d'énergie que s'il y a des pertes de sillage pour commencer. Par conséquent, les avantages de la direction de sillage ont tendance à augmenter pour les centrales éoliennes avec des pertes de sillage plus élevées.
L'étude est l'une des premières à utiliser le modèle de sillage Gauss-Curl-Hybrid, développé par NREL. Ce modèle prédit le comportement de sillage dans une centrale éolienne avec plus de précision que les modèles précédents et capture les effets qui sont plus importants dans les centrales à grande échelle. Les chercheurs ont également combiné plusieurs bases de données et outils accessibles au public qui, ensemble, rendent possible l'étude du potentiel de direction de sillage pour un large échantillon de centrales éoliennes américaines.
"Nous espérons que cette étude, qui a mis en évidence le potentiel de la direction de sillage pour un large échantillon de centrales éoliennes commerciales existantes aux États-Unis, motivera les propriétaires de centrales éoliennes à mettre en œuvre la direction de sillage dans leurs centrales éoliennes pour augmenter la production d'énergie et contribuer à faire de l'énergie éolienne un source d'énergie propre et abordable largement déployée », a déclaré le co-auteur Eric Simley.
Référence : "Evaluation of the potential for wake Steering for US land-based wind power plants" est rédigé par D. Bensason, E. Simley, O. Roberts, P. Fleming, M. Debnath, J. King, C. Bay et R. Mudafort, 18 mai 2021, Journal des énergies renouvelables et durables.
DOI: 10.1063 / 5.0039325
