Une étude sur le terrain montre que le givrage peut coûter aux éoliennes jusqu’à 80% de la production d’électricité

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Une étude sur le terrain montre que le givrage peut coûter aux éoliennes jusqu'à 80% de la production d'électricité
Cette photo de drone tirée d’une étude sur le terrain du givrage sur les éoliennes montre comment la glace s’est accumulée à l’extrémité d’une pale d’éolienne lors d’une tempête hivernale. Crédit: Hui Hu / Iowa State University

Les pales d’éoliennes qui tournent dans des conditions froides et humides peuvent accumuler de la glace de près d’un pied d’épaisseur sur les extrémités de leurs pales, d’une largeur de mètre.

Cela perturbe l’aérodynamique des pales. Cela perturbe l’équilibre de toute la turbine. Et cela peut perturber la production d’énergie jusqu’à 80%, selon une étude de terrain récemment publiée dirigée par Hui Hu, professeur Martin C. Jischke en génie aérospatial de l’Université d’État de l’Iowa et directeur de la physique du givrage des aéronefs et de l’anti / dégivrage de l’université. Laboratoire de technologie.

Hu mène des études en laboratoire sur le givrage des aubes de turbine depuis environ 10 ans, y compris des expériences dans le tunnel de recherche sur le givrage unique de l’ISU. Une grande partie de ce travail a été soutenue par des subventions du Iowa Energy Center et de la National Science Foundation.

«Mais nous nous demandons toujours si ce que nous faisons dans le laboratoire représente ce qui se passe sur le terrain», a déclaré Hu. « Que se passe-t-il sur les surfaces des pales des grandes éoliennes à grande échelle? »

Nous savons tous une chose qui s’est récemment produite sur le terrain. L’énergie éolienne et d’autres sources d’énergie ont gelé et sont tombées en panne au Texas lors de la tempête hivernale du mois dernier.

Recherche d’un site de terrain

Hu voulait quantifier ce qui se passait dans les parcs éoliens en hiver et a donc commencé il y a plusieurs années à organiser une étude sur le terrain. Mais c’était plus compliqué qu’il ne s’y attendait. Même dans l’Iowa, où quelque 5 100 éoliennes produisent plus de 40% de l’électricité de l’État (selon l’US Energy Information Association), il n’a pas eu accès aux turbines. Les sociétés d’énergie ne veulent généralement pas que les données sur les performances de leurs turbines soient rendues publiques.

Alors Hu – qui avait établi des liens avec des chercheurs de la School of Renewable Energy de la North China Electric Power University à Beijing dans le cadre d’un programme international de recherche sur les expériences pour les étudiants financé par la National Science Foundation – a demandé si les fermes éoliennes chinoises coopéreraient.

Les exploitants d’un parc éolien de 34 turbines et 50 mégawatts sur une crête de montagne dans l’est de la Chine ont accepté une étude sur le terrain en janvier 2019. M. Hu a déclaré que la plupart des turbines généraient 1,5 mégawatts d’électricité et étaient très similaires aux turbines à l’échelle des services publics qui opérer aux États-Unis.

Étant donné que le parc éolien étudié par les chercheurs n’est pas loin de la mer de Chine orientale, M. Hu a déclaré que les éoliennes y sont confrontées à des conditions de givrage plus proches de celles du Texas que de l’Iowa. Les parcs éoliens de l’Iowa sont exposés à des conditions hivernales plus froides et plus sèches; lorsque le froid hivernal tombe au Texas, les parcs éoliens y sont exposés à plus d’humidité en raison de la proximité du golfe du Mexique.

Une étude sur le terrain montre que le givrage peut coûter aux éoliennes jusqu'à 80% de la production d'électricité
Les chercheurs se sont rendus sur le terrain pour étudier le givrage de ce parc éolien de crête dans l’est de la Chine. Crédit: Hui Hu / Iowa State University.

Mesurer la glace

Dans le cadre de leurs travaux sur le terrain, les chercheurs ont utilisé des drones pour prendre des photos d’aubes de turbine de 50 mètres de long après une exposition à jusqu’à 30 heures de conditions hivernales glaciales, notamment de la pluie verglaçante, de la bruine verglaçante, de la neige mouillée et du brouillard verglaçant.

Les photographies ont permis de mesurer et d’analyser en détail comment et où la glace s’est accumulée sur les aubes de la turbine. Hu a déclaré que les photos avaient également permis aux chercheurs de comparer le givrage naturel au givrage de laboratoire et avaient largement validé leurs résultats expérimentaux, leurs théories et leurs prédictions.

Les photos montraient: «Alors que la glace s’accumulait sur toute la longueur des pales, plus de glace s’accumulait sur les pales extérieures, l’épaisseur de la glace atteignant jusqu’à 0,3 mètre (près de 1 pied) près des extrémités des pales», ont écrit les chercheurs dans un article récemment publié. en ligne par le journal Énergie renouvelable. (Voir la barre latérale pour toute l’équipe de recherche.)

Les chercheurs ont utilisé les systèmes de contrôle et d’acquisition de données intégrés des turbines pour comparer l’état de fonctionnement et la production d’énergie avec de la glace sur les pales à des conditions plus typiques sans glace.

« Cela nous dit quel est le problème, quel est l’effet sur la production d’électricité », a déclaré Hu.

Les chercheurs ont découvert que le givrage avait un effet majeur:

«Malgré le vent fort, les éoliennes givrées tournaient beaucoup plus lentement et s’éteignaient même fréquemment pendant l’événement de givrage, la perte de puissance induite par le givrage pouvant atteindre 80%», ont écrit les chercheurs.

Cela signifie que Hu continuera à travailler sur un autre domaine de recherche sur les éoliennes: trouver des moyens efficaces de dégivrer les pales pour qu’elles continuent à tourner et que l’électricité continue de circuler, tout au long de l’hiver.


Des ingénieurs étudient le givrage / le dégivrage des pales d’éoliennes pour améliorer la production d’électricité en hiver

Plus d’information: Linyue Gao et al, Une étude de terrain sur l’accrétion de glace et ses effets sur la production d’énergie des éoliennes à l’échelle des services publics, Énergie renouvelable (2020). DOI: 10.1016 / j.renene.2020.12.014
Fourni par l’Université d’État de l’Iowa

Citation: Une étude sur le terrain montre que le givrage peut coûter aux éoliennes jusqu’à 80% de la production d’électricité (2021, 4 mars) récupéré le 5 mars 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-03-field-icing-turbines-power-production .html

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