Les éoliennes terrestres font partie intégrante de notre paysage énergétique actuel. Elles contribuent à la production d’énergie renouvelable et permettent de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Au fil du temps, ces machines ont subi de nombreuses améliorations leur permettant d’être plus efficaces afin de maximiser l’exploitation du vent comme source d’énergie. Dans cet article, intéressons-nous aux différentes étapes qui ont permis cette évolution vers une meilleure efficacité.
Sommaire
Amélioration de la conception et de la technologie des turbines
Dans les années 1980 et 1990, la conception des éoliennes terrestres était bien différente de celle que l’on connaît aujourd’hui. Les premières turbines avaient un rendement assez faible car elles étaient moins sophistiquées et disposaient d’une capacité moindre. Depuis lors, d’importants progrès ont été réalisés sur différents aspects :
- La taille des pales a considérablement augmenté. En effet, des éoliennes modernes sont souvent deux fois plus grandes que celles des années 90. Cela entraîne une augmentation de la surface balayée par le rotor, permettant ainsi de capter davantage d’énergie éolienne. A titre d’exemple, certains modèles de très grandes éoliennes dépassent les 200 mètres de hauteur avec des pales mesurant presque 100 mètres de longueur.
- Les matériaux utilisés pour construire les pales ont également évolué. Si l’utilisation de fibres de verre et d’époxy a été privilégiée dans le passé, on utilise dorénavant des composites plus légers, comme le carbone, qui offrent une résistance accrue à la fatigue et aux intempéries.
- La technologie de la génératrice – partie de l’éolienne permettant de transformer l’énergie cinétique en électricité – s’est améliorée. De nouvelles architectures de machines électriques mieux adaptées au régime de fonctionnement des éoliennes sont désormais disponibles (génératrices synchrones à aimants permanents, génératrices asynchrones à double alimentation).
Article : Les éoliennes flottantes – une nouvelle étape
Optimisation du rendement grâce au suivi du vent
Pour exploiter au mieux le potentiel énergétique du vent, les éoliennes terrestres doivent pouvoir s’orienter et s’adapter en fonction des variations des conditions météorologiques.
Grâce à des capteurs, elles peuvent détecter la vitesse et la direction du vent et adapter leur position instantanément :
- Les turbines sont équipées d’un anémomètre et d’une girouette. Ces deux dispositifs mesurent respectivement la vitesse et la direction du vent, puis transmettent ces informations à un ordinateur de bord. Ce dernier ajuste alors l’orientation de l’éolienne pour qu’elle fasse face au vent et maximise la production d’électricité.
- Une autre méthode est l’utilisation de la technique dite du “pitch”. Cette technique consiste à adapter l’angle d’attaque des pales par rapport au vent. En tournant les pales dans un sens ou dans l’autre, on peut jouer sur la portance et donc sur la rotation du rotor. Le “pitch” est généralement activé lorsque le vent est trop fort ou trop faible, afin de réguler la vitesse de rotation et optimiser le rendement.
Lire : Evolution des éoliennes terrestres
Outils numériques pour faciliter l’intégration dans le réseau électrique
Pour une bonne intégration des éoliennes terrestres aux autres sources d’énergie, il est nécessaire d’utiliser l’informatique et les outils de communication pour assurer leur bon fonctionnement en réseau. Les données collectées peuvent ensuite être utilisées pour améliorer l’exploitation :
Gestion en temps réel de la production électrique
Avec l’utilisation de capteurs et d’instruments de mesure placés sur les turbines, il devient possible de collecter et gérer des informations en temps réel pour chacune des éoliennes du parc. Par exemple, la tension produite, la puissance active, la température, la vibration, etc. sont autant de paramètres qui permettent d’évaluer en continu l’état de santé et l’efficacité des machines.
Liaison et pilotage à distance grâce au système SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
Les données recueillies par les divers capteurs installés sur les éoliennes sont transmises au centre de contrôle via un câble sous-marin. Il est donc possible de suivre l’état du parc éolien et de réagir rapidement en cas de besoin. Les opérateurs peuvent ainsi donner des instructions pour régler les paramètres des turbines, voire stopper leur fonctionnement en cas d’urgence.
Savoir : Les centrales solaires thermiques
Amélioration de l’intégration au réseau électrique grâce à de meilleurs transformateurs
Les éoliennes terrestres sont connectées au réseau électrique par l’intermédiaire de transformateurs qui permettent d’élever la tension de sortie de la génératrice à celle requise pour le raccordement. Avec l’augmentation de la puissance moyenne des turbines, les transformateurs ont dû également s’adapter :
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- Le choix entre un transformateur immergé et un transformateur sec dépend non seulement des exigences techniques mais aussi des contraintes environnementales (risques de pollution et incendie, encombrement, bruit). Les innovations technologiques dont certains sont équipés – telles que les technologies ester – contribuent à une meilleure efficacité énergétique et une optimisation des coûts liés à leurs maintenance et fonctionnement.
- Des systèmes de régulation plus performants permettent désormais aux transformateurs de subir moins de variations brutales de charge et donc d’améliorer la qualité de l’énergie injectée dans le réseau et d’assurer un contrôle précis de l’équilibre électrique entre production et demande.
En conclusion, les éoliennes terrestres ont connu un développement remarquable ces dernières décennies, se traduisant par une augmentation considérable de leur taille et de leur puissance et une meilleure intégration au réseau électrique. Ces avancées ont rendu la production d’électricité éolienne de plus en plus compétitive par rapport aux sources traditionnelles d’énergie fossile comme le charbon ou le gaz naturel.
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