Si chaque tour de roue est une révolution, alors chaque balayage d'une pale d'éolienne est une opportunité. C'est ainsi que les chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) voient le potentiel pour les exploitants d'éoliennes d'augmenter la capture d'énergie en utilisant des contrôles au niveau de l'usine. En éloignant les sillages des turbines individuelles des turbines en aval, les installations existantes peuvent réaliser des gains annuels de production d'énergie de 1 à 2 % selon la taille et la conception de l'usine.

Grâce au financement du ministère de l'Énergie, NREL a développé le modèle de redirection de flux et d'induction à l'état stable (FLORIS) pour aider les opérateurs de centrales éoliennes à optimiser les interactions avec les turbines. Ce logiciel open source permet aux utilisateurs de concevoir des contrôleurs qui peuvent choisir les meilleurs angles de lacet pour le fonctionnement de la turbine dans différentes conditions.

Au cours des dernières années, Les chercheurs du NREL ont mené plusieurs campagnes à petite échelle pour valider les prédictions de FLORIS. Études à une et deux turbines au National Wind Technology Center du NREL à Boulder, Colorado, et l'installation Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) à Lubbock, Texas, contribué aux mises à jour de FLORIS. Une autre expérience à turbine unique dans une installation offshore commerciale a fourni des informations supplémentaires sur les configurations optimales.

« L'intérêt pour l'application de cette approche ne manque pas, " a déclaré Paul Fleming, ingénieur principal du NREL, qui dirige les recherches du laboratoire sur le contrôle des parcs éoliens. "Mais avant de pouvoir voir des contrôles adoptés à grande échelle, l'industrie a besoin de voir des essais sur le terrain qui sont menés dans des environnements réalistes."

Pour combler cette lacune, Fleming et ses collègues ont récemment conçu une étude pour apporter une clarté accrue à la recherche sur le contrôle des éoliennes. L'équipe a incorporé une gamme d'équipements de détection, y compris un lidar au sol, tour météorologique, et deux sodars - à la sous-section du Peetz Wind Energy Center au cours de l'étude sur le terrain de 3 mois.

"Notre configuration expérimentale a utilisé une instrumentation spécifique pour collecter des points de données supplémentaires, ce qui a considérablement augmenté notre capacité à analyser la précision des prédictions simulées, " a déclaré Fleming.

NREL a maintenant publié un logiciel FLORIS de quatrième génération, qui a des améliorations de précision et de convivialité. Cette version comprend une représentation supplémentaire de la physique des écoulements qui intègre les avancées dans la compréhension de l'aérodynamique de la direction du sillage. Les ingénieurs logiciels de NREL ont également introduit une approche modulaire qui permet d'ajouter rapidement des fonctionnalités et une interface repensée qui donne aux chercheurs plus de contrôle sur les simulations.

Fleming et ses collègues ont publié la partie 1 de leurs résultats des essais sur le terrain dans la revue Sciences de l'énergie éolienne . Les auteurs ont identifié plusieurs axes d'amélioration, tels que les raffinements de conception de contrôleur dynamique, filtrage temporel, et quantification de l'incertitude. Cependant, ils rapportent que le contrôleur a réussi à augmenter la capture d'énergie dans les turbines en aval conformément aux prévisions de FLORIS.

"Étant donné qu'un gain de 2% dans une centrale éolienne typique de 300 mégawatts (MW) pourrait représenter 1 million de dollars par an en bénéfices supplémentaires, il n'est pas surprenant que l'industrie exprime un intérêt généralisé pour la mise en œuvre de contrôles optimisés, " a déclaré Fleming.