Comment prolonger la durée de vie des éoliennes ?

Les éoliennes doivent supporter des contraintes mécaniques et environnementales constantes tout au long de leur durée de vie, dès le premier jour de leur mise en service. Au fil du temps, ces contraintes s’accumulent sous forme de niveaux de fatigue variables sur l’unité. Cela produit souvent des pannes de composants et des défaillances structurelles plus tôt que prévu au cours du cycle de vie d’une éolienne.

Cependant, l’utilisation de logiciels de contrôle avancé permet d’atténuer certaines de ces contraintes, ce qui permet de prolonger la durée de vie d’une éolienne tout en augmentant souvent la production d’énergie. La mise en œuvre de ces stratégies de contrôle constitue une alternative rapide et économique aux réparations mécaniques intempestives ou aux mises à niveau de composants.

Réduction de la charge : limitation de la poussée et réduction basée sur les turbulences

Les charges de la turbine sont principalement déterminées par les forces aérodynamiques qui peuvent varier en fonction des changements de vitesse du vent, de direction et de la réponse du contrôleur. Ces charges peuvent accélérer la fatigue, mais peuvent être résolues par le système de contrôle-commande.

Une méthode courante permettant de réduire la charge consiste à limiter la poussée et à utiliser des algorithmes de réduction basée sur les turbulences qui peuvent contribuer à compenser les charges de fatigue et les charges extrêmes.

Un limiteur de poussée estimera la force de poussée sur la base de la vitesse du vent. Lorsque l’estimation de la poussée est élevée (ce qui augmente la charge et les contraintes de la turbine), le pas augmente. Cela réduit les charges de la tour dans le sens avant-arrière jusqu’à 5 %, mais peut légèrement réduire la production annuelle d’énergie (AEP).

Un limiteur de poussée ajusté par rapport aux turbulences peut être utilisé en complément d’un limiteur de poussée. Dans ce scénario, la limite de poussée diminue avec la hausse de la turbulence du vent. Il en résulte un impact moindre sur l’AEP par rapport au contrôle de limite de la poussée statique.

Enfin, un système de réduction basé sur les turbulences diminuera la production d’énergie délivrée pendant les périodes de fortes turbulences afin de réduire les contraintes liées à des charges extrêmes. On obtient ce résultat en réalisant une estimation de la turbulence basée sur l’accélération de la nacelle et le vent estimé.

Réduction de la charge : réduction des oscillations de la transmission

Les variations de vitesse du vent, les turbulences et le mauvais alignement sont quelques-uns des facteurs qui peuvent créer des oscillations de la transmission de l’éolienne. À leur tour, ces oscillations entraînent une hausse des charges de fatigue de la transmission.

Pour corriger cela, un registre de transmission extrait l’oscillation de la transmission à sa fréquence propre. Cela produit une oscillation en contre-phase (ou une puissance d’amortissement de transmission) ajoutée au point de consigne du système de contrôle-commande. Le résultat est un point de consigne de couple de serrage du générateur qui amortit la fréquence propre de la transmission. L’ajout d’une solution d’amortissement de la transmission permet de réduire de 10 % les charges de fatigue de la transmission.

Réduction de la charge : réduction des oscillations de la tour

Qu’il s’agisse de turbulences, de résonances ou d’un déséquilibre des pales, les oscillations de la tour augmentent la fatigue et peuvent raccourcir la durée de vie des éoliennes. Cependant, une solution de registre de tour peut contrebalancer les oscillations de la tour. On obtient ce résultat en utilisant des mesures de l’accéléromètre supérieur de la tour pour les directions transversale et axiale.

Pour la direction transversale, le système produit une oscillation de puissance en contre-phase qui est ajoutée au point de consigne de puissance. Pour la direction axiale, il produit une oscillation de pas en contre-phase qui est ajoutée au point de consigne du pas. Il en résulte un point de consigne du couple de serrage et un point de consigne du pas du générateur qui amortissent la fréquence propre de la tour, ce qui peut réduire les charges de fatigue jusqu’à 8 %.

Optimisation des turbines - Alignement de direction et du pas

Le mauvais positionnement dû à un désalignement de direction ou à un désalignement du pas peut augmenter significativement les charges de fatigue des éoliennes. Le désalignement de direction peut être corrigé par un algorithme de contrôle de lacet à auto-étalonnage qui permet un alignement continu de la direction. Pour le désalignement du pas, un algorithme de détection de déséquilibre du rotor applique une correction automatique aux points de consigne du pas. La correction de l’un de ces désalignements à l’aide d’un logiciel de contrôle avancé réduira l’usure du système et permettra donc de prolonger la durée de vie de l’éolienne, tout en augmentant en parallèle la production d’énergie.

Équilibrage de la puissance de sortie et usure et déchirure des turbines

Il n’y a pas de compromis significatifs sur la production d’énergie lorsqu’il s’agit de résoudre des contraintes induisant du stress comme le désalignement de la direction ou du pas, ainsi que les oscillations de la transmission ou de la tour. L’utilisation de techniques de contrôle avancé est une méthode éprouvée pour prolonger la durée de vie d’une éolienne sans dégradation de l’énergie produite.

Bien qu’il puisse y avoir des compromis lors de la mise en œuvre de solutions de limitation de poussée, les processus de système de contrôle-commande avancés peuvent déterminer l’équilibre adéquat entre la production d’énergie de la turbine par rapport à la réduction de la charge extrême et de la fatigue.

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