Et si nous avions tout faux depuis le début en concevant et construisant des parcs éoliens à axe horizontal ? Une nouvelle étude suggère que lorsqu’elles sont regroupées de façon spécifique, le rendement global peut être augmenté de 15% avec des éoliennes à axe vertical, ce qui remet en question de nombreux projets actuels.
Récemment, des chercheurs de l’Oxford Brookes University ont révélé que la conception des éoliennes à axe vertical est beaucoup plus efficace que celle des éoliennes traditionnelles dans les parcs à grande échelle, et lorsqu’elles sont placées par paires, les éoliennes à axe vertical augmentent le rendement les unes des autres jusqu’à 15%. Placées en série, la puissance produite augmente encore de 3% supplémentaires. Soit un gain total allant jusqu’à 18% selon la configuration.
Pour obtenir ces chiffres, l’équipe de recherche, de la School of Engineering, Computing and Mathematics (ECM) de l’Oxford Brookes University, dirigée par le professeur Iakovos Tzanakis, a mené une étude approfondie basée sur plus de 11500 heures de simulation informatique. La simulation visait à montrer que les parcs éoliens peuvent fonctionner plus efficacement en remplaçant les traditionnelles éoliennes à axe horizontal (HAWT) par des éoliennes compactes à axe vertical (VAWT). Mais les chercheurs eux-mêmes ont été étonnés des résultats, récemment publiés dans l’International Journal of Renewable Energy (ELSEVIER).
« L’avenir des parcs éoliens doit être vertical »
Les résultats montrent, pour la première fois à une échelle réaliste, le potentiel des VAWT à grande échelle pour surpasser les éoliennes HAWT actuelles. Les VAWT fonctionnent avec un axe vertical (par rapport au sol) et présentent le comportement opposé des éoliennes HAWT que nous avons l’habitude de voir. Selon l’étude, les VAWT augmentent les performances les uns des autres lorsqu’elles sont disposées en grille. Et peu importe le type de conception, le positionnement des éoliennes est essentiel pour maximiser les rendements.
« Cette étude montre que l’avenir des parcs éoliens doit être vertical. Les éoliennes à axe vertical peuvent être conçues pour être beaucoup plus proches les unes des autres, ce qui augmente leur efficacité et, finalement, abaisse les prix de l’électricité. À long terme, les VAWT peuvent aider à accélérer la transition verte de nos systèmes énergétiques, de sorte qu’une énergie plus propre et durable provienne de sources renouvelables », déclare le professeur Tzanakis. Ces résultats sont un véritable tremplin vers la conception de parcs éoliens plus efficaces, la compréhension des techniques de récupération de l’énergie éolienne à grande échelle.
Le temps presse, la pression monte
Quels sont les délais que nous devrions respecter pour le déploiement d’un maximum de parcs éoliens afin de lutter au mieux contre le changement climatique ? Selon le Global Wind Report 2021, le temps presse… À en croire les chiffres avancés, pour que le déploiement de cette technologie soit efficace dans cette lutte, nous devrions le faire trois fois plus vite au cours de la prochaine décennie (par rapport à 2010-2020) afin d’atteindre les objectifs de « zéro émission nette » d’ici 2030 — visant à éviter les pires impacts climatiques.
« Les parcs éoliens modernes sont l’un des moyens les plus efficaces de générer de l’énergie verte, mais ils présentent un défaut majeur : à mesure que le vent s’approche de la première rangée d’éoliennes, les turbulences sont générées en aval. Et ces turbulences nuisent aux performances des rangées suivantes », explique Joachim Toftegaard Hansen, auteur principal de l’étude. « En d’autres termes, la première rangée converti environ la moitié de l’énergie cinétique du vent en électricité, alors que pour la rangée arrière, ce chiffre tombe à 25-30%. Chaque éolienne coûte plus de 2,3 millions d’euros/MW. En tant qu’ingénieur, il m’est naturellement venu à l’esprit qu’il devait y avoir un moyen plus rentable ».
Cette étude est la première à analyser de manière exhaustive de nombreux aspects de la performance des éoliennes, en ce qui concerne l’angle du réseau, le sens de rotation, l’espacement des éoliennes et le nombre de rotors. Il s’agit également de la première recherche visant à déterminer si les améliorations de performances sont valables pour trois éoliennes VAWT installées en série.
« L’importance de l’utilisation de méthodes de calcul pour comprendre la physique des flux ne peut être sous-estimée. Ces types d’études de conception et d’amélioration représentent une fraction du coût par rapport aux immenses installations d’essai expérimentales. Ceci est particulièrement important lors de la phase de conception initiale et est extrêmement utile pour les industries qui tentent d’obtenir une efficacité de conception et une puissance de sortie maximales », explique le Dr Mahak, co-auteur de l’étude et maître de conférences à l’ECM.