Quel est le rendement de production d'énergie des éoliennes dans les zones où les vitesses de vent sont faibles ou instables ?

C'est une excellente question et l'un des principaux défis que doit relever l'industrie éolienne pour développer son marché. En clair, dans les zones où les vents sont faibles ou instables, le rendement des éoliennes traditionnelles diminue considérablement. Cependant, grâce à des innovations technologiques ciblées et à des solutions globales, un développement économiquement viable est d'ores et déjà possible.

Vous trouverez ci-dessous plusieurs explications détaillées :
1. Défi : Pourquoi l'efficacité diminue-t-elle ?

La relation cubique entre la vitesse du vent et la puissance : la puissance de sortie d'une éolienne est directement proportionnelle au cube de la vitesse du vent. Cela signifie que si la vitesse du vent est réduite de moitié, la production d'électricité sera théoriquement réduite à un huitième de sa valeur initiale. Par conséquent, les faibles vitesses de vent sont préjudiciables à la production d'électricité.

Limite de vitesse de vent de coupure : Les éoliennes traditionnelles ont une « vitesse de vent de coupure » (généralement 3 à 4 mètres/seconde), en dessous de laquelle la turbine ne peut pas commencer à produire de l'électricité.

Vitesse du vent instable : des fluctuations fréquentes de la vitesse du vent peuvent entraîner des démarrages et arrêts fréquents, ainsi que des changements de lacet et d’inclinaison de l’éolienne, ce qui non seulement augmente les pertes mécaniques, mais empêche également un fonctionnement stable sur la courbe de puissance optimale, ce qui se traduit par une faible utilisation globale de la capacité.

Intensité élevée des turbulences : des vents instables accompagnent souvent une forte turbulence, ce qui augmente la charge sur le ventilateur. Par mesure de sécurité, il est parfois nécessaire de réduire la puissance de fonctionnement ou d’arrêter le ventilateur.

2. Solution : Comment améliorer l'efficacité de la production d'énergie dans les zones à faible vitesse de vent/instables ?

Pour répondre à ces défis, la technologie moderne de l'énergie éolienne, et notamment les éoliennes à basse vitesse, a développé des solutions éprouvées :

1. Augmenter la zone de balayage :

Allonger les pales : c'est la méthode la plus directe et la plus efficace. Des pales plus longues captent davantage d'énergie éolienne et génèrent un couple suffisant pour entraîner le générateur, même par faible vent. Le diamètre de la turbine des ventilateurs modernes à basse vitesse est de plus en plus important.

Optimiser la conception aérodynamique : adopter des profils et des formes de pales plus avancés afin d’améliorer l’efficacité de la capture de l’énergie éolienne.

2. Réduire la réduction de la vitesse du vent et de la vitesse nominale du vent :

En améliorant la stratégie de contrôle et la conception du générateur, la réduction de la vitesse du vent peut être ramenée à 2-2,5 mètres par seconde, voire moins.

Réduisez la « vitesse nominale du vent » (la vitesse du vent qui atteint la pleine puissance) pour permettre à l'éolienne d'atteindre sa puissance nominale à des vitesses de vent plus faibles.

3. Augmenter la hauteur de la tour :

La vitesse du vent augmente avec l'altitude (effet de cisaillement du vent). L'utilisation d'une tour plus haute permet de placer le moyeu à une hauteur plus élevée et plus stable, avec des vitesses de vent plus importantes, ce qui augmente considérablement la production d'énergie.

4. Technologie de contrôle intelligent avancée :

Contrôle intelligent du pas et du couple : ajustement précis de l’angle des pales et du couple du générateur en fonction de la vitesse instantanée du vent, optimisation de la capture d’énergie et réduction de la charge causée par un vent instable.

Commande prédictive : combinée à la technologie LiDAR pour mesurer la vitesse du vent à l’avance, elle permet d’ajuster l’état du ventilateur en amont, de lisser la puissance de sortie et de réduire les chocs mécaniques.

Contrôle collaboratif des parcs éoliens : optimiser la stratégie de fonctionnement des éoliennes sur l’ensemble du parc, réduire l’impact du sillage et augmenter la production totale d’énergie du site.

5. Conception du modèle adaptée à des conditions de vent spécifiques :

Concevoir des éoliennes améliorées pour les champs de vent à forte turbulence et les terrains complexes (comme les zones montagneuses) capables de supporter des charges plus complexes et de maintenir un fonctionnement efficace.

3. Indicateurs d'effet global et de mesure

Après l'optimisation décrite ci-dessus, la durée de fonctionnement annuelle équivalente des éoliennes modernes à faible vitesse peut dépasser 2 000 heures dans les zones à faible vent (par exemple, une vitesse de vent annuelle moyenne de 5,5 à 6,5 mètres par seconde), ce qui représente un atout pour le développement économique. Dans les zones traditionnellement exposées aux vents forts (avec une vitesse de vent annuelle moyenne supérieure à 8 mètres par seconde), cette durée peut atteindre 3 000 à 4 000 heures.

Indicateur clé de mesure - Coût actualisé de l'électricité (LCOE) :
Le critère d'évaluation ultime n'est pas simplement l'« efficacité », mais le coût de production d'électricité. Grâce à cette technologie, bien que le coût d'une unité (notamment les pales et la tour) puisse augmenter, la production d'électricité est considérablement accrue dans les zones à faible vent, ce qui réduit le coût actualisé de l'électricité par kilowattheure et assure la rentabilité du projet.

4. Tendances futures

Plus grandes et personnalisées : les éoliennes continuent d'évoluer vers des diamètres de pales plus importants et des structures de tours plus hautes, et offrent des solutions hautement personnalisées pour différentes zones de ressources éoliennes.

Associée au stockage d'énergie : dans les zones où la vitesse du vent est instable, la solution « énergie éolienne + stockage d'énergie » (par exemple, le stockage d'énergie par batterie) deviendra la norme pour lisser la production, participer à la régulation de la fréquence du réseau, améliorer la qualité de l'énergie et permettre une connexion au réseau plus harmonieuse.

Énergie éolienne distribuée et communautaire : dans les zones à faible vitesse de vent mais proches des points de consommation électrique (comme les régions du centre et du sud-est de la Chine), l’installation d’une ou plusieurs éoliennes à faible vitesse de vent peut alimenter directement le parc ou la communauté, réduisant ainsi les pertes de transmission, et ses avantages économiques deviennent évidents.

résumé

Dans les régions où les vents sont faibles ou instables, le rendement des éoliennes classiques n'est pas optimal. Cependant, des éoliennes modernes, spécialement conçues pour les faibles vitesses de vent, parviennent à capter efficacement l'énergie éolienne grâce à diverses technologies telles que l'optimisation aérodynamique, le contrôle intelligent et l'augmentation de la taille et de la hauteur. Elles transforment ainsi des ressources éoliennes auparavant inexploitables en électricité économiquement viable. Par conséquent, dans ces régions, l'« efficacité de la production d'électricité » n'était plus un défi technique, mais un enjeu d'optimisation grâce à des solutions techniques complètes, et ce marché représente un important moteur de croissance pour le développement mondial de l'énergie éolienne.