Le prochain espoir de l'énergie éolienne : des pales aussi longues que deux terrains de football

Inspiré par la façon dont les palmiers se déplacent dans des vents violents, un groupe de chercheurs de l'Université de Virginie et du Sandia National Laboratory développent une pale d'éolienne extrêmement longue qui pourrait permettre de construire des turbines de 50 mégawatts, bien au-delà de la puissance d'aujourd'hui. , qui ont tendance à ne produire que deux mégawatts. Les pales, conçues dans le cadre d'un programme financé par le programme ARPA-E du Département américain de l'énergie, mesureraient 200 mètres de long, soit 2,5 fois la longueur des pales les plus longues disponibles dans le commerce aujourd'hui.

Ces dernières années, l'industrie éolienne s'est tournée vers des pales de plus en plus longues, motivées par de simples économies d'échelle : plus le diamètre du rotor est grand (la zone circulaire balayée par les pales de la turbine), plus une seule tour éolienne peut produire de puissance. Si les pales peuvent être fabriquées et la tour érigée à moindre coût, le coût de l'électricité diminue à mesure que les pales s'allongent.

Même dans les grandes plaines ouvertes, transporter d'énormes pales de turbine par la route est une entreprise risquée.

Les superblades Sandia sont basées sur des concepts développés par Eric Loth, professeur de génie mécanique et aérospatial à l'Université de Virginie . Ils auraient une série de joints sur leur longueur qui leur permettraient de se plier en réponse à la force du vent. Situées sous le vent de la tour (contrairement aux pales conventionnelles, qui sont au vent), les pales se replieraient comme les serres d'un rapace dans des conditions de vent extrêmes pour réduire les forces sur la turbine. Dans des conditions optimales, ils s'étendraient sur toute leur longueur. Ils sont particulièrement bien adaptés aux installations offshore dans les zones sujettes aux ouragans, et ils permettraient de produire économiquement de l'électricité dans les régions où les vents sont faibles.

Le rotor morphing s'accroche comme la serre d'un rapace en réponse aux conditions de vent changeantes.

Ce que nous proposons de faire va bien au-delà des conceptions actuelles et présente un risque très élevé, déclare Todd Griffith, responsable technique de Sandia. Programme d'énergie éolienne en mer .

Les pales les plus longues disponibles aujourd'hui mesurent 80 mètres et sont construites en un seul segment. Les longueurs de pales sont pour l'instant limitées par des problèmes de logistique et de transport : il est difficile d'utiliser des camions pour déplacer quelque chose de plusieurs dizaines de mètres de long et de plusieurs mètres de diamètre. Vestas, basée au Danemark, a récemment commencé à expédier Lames de 62 mètres aux États-Unis. Le premier client est Duke Energy, qui commencera à construire un nouveau parc éolien en utilisant les grandes pales dans l'Oklahoma plus tard cette année. Les lames seront expédiées vers les ports le long de la côte du golfe du Texas, transportées par chemin de fer jusqu'en Oklahoma et transportées par camion jusqu'au site. Une telle installation ne pourrait pas se produire dans les régions les plus congestionnées du pays.

Les lames segmentées, qui facilitent le transport et le montage sur site, ne sont pas nouvelles ; fabricants européens dont Jeuxa et Enercon les offrent maintenant, mais ils n'ont pas encore été largement déployés. Les constructeurs de parcs éoliens hésitent à ajouter des faiblesses structurelles potentielles à de longues pales rigides soumises à des contraintes élevées, déclare Bruce Peacock, vice-président de l'ingénierie et de la construction dans la division des énergies renouvelables de Duke : De petits défauts structurels peuvent entraîner des défaillances catastrophiques.

Todd Griffith, du Sandia National Laboratory, tient un modèle à l'échelle des aubes de turbine que lui et ses collègues sont en train de développer.

Même si les pales arrivent sur le site, ériger des tours à vent de plus de 120 mètres de hauteur présente des défis en soi, car les grues ne sont pas assez hautes. Des fabricants tels que Terex et Manitowoc développent des grues spécialisées pour les très hautes tours éoliennes, mais il n'est pas certain qu'elles seront jamais assez hautes pour ériger une tour avec un rotor de 400 mètres. De nouvelles solutions émergent. Systèmes de tour Keystone , une startup basée dans le nord du Colorado, a développé une usine mobile pour façonner sur site des tôles d'acier en une conception en spirale enveloppée, éliminant ainsi le problème de l'expédition de grandes tours par camion. Il y a aussi des dessins sur la table à dessin pour ce qu'on appelle grues grimpantes cette araignée essentiellement la tour à mesure qu'elle s'élève.

La perspective de nouvelles technologies et de matériaux de pales exotiques plus légers et plus solides signifie que la volonté d'éoliennes surdimensionnées ne devrait pas s'éteindre. De gigantesques fermes offshore comme la Tableau de Londres sont susceptibles de devenir plus courants à l'avenir, et la taille des pales et la hauteur de la tour ne sont pas confrontées aux mêmes limitations en mer que sur terre. Il faudra une décennie ou plus pour que la conception Sandia trouve son chemin sur le marché, si jamais elle le fait, mais des concepts encore plus futuristes pour des lames extensibles qui se télescopent vers l'extérieur dans des conditions favorables sont en préparation.

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