Les turbines verticales profiteront-elles davantage du vent ?

Le village isolé d'Igiugig en Alaska, qui compte environ 50 personnes, sera le premier à démontrer une nouvelle approche de l'énergie éolienne qui pourrait augmenter la production d'électricité et, selon ses inventeurs, la rendre plus abordable.

Tester le vent : Trois éoliennes à axe vertical de 10 mètres dans une installation de démonstration en Californie.

Pendant des décennies, la tendance dans l'industrie éolienne a été de fabriquer des éoliennes de plus en plus grandes, car cela a amélioré l'efficacité et contribué à réduire les coûts.

Jean Dabiri , professeur d'aéronautique et de bio-ingénierie à Caltech, a une idée hérétique. Il pense que le moyen de réduire le coût de l'énergie éolienne est d'utiliser de petites éoliennes à axe vertical, tout en utilisant des modèles informatiques pour optimiser leur disposition dans un parc éolien afin que chaque éolienne augmente la puissance de sortie de ses voisines.

Dabiri a démontré l'idée de base sur une parcelle d'essai de 24 turbines dans le sud de la Californie. Des subventions totalisant 6 millions de dollars de la Fondation Gordon et Betty Moore et du département américain de la Défense lui permettront de voir si l'approche peut réduire les coûts de l'énergie éolienne à Igiugig. Les 10 premières turbines seront installées cette année, et l'objectif est d'installer à terme 50 à 70 turbines, ce qui produirait à peu près autant d'énergie que les générateurs diesel que le village utilise actuellement. Dabiri installe également des turbines dans un parc éolien existant à Palm Springs, en Californie, en utilisant ses modèles pour générer de l'électricité en installant de nouvelles turbines entre celles existantes.

Normalement, lorsque le vent passe autour et à travers une éolienne, il produit des turbulences qui secouent les turbines en aval, réduisant leur puissance de sortie et augmentant l'usure. Dabiri dit que les turbines à axe vertical produisent un sillage qui peut être bénéfique pour les autres turbines, si elles sont correctement positionnées.

Les pales de ce type d'éolienne sont disposées verticalement, comme des pôles sur un carrousel plutôt que des rayons sur une roue, comme avec les éoliennes conventionnelles. Le vent se déplaçant autour des éoliennes à axe vertical s'accélère, et la disposition verticale des pales sur les éoliennes en aval leur permet de capter efficacement ce vent, d'accélérer et de générer plus d'énergie. (Les pales en rotation d'une éolienne conventionnelle n'attraperaient qu'une partie de ce vent plus rapide lorsqu'elles la traversent - cela nuit en fait aux performances de l'éolienne car cela augmente la contrainte sur les pales.) L'agencement permet d'emballer plus d'éoliennes sur une pièce de terre.

Petit vent : Sur une parcelle d'essai dans le comté de Los Angeles, en Californie, John Dabiri teste ses concepts de parcs éoliens constitués de petites éoliennes à axe vertical.

Les éoliennes de Dabiri mesurent 10 mètres de haut et génèrent de trois à cinq kilowatts, contrairement aux machines multi-mégawatts de 100 mètres de haut des parcs éoliens conventionnels. Il dit que les plus petits sont plus faciles à fabriquer et pourraient coûter moins cher que les classiques s'ils sont produits à grande échelle. Il dit également que les coûts de maintenance pourraient être inférieurs car le générateur repose sur le sol plutôt qu'au sommet d'une tour de 100 mètres, et est donc plus facile d'accès. La performance du parc éolien d'Igiugig aidera à déterminer si ses estimations des coûts d'entretien sont correctes.

Dabiri dit que les petites éoliennes verticales ont d'autres avantages. Alors que le bruit des éoliennes conventionnelles a conduit certaines communautés à faire campagne pour les démolir, ses éoliennes sont presque inaudibles, dit-il. Ils sont également moins susceptibles de tuer des oiseaux. Et leur profil court a attiré une subvention d'un million de dollars du ministère de la Défense pour étudier leur utilisation sur des bases militaires. Parce qu'elles sont plus courtes, elles interfèrent moins avec les opérations des hélicoptères et avec les radars que les éoliennes conventionnelles.

L'approche se heurte cependant à certains défis. Les éoliennes à axe vertical ne sont pas aussi efficaces que les éoliennes conventionnelles - la moitié du temps, les pales se déplacent réellement contre le vent, plutôt que de générer la portance nécessaire pour faire tourner un générateur. Comme les pales captent alternativement le vent puis se déplacent contre lui, elles créent une usure sur la structure, explique Fort Felker , directeur du National Wind Technology Center au National Renewable Energy Laboratory. Dabiri, et des chercheurs comme Alexandre Smit à l'Université de Princeton, disent qu'ils travaillent sur des conceptions de turbines améliorées pour résoudre certains de ces problèmes.

Felker note que l'approche de Dabiri nécessitera également l'installation de mille fois plus d'éoliennes, nécessitant potentiellement des millions d'éoliennes plutôt que des milliers pour générer des fractions importantes de l'alimentation électrique américaine. Et il note qu'au cours des dernières décennies, l'industrie éolienne a démontré que la fabrication d'éoliennes toujours plus grandes réduit les coûts (les nouvelles conceptions font passer l'énergie éolienne au niveau supérieur, les éoliennes surdimensionnées se dirigent vers la mer et la quête du monstre Pale d'éolienne. Aller dans l'autre sens, je crois, ne sera pas un succès, dit-il. Je ne pense pas que le calcul fonctionne.

Felker pense que l'approche de Dabiri pourrait s'avérer appropriée pour les petits endroits isolés comme Igiugig, où une construction et un entretien plus simples pourraient être importants. Mais si vous essayez de transformer l'économie énergétique globale, dit-il, vous devez voir grand.

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