Des chercheurs en énergie éolienne du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie font partie d'une équipe d'auteurs invitant la communauté scientifique à relever trois défis qui conduiront à l'innovation nécessaire pour que le vent devienne l'une des principales sources mondiales d'énergie à faible coût. production d'électricité.

Leur appel à l'action est apparu dans un nouvel article de journal publié dans Science .

"Les gens pensent que parce que les éoliennes ont fonctionné pendant des décennies, il n'y a pas de place pour l'amélioration. Et encore, il y a tellement plus à faire, " a déclaré le chercheur NREL et co-auteur de l'article Paul Veers. " L'énergie éolienne a le potentiel d'être une source principale d'énergie à faible coût pour le monde, mais nous n'y arriverons pas sur une trajectoire de statu quo. Nous avons besoin que des scientifiques et des chercheurs du monde entier se joignent à nous pour relever les défis de la recherche sur le vent."

À l'automne 2017, Le NREL a réuni plus de 70 experts éoliens représentant 15 pays pour discuter d'un futur système électrique où le vent pourrait répondre à la demande mondiale d'énergie propre. Sur la base de cet atelier, auteurs principaux de l'article Veers, Responsable Recherche Groupe NREL Eric Lantz, et Katherine Dykes de l'Université technique du Danemark ont ​​identifié trois « grands défis » dans la recherche sur l'énergie éolienne qui nécessitent des progrès supplémentaires de la part de la communauté scientifique.

Premier grand défi :Mieux comprendre la ressource et le débit éoliens dans la région de l'atmosphère où opèrent les centrales éoliennes.

À mesure que les éoliennes augmentent en hauteur pour capter une plus grande ressource énergétique et que les éoliennes s'étendent sur de plus grandes distances, nous devons comprendre la dynamique du vent à ces altitudes et à ces échelles. L'utilisation antérieure de modèles physiques simplifiés et de technologies d'observation de base a permis l'installation de centrales éoliennes et des prévisions de performance dans une variété de types de terrain. Mais des lacunes importantes existent dans notre connaissance des écoulements de vent en terrain complexe ou dans des conditions de stabilité atmosphérique variables. Le défi est de modéliser ces différentes conditions afin que la centrale éolienne puisse être optimisée, rentable, et contrôlable—et installé au bon endroit.

Deuxième grand défi :Aborder la dynamique structurelle et systémique des plus grandes machines tournantes du monde.

Les éoliennes sont désormais les plus grandes flexibles, machines tournantes dans le monde, avec des longueurs de pale dépassant 80 mètres et des tours s'élevant bien au-dessus de 100 mètres. Pour mettre cela en perspective, trois des plus gros avions de transport de passagers, les Airbus A380-800, pouvaient s'adapter nez à nez dans la zone balayée d'un rotor d'éolienne. Alors que les machines continuent de grossir, de nouveaux matériaux et procédés de fabrication sont nécessaires pour répondre aux nouveaux problèmes d'évolutivité, transport, et le recyclage. En outre, l'intersection de la turbine et de la dynamique atmosphérique soulève plusieurs questions de recherche importantes. De nombreuses hypothèses simplificatrices sur lesquelles les générations précédentes d'éoliennes étaient conçues ne s'appliquent plus. Le défi n'est pas seulement de comprendre l'atmosphère, mais aussi pour déchiffrer quels facteurs sont critiques à la fois pour l'efficacité de la production d'électricité et la sécurité structurelle.

Troisième grand défi :Concevoir et exploiter des centrales éoliennes pour soutenir et favoriser la fiabilité et la résilience du réseau.

Les fortes pénétrations éoliennes et solaires changeront radicalement les réseaux électriques du futur. Le vent peut fournir des services de réseau essentiels, comme le contrôle de fréquence, rampe, et la régulation de tension. Des contrôles innovants pourraient tirer parti des attributs des éoliennes pour optimiser la production d'énergie de la centrale tout en fournissant ces services essentiels. Par exemple, l'utilisation de techniques de mégadonnées sur les informations provenant de capteurs répartis sur les machines autour de l'usine pourrait améliorer la capture d'énergie, coût réduit, et optimiser les opérations pour répondre aux exigences du réseau. Le chemin vers la réalisation de cet avenir nécessitera des recherches substantielles aux intersections de la modélisation des flux atmosphériques, dynamique individuelle des turbines, et le contrôle des éoliennes avec le fonctionnement du système électrique plus important.

Ces grands défis de la recherche éolienne s'appuient les uns sur les autres. Caractériser la zone d'exploitation des éoliennes dans l'atmosphère sera essentiel pour progresser dans la conception de la prochaine génération d'éoliennes encore plus grosses et à bas coût. La compréhension à la fois du contrôle dynamique des machines et de la prévision de la nature des apports atmosphériques permettra le contrôle de l'installation nécessaire au support du réseau.

« Relever ces défis en adoptant une approche interdisciplinaire de la science et de l'ingénierie de l'énergie éolienne conduira à des solutions qui feront progresser l'état de l'art en matière de production d'énergie éolienne, " a déclaré le directeur associé du laboratoire NREL pour les sciences de l'ingénierie mécanique et thermique et co-auteur de l'article, Johney Green. " Cette approche fournit également les solutions intégrées nécessaires pour faire progresser l'ensemble du système, de la turbine à la centrale en passant par le réseau électrique global, pour nous prêt pour le système énergétique du futur."