Une éolienne plus durable

Une startup canadienne a développé un petit prototype d'éolienne qui utilise la friction au lieu d'une boîte de vitesses pour convertir l'énergie éolienne en électricité. VentC , basée à Owen Sound, en Ontario, a récemment commencé à travailler sur un prototype plus grand de deux mégawatts. L'entreprise affirme que son système d'entraînement par friction est plus efficace et fiable – et moins coûteux à entretenir – que les éoliennes conventionnelles, qui sont sujettes à des pannes de boîte de vitesses coûteuses.

Roues qui tournent : Les pales de l'éolienne de CWind déplacent un volant d'inertie interne et plusieurs arbres qui se fixent à de petits générateurs à l'intérieur de la nacelle. Dans l'image du bas, une roue en caoutchouc roule sur la paroi intérieure d'un volant à l'intérieur d'un prototype de turbine de 65 kilowatts.

Les pales de la plupart des turbines utilisent le vent pour faire tourner un arbre d'entraînement relié à une boîte de vitesses. La boîte de vitesses gère la rotation d'un deuxième arbre qui se connecte à un gros générateur électrique. La boîte de vitesses est l'équipement le plus lourd d'une nacelle d'éolienne (la section située au sommet de la tour de l'éolienne). C’est aussi une pièce parmi les plus vulnérables à l’échec. Des rafales de vent soudaines soumettent la boîte de vitesses à d'énormes contraintes mécaniques. Au fil du temps, cela peut user ou casser les dents de ses engrenages métalliques.

La conception de CWind supprime complètement la boîte de vitesses. Au lieu de cela, l'arbre d'entraînement est connecté directement à un grand volant métallique. À l'extérieur du volant d'inertie se trouvent huit arbres secondaires plus petits, chacun relié à un générateur de 250 kilowatts et chacun garni de plusieurs pneus spécialement conçus qui adhèrent à la surface du volant d'inertie. Lorsque le volant d'inertie tourne, il engage les générateurs en faisant tourner ces arbres tapissés de pneus. Nous utilisons la friction. Ce n'est pas mécaniquement couplé, explique Na'al Nayef, ingénieur CWind et co-inventeur du système.

Nayef dit que le système utilise un logiciel pour contrôler les huit arbres secondaires. Les pneus sont également conçus pour glisser temporairement si une rafale de vent provoque une accélération soudaine du volant. Cette caractéristique atténue l'impact sur les générateurs. Chaque arbre secondaire peut également être désengagé du volant d'inertie si le vent ralentit, réduisant ainsi la friction et permettant aux arbres encore connectés de maintenir leurs générateurs à haute capacité. De même, connecter plus d'arbres, ajoutant ainsi plus de friction lorsque le vent augmente, engagera les générateurs au ralenti. Nous pouvons faire fonctionner les générateurs à une vitesse optimale à tout moment, explique Nayef, ajoutant que les tests sur le prototype plus petit de 65 kilowatts montrent des gains d'efficacité allant jusqu'à 5 % par rapport aux éoliennes standard.

Le fondateur de CWind, Paul Merswolke, a d'abord poursuivi la conception il y a sept ans après avoir regardé un documentaire sur le Oeil de Londres , une grande roue de 135 mètres de haut sur la rive de la Tamise. Il a vu que de simples pneus de camion étaient utilisés comme rouleaux de friction pour faire tourner la grande roue et a conclu que la même approche pouvait être adaptée pour les éoliennes. Nayef a été amené à bord pour proposer une conception préliminaire, et en 2004, CWind a approché la société d'ingénierie énergétique Associés MPR à Washington, DC, pour obtenir de l'aide sur la construction d'un prototype.

Nous avons répondu : « Non, nous ne sommes pas convaincus que cela ait du sens », déclare Larry Cundy, directeur du développement chez MPR. Mais CWind a convaincu MPR de faire une analyse de base de la conception, et finalement la société d'ingénierie a accepté de construire le prototype. C'est une application très nouvelle, très franchement, dit Cundy. C'est vraiment un coup de génie.

Cundy dit que le plus grand avantage de la conception de CWind est qu'il est plus facile et moins coûteux à entretenir tout au long de la durée de vie de l'équipement. Lorsqu'une boîte de vitesses sur une turbine conventionnelle tombe en panne, la turbine est complètement mise hors service. Obtenir une boîte de vitesses de remplacement prend beaucoup de temps, et retirer le dispositif massif de la nacelle de l'éolienne nécessite une grande grue et de nombreuses journées de travail. Chaque jour où l'éolienne ne produit pas d'électricité pour le réseau, c'est une perte de revenus pour l'opérateur.

Sur un système d'entraînement par friction avec plusieurs pneus, si vous perdez un pneu, les autres sont toujours là, explique Cundy, ajoutant que le remplacement des pneus est rapide - environ une journée de travail - et que les conceptions futures permettront l'entretien pendant que la turbine fonctionne encore. . La même redondance s'applique aux générateurs – si l'un tombe en panne, les autres peuvent toujours fonctionner. Cundy dit que les petits générateurs standard utilisés dans la conception de CWind peuvent être obtenus rapidement et sont installés assez facilement à l'aide d'une petite grue intégrée à la nacelle.

Nayef dit que les pneus utilisés sont conçus pour durer trois ans, et le remplacement de tous les pneus utilisés sur une éolienne de deux mégawatts devrait coûter 30 000 $, soit près de 200 000 $ sur 20 ans. En revanche, les boîtes de vitesses ont une durée de vie moyenne de six ans et coûtent environ 600 000 $ à remplacer, soit près de 2 millions de dollars sur 20 ans. Nous allons avoir des prix compétitifs avec les éoliennes à boîte de vitesses conventionnelles, mais nous avons les avantages d'une haute disponibilité, d'un rendement élevé et de tous les avantages liés à la facilité d'entretien.

Le mois dernier, CWind a signé un accord de fabrication avec un fabricant mondial de pièces automobiles Linamar , qui a engagé son équipe d'ingénierie McLaren Performance (de la renommée des courses de Formule 1) à produire le prototype de deux mégawatts. Dans le cadre du contrat de 10 ans, Linamar fabriquera également des turbines prêtes pour le marché, probablement à partir de 2011. Nayef dit que des travaux sont déjà en cours sur des conceptions de cinq mégawatts et de 7,5 mégawatts destinées au marché de l'éolien offshore ainsi qu'à distance onshore. sites où la facilité d'entretien devient une caractéristique de vente clé.

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