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De meilleures éoliennes
Technologies ExRo , une startup basée à Vancouver, en Colombie-Britannique, a développé un nouveau type de générateur bien adapté à la récupération d'énergie éolienne. Cela pourrait réduire le coût des éoliennes tout en augmentant leur puissance de 50 %.
Boîtier de puissance : Le câblage en cuivre s'étend à partir d'un prototype d'un nouveau type de générateur, qui a été conçu en tenant compte de la variabilité de la vitesse du vent.
Le nouveau générateur fonctionne efficacement dans une plus large gamme de conditions que les générateurs conventionnels. Lorsque l'arbre qui traverse un générateur ordinaire tourne à la vitesse optimale, plus de 90 % de son énergie peut être convertie en électricité. Mais s'il accélère ou ralentit, l'efficacité du générateur chute considérablement. Ce n'est pas un problème dans les centrales électriques conventionnelles, où les turbines tournent à un rythme constant, alimentées par un approvisionnement constant en énergie à partir de charbon ou d'un autre combustible. Mais la vitesse du vent peut varier énormément. Les pales de turbine qui changent de pas pour capter plus ou moins de vent peuvent aider, tout comme les transmissions qui interviennent entre les pales en rotation et l'arbre du générateur. Mais les transmissions ajoutent à la fois des coûts de fabrication et de maintenance, et il y a une limite à la quantité de changement d'angle de pale pouvant compenser les changements de vent.
La nouvelle conception d'ExRo remplace une transmission mécanique par ce qui équivaut à une transmission électronique. Cela augmente la plage de vitesses du vent auxquelles il peut fonctionner efficacement et le rend plus réactif aux rafales et accalmies soudaines. Alors qu'aux vitesses de vent les plus élevées, les pales devront toujours être inclinées pour éliminer le vent, le générateur permettra à l'éolienne de capter davantage d'énergie dans les vents et les rafales à grande vitesse. En conséquence, la turbine pourrait produire 50 pour cent de puissance en plus en moyenne au cours d'une année, dit Jonathan Ritchey , directeur de la technologie d'ExRo. En effet, dans certains endroits, la puissance de sortie pourrait doubler, dit Ed Nowicki , professeur de génie électrique à l'Université de Calgary, qui a été consultant auprès d'ExRo.
Le générateur fonctionne sur les mêmes principes que de nombreux générateurs ordinaires : des aimants attachés à un arbre rotatif créent un courant lorsqu'ils font passer des bobines de cuivre stationnaires disposées autour de l'arbre. Dans les générateurs ordinaires, toutes les bobines sont câblées ensemble. Dans le générateur d'ExRo, en revanche, les bobines individuelles peuvent être allumées et éteintes avec des interrupteurs électroniques. À des vitesses de vent faibles, seules quelques bobines s'allumeront, juste assez pour récolter efficacement la petite quantité d'énergie dans le vent à basse vitesse. (Si plus de bobines étaient actives, elles fourniraient plus de résistance aux aimants tournants.) À des vitesses de vent plus élevées, plus de bobines s'allumeront pour convertir plus d'énergie en électricité. Les interrupteurs peuvent être actionnés rapidement pour s'adapter aux vitesses de vent changeantes.
Regard à l'intérieur : Deux anneaux d'aimants (bleu-gris), l'un à l'intérieur et l'autre à l'extérieur d'une série de bobines de cuivre (rouge et verte), tournent pour produire de l'électricité.
Une autre partie de la conception rend le générateur plus réactif aux changements de vitesse du vent. La récolte de grandes quantités d'énergie nécessite de nombreuses bobines. Ceux-ci pourraient être disposés à l'intérieur d'un générateur de très grand diamètre, mais alors le rotor sur lequel les aimants étaient montés devrait également être plus grand. Cela rendrait plus difficile la mise en mouvement du rotor ou la modification de sa vitesse de rotation. (La plus grande distance entre le centre du générateur et les bobines augmente ce que l'on appelle le moment d'inertie.) Le générateur ExRo répartit plutôt les bobines entre plusieurs générateurs de petit diamètre - que les chercheurs appellent des piles - le long de l'arbre. Des diamètres plus petits facilitent le changement de vitesse de rotation. La conception à plusieurs piles facilite également la personnalisation du générateur pour un site éolien particulier. Pour un site avec des vents faibles, peu de cheminées seraient nécessaires. Pour un site avec des vents à grande vitesse, plus pourrait être ajouté, permettant au générateur de convertir plus d'énergie en électricité.
D'autres sociétés ont développé des conceptions qui intègrent plusieurs générateurs, qui peuvent être activés séparément, en fonction de la vitesse du vent. Mais ceux-ci doivent être engagés et désengagés mécaniquement, ce qui ajoute du poids et de la complexité au générateur et augmente les coûts. La réduction de l'entretien et du poids en éliminant le besoin d'engrenages et d'embrayages mécaniques pourrait permettre à ExRo de réduire les coûts. Et ça, dit Paul Sclavounos , professeur de génie mécanique au MIT, est le facteur clé pour déterminer s'il faut essayer de capter une plus grande partie de l'énergie éolienne. ExRo peut avoir un avantage, dit-il, car la clé de sa technologie est le contrôle électronique, qui est peu coûteux. En effet, la société affirme qu'un exploitant d'éolienne pourrait gagner 57 % d'argent en plus avec une turbine au cours d'une année en utilisant le nouveau générateur.
ExRo a développé et testé un prototype à l'échelle du laboratoire. Ses estimations de l'augmentation de la production d'électricité proviennent de modèles qui utilisent les données des sites d'éoliennes existants. D'ici la fin de cette année ou au début de l'année prochaine, la société commencera à tester sur le terrain une petite éolienne de cinq kilowatts. Ritchey dit que la société n'aura pas de chiffres fermes pour la production d'électricité tant que ces tests ne seront pas terminés. La prochaine étape consistera à installer des générateurs plus gros à l'échelle du mégawatt dans les éoliennes existantes.