Ferme d’éoliennes verticales
L’énergie éolienne connaît une forte croissance dans le monde entier, c’est pourquoi des chercheurs britanniques se sont penchés sur la question et ont découvert comment rendre les éoliennes plus performantes. Des turbines axées à la verticale et une disposition des éoliennes en série sont les clés pour comprendre comment améliorer les parcs éoliens afin de procéder efficacement à la transition énergétique en cours.
Comme l’indique le Rapport Mondial du Vent 2021 publié par le <em »>Global Wind Energy Council</em »> (GWEC) – une organisation internationale composée de membres représentant l’ensemble du secteur de l’énergie éolienne -, 2020 a été la meilleure année de l’histoire dans l’industrie éolienne au niveau mondial. Les chiffres parlent d’eux-même avec l’installation de plus de 93 GW d’énergie éolienne, notamment en Chine (56 %) et aux Etats-Unis (18 %). Quant à la France, elle arrive en 7ème position du classement avec un total de 1,42% sur l’ensemble des nouvelles installations à l’échelle internationale.
Malgré une année particulièrement difficile avec la pandémie de COVID-19, l’énergie éolienne est en plein essor et bat des records. C’est la raison pour laquelle une équipe de chercheurs de la School of Engineering, Computing and Mathematics (ECM) de l’Université d’Oxford Brookes, au Royaume-Uni, dirigée par le professeur Iakovos Tzanakis, s’est intéressée de près au fonctionnement et au positionnement des turbines afin d’améliorer leur performance.
Une éolienne traditionnelle se compose de pales (3 en général) portées par un rotor et installées au sommet d’un mât vertical. Cet ensemble est fixé sur une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d’orienter la nacelle afin que le rotor soit toujours face au vent. Le vent fait tourner les pales relativement lentement : entre 5 et 15 tours par minute. Le générateur transforme l’énergie mécanique, par l’intermédiaire d’un multiplicateur de vitesses, en énergie électrique directement injectée dans le réseau électrique.
« Les parcs éoliens modernes représentent un des moyens les plus efficaces de générer de l’énergie verte, mais ils présentent un défaut majeur : à mesure que le vent s’approche de la première rangée d’éoliennes, des turbulences seront générées en aval. La turbulence nuit aux performances des rangs suivants », a indiqué l’auteur principal du rapport, Joachim Toftegaard Hansen. « En d’autres termes, la première rangée convertira environ la moitié de l’énergie cinétique du vent en électricité, alors que pour la rangée arrière, ce chiffre tombera à 25-30%. »
En analysant plus de 11 500 heures de simulation informatique, l’équipe de spécialistes a confirmé que la conception d’éoliennes verticales, c’est-à-dire à axe vertical, également appelées Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), était beaucoup plus efficace, dans les parcs éoliens à grande échelle, que les turbines éoliennes traditionnelles à axe horizontal (HAWT).
En effet, c’est la première étude à analyser de manière exhaustive de nombreux aspects de la performance des éoliennes concernant l’angle du réseau, le sens de rotation, l’espacement des turbines et le nombre de rotors, mais aussi à déterminer si les améliorations des performances sont valables pour trois éoliennes verticales installées en série.
Les résultats sont concluants et ont permis de démontrer le réel potentiel des éoliennes VAWT dont les performances augmentent respectivement de 15 % si elles sont placées par paires. Mieux encore, une disposition en série permet d’accroître leur puissance de 3 % supplémentaire.
« Cette étude montre que l’avenir des parcs éoliens doit être vertical. Les éoliennes à axe vertical peuvent être conçues pour être beaucoup plus proches les unes des autres, augmentant leur efficacité et en fin de compte abaissant les prix de l’électricité. À long terme, les VAWT peuvent aider accélérer la transition verte de nos systèmes énergétiques, de sorte qu’une énergie plus propre et durable provienne de sources renouvelables », a expliqué le professeur Iakovos Tzanakis.
Royaume-Uni: une transition énergétique tournée vers l’éolien
Ces résultats tombent à pic alors que le Premier Ministre britannique a présenté de nouveaux plans d’action pour que le Royaume-Uni devienne le futur leader mondial de l’énergie propre tout en créant des emplois, en réduisant les émissions de carbone et en stimulant les exportations.
« Maintenant, alors que nous reconstruisons mieux, nous devons reconstruire plus vert. Nous nous engageons donc à atteindre de nouveaux objectifs ambitieux et à investir dans l’énergie éolienne pour accélérer nos progrès vers zéro émission nette d’ici 2050 », a indiqué Boris Johnson, Premier Ministre britannique, tout en ajoutant que « cela nous met sur la voie d’une révolution industrielle verte, qui créera des dizaines de milliers d’emplois hautement qualifiés. »
D’ici 2030, la capacité d’énergie éolienne du Royaume-Uni devrait presque doubler, c’est pourquoi la compréhension des techniques de récupération de l’énergie éolienne, à grande échelle, et l’amélioration de la technologie des énergies renouvelables afin de remplacer plus rapidement les combustibles fossiles en tant que sources d’énergie sont des élements essentiels à prendre en compte pour concevoir des parcs éoliens plus efficaces et espérer atteindre les objectifs fixés.
Cependant, d’après le Rapport Mondial du Vent 2021 publié par le GWEC, il est nécessaire, à l’échelle mondiale, d’accélérer le processus d’installation d’énergie éolienne afin de réaliser les objectifs zéro carbone et de réduire au maximum les impacts du changement climatique. Il va falloir installer trois plus rapidement au cours de la prochaine décennie.
lucie.t