Alors que des parcs éoliens de grande taille sont en construction partout sur la planète, les opérateurs eux sont toujours à la recherche du meilleurs moyen de les disposer “spatialement” dans un endroit donné.
Aussi, pour aider à orienter les propriétaires de parcs éoliens dans la bonne direction, le professeur Charles Meneveau, spécialiste de la mécanique des fluides à l’université de Johns Hopkins a mis au point une nouvelle formule par laquelle un espacement optimal pourrait être obtenu entre les turbines dans un parc éolien.
“Je crois que nos résultats sont assez fiables“, a déclaré le Pr. Meneveau. “Ils indiquent que les grands opérateurs de parcs éoliens vont devoir espacer davantage leurs turbines entre elles.”
Les centrales éoliennes les plus récentes qui peuvent être installées à terre ou en offshore utilisent généralement des turbines d’un diamètre de rotor d’environ 90 mètres. Actuellement, les éoliennes situées dans ces grands parcs sont espacées à environ 7 diamètres de rotor, l’une de l’autre. Le modèle développé suggère que le placement des éoliennes soit deux fois plus éloignées que dans les schémas actuels de production d’énergie (soit environ 15 fois le diamètre du rotor).
Cette étude a son importance car les parcs éoliens de grande puissance – composés de centaines voire de milliers de turbines – sont prévus ou déjà en service dans l’ouest des États-Unis, en Europe et en Chine. “Les dernières expériences montrent qu’elles produisent moins d’énergie que prévu“, a déclaré le Pr. Meneveau. “Certains de ces projets sont sous-performants.”
Il apparait que l’énergie générée dans un grand parc d’éoliennes a moins à voir avec les vents horizontaux et demeurerait en fait plus dépendant des vents forts que des turbulences atmosphériques créées de bas en haut par les turbines. En utilisant les observations recueillies à partir de simulations informatiques ainsi que des expériences en soufflerie, ils ont déterminé que, dans un espacement correct, les turbines modifiaient le paysage de manière à créer des turbulences, remuant l’air et contribuant à attirer plus d’énergie cinétique en altitudes hautes.
Les expériences ont été menées dans le tunnel à vent de Johns Hopkins, qui utilise un grand ventilateur pour produire du courant d’air. Avant son entrée dans la zone d’essai, l’air passe à travers une “grille active“, un rideau de plaques perforées qui tournent de manière aléatoire et créer des turbulences alors que l’air se déplaçant à travers le tunnel se rapproche davantage des conditions de vent de la vie réelle.
Les courants d’air dans le tunnel passer ensuite à travers une série de 3 petits modèles de pale montés au sommet des mâts, imitant un groupe d’éoliennes. Les données concernant l’interaction des courants d’air et des modèles de turbines sont recueillies à l’aide d’une procédure de mesure des particules appelée : image vélocimétrique à particule, en stéréo, qui exige deux caméras en haute résolution, de la fumée et des impulsions laser.
“D’autres recherches sont encore nécessaires“, a conclu le Pr. Meneveau, “pour apprendre si la variation des températures peut également affecter la production d’énergie sur de parcs éoliens de grande taille.”
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