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Capteurs laser pour éoliennes
Un nouveau système laser à fibre optique peut mesurer la vitesse et la direction du vent jusqu'à 1000 mètres devant une éolienne, donnant aux machines massives suffisamment de secondes précieuses pour s'adapter de manière proactive aux rafales et aux changements soudains de direction du vent. L'appareil, développé par Attraper le vent , une startup basée à Manassas, en Virginie, pourrait améliorer l'efficacité des éoliennes et les empêcher de tomber en panne.
Repérage du vent : Un prototype d'un nouveau système LIDAR à laser, montré ici, peut projeter horizontalement trois faisceaux laser invisibles jusqu'à 300 mètres devant une éolienne. Les petites particules dans le vent sont détectées lorsqu'elles traversent les faisceaux.
Le dispositif pourrait contribuer à réduire le coût de l'électricité renouvelable issue du vent. Les éoliennes perdent environ 1% de leur efficacité de fonctionnement pour chaque degré de désalignement de leurs pales avec le vent venant en sens inverse. Catch the Wind affirme que son système laser peut augmenter la puissance de la turbine de 10 % en améliorant la précision de l'orientation. Le pas des pales peut également être ajusté avant le vent pour réduire l'usure des composants et des pales de la boîte de vitesses de la turbine, réduire les coûts de réparation et de maintenance jusqu'à 10 % et prolonger la durée de vie d'un parc éolien, selon la société.
John Kourtoff, directeur général du développeur éolien offshore Puissance Trillium , qualifie l'approche de Catch the Wind d'intrigante sur le plan conceptuel si elle peut à la fois réduire les coûts des parcs éoliens et augmenter les revenus. À première vue, cela a du sens. Ce serait avantageux pour nous, dit-il. Mais il faudrait que je voie de vraies données de terrain.
Les systèmes actuels de mesure de l'énergie éolienne, à la fois les anémomètres mécaniques et les dispositifs LIDAR (détection et télémétrie de la lumière) plus avancés, sont principalement utilisés pour déterminer si un emplacement convient à un parc éolien. Les systèmes sont également conservés dans le cadre des stations météorologiques sur site utilisées pour la prévision du vent à plus long terme. Des données en temps réel peuvent également être recueillies en montant un petit anémomètre à l'arrière de la nacelle d'une turbine, explique Kourtoff. Le problème avec cette configuration est que l'air est tellement perturbé après le passage des aubes de turbine que les mesures sont souvent faussées et peu fiables. De plus, l'éolienne ne peut réagir aux changements de vent qu'après que ses pales ont été touchées, les laissant vulnérables pendant quelques secondes à une gamme de forces punitives causées par le cisaillement du vent, les rafales et les turbulences.
Catch the Wind a adapté le LIDAR afin qu'il puisse être monté sur des éoliennes et utilisé pour mesurer les changements de vent dans le temps afin d'apporter des ajustements à l'éolienne. Il émet trois faisceaux laser invisibles devant la turbine qui peuvent mesurer simultanément les vitesses du vent verticales et horizontales à différentes distances, ainsi que les changements brusques de direction. Comme le LIDAR classique, il le fait selon le principe Doppler : lorsque le laser rebondit sur de petites particules de poussière transportées par le vent, il change de couleur. La couleur du laser est directement proportionnelle à la vitesse de la particule. L'appareil utilise des algorithmes propriétaires pour convertir ces données en mesures de la vitesse et de la direction du vent avant de communiquer un plan d'action au système de contrôle de la turbine. L'appareil fournit un préavis de 20 secondes, suffisant pour faire tourner la nacelle et incliner les pales afin que l'éolienne puisse capter une plus grande partie de l'énergie éolienne tout en réduisant la tension sur ses pièces.
Le LIDAR conventionnel ne convient pas au montage sur des éoliennes, car ces dispositifs reposent sur des miroirs, qui doivent être positionnés avec précision, pour projeter un seul faisceau sous la forme d'un cône tridimensionnel, explique le président de l'entreprise Philip Rogers. Les changements de température ou les mouvements brusques peuvent désaligner les miroirs. L'appareil de la société Rogers remplace les miroirs par des fibres optiques qui projettent trois faisceaux distincts. Cette conception le rend suffisamment robuste, petit et léger pour être monté en permanence sur une nacelle de turbine et intégré à son système de contrôle. Cela ressemble beaucoup à de l'électronique à semi-conducteurs, explique Rogers. Il s'agit d'un système très compact et robuste qui n'est pas sensible aux chocs, aux changements de température et à d'autres éléments causés par le mouvement.
Le système Catch the Wind est actuellement testé sur le terrain au Institut de l'énergie éolienne du Canada sur le littoral venteux de l'Île-du-Prince-Édouard. Paul Dockrill, directeur de la technologie à l'institut, affirme que l'appareil bien performé lors des premiers essais au sol au sommet d'un trépied. Il sera prochainement monté sur la nacelle d'une turbine dans le cadre d'une étude plus approfondie.
Rogers envisage que le système de fibre optique soit intégré directement dans les nouvelles turbines au point de fabrication, et qu'il soit également adapté aux milliers de turbines déjà en service aujourd'hui. Nous sommes en pourparlers avec un certain nombre de fabricants, et nous avons constaté un intérêt important, dit-il, ajoutant que les versions bêta de l'appareil arriveront au printemps prochain et que la production commerciale est prévue pour la fin de 2010.