Les éoliennes offshore construites selon les normes en vigueur peuvent ne pas résister aux puissantes rafales d'un ouragan de catégorie 5, créant un risque potentiel pour de telles turbines construites dans des zones sujettes aux ouragans, nouveaux spectacles de recherche dirigés par l'Université du Colorado à Boulder.

L'étude, qui a été menée en collaboration avec le National Center for Atmospheric Research de Boulder, Colorado et le National Renewable Energy Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis à Golden, Colorado, souligne les limites de la conception actuelle des turbines et pourrait fournir des conseils aux fabricants et aux ingénieurs qui cherchent à construire des turbines plus résistantes aux ouragans à l'avenir.

Le développement de l'énergie éolienne offshore aux États-Unis s'est accéléré ces dernières années, avec des projets à l'étude ou déjà en cours dans la plupart des États côtiers de l'Atlantique du Maine aux Carolines, ainsi que la côte ouest et les Grands Lacs. Le premier parc éolien offshore à grande échelle du pays, composé de cinq turbines, a commencé son exploitation commerciale en décembre 2016 au large des côtes de Rhode Island.

Les normes de conception des turbines sont régies par la Commission électrotechnique internationale (CEI). Pour les turbines offshore, il n'existe pas de directives spécifiques pour les vents de force ouragan. Les turbines offshore peuvent être construites plus grandes que les turbines terrestres, cependant, en raison de la capacité d'un fabricant à transporter des composants moulés plus grands tels que des lames par cargo plutôt que par voie terrestre par rail ou par camion.

Pour l'étude, Les chercheurs de CU Boulder ont entrepris de tester les limites de la norme de conception existante. En raison d'un manque de données d'observation sur la hauteur d'une éolienne, ils ont plutôt utilisé des simulations de grands tourbillons pour créer un puissant ouragan avec un ordinateur.

"Nous voulions comprendre le pire des scénarios pour les éoliennes offshore, et pour les ouragans, c'est une catégorie 5, " dit Rochelle Worsnop, chercheur diplômé du Département des sciences atmosphériques et océaniques de CU Boulder (ATOC) et auteur principal de l'étude.

Ces simulations à haute résolution uniques ont montré que dans des conditions de catégorie 5, la vitesse moyenne du vent près du mur de l'œil de la tempête a atteint 90 mètres par seconde, bien au-delà du seuil de 50 mètres par seconde fixé par les normes en vigueur.

"Des vitesses de vent de cette ampleur ont déjà été observées dans des ouragans, mais dans quelques cas seulement, et ces observations sont souvent remises en cause en raison des conditions dangereuses et des limitations des instruments, " a déclaré George Bryan de NCAR et co-auteur de l'étude. " En utilisant des simulations de grands tourbillons, nous sommes en mesure de montrer comment de tels vents peuvent se développer et où ils se produisent dans les ouragans."

Par ailleurs, les normes actuelles ne tiennent pas compte de la dérive, une mesure du changement de direction du vent sur une travée verticale. Dans la simulation, la direction du vent a changé jusqu'à 55 degrés entre la pointe du rotor et son moyeu, créant une tension potentiellement dangereuse sur la lame.

Les résultats pourraient être utilisés pour aider les développeurs de parcs éoliens à améliorer les normes de conception ainsi que pour aider les parties prenantes à prendre des décisions éclairées sur les coûts, avantages et risques de l'installation d'éoliennes dans des zones sujettes aux ouragans.

"L'étude aidera à éclairer les choix de conception avant que le développement de l'énergie éolienne offshore ne s'accélère dans les régions sujettes aux ouragans, " dit Worsnop, qui a reçu un financement du programme de bourses de recherche d'études supérieures de la National Science Foundation pour mener cette recherche. "Nous espérons que cette recherche aidera les fabricants et les développeurs d'éoliennes à exploiter avec succès la ressource éolienne incroyablement puissante juste au-delà de nos côtes."

« Le succès pourrait signifier soit la construction de turbines capables de survivre à ces conditions extrêmes, ou en comprenant le risque global afin que les risques puissent être atténués, peut-être avec des instruments financiers comme l'assurance, " a déclaré le professeur Julie Lundquist de l'ATOC et du CU Boulder's Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), un co-auteur de l'étude. "La prochaine étape de ce travail serait d'évaluer à quelle fréquence ces vents extrêmes auraient un impact sur un parc éolien offshore sur la côte atlantique au cours de la durée de vie de 20 à 30 ans d'un parc éolien typique."

Les résultats ont été récemment publiés en ligne dans la revue Lettres de recherche géophysique , une publication de l'American Geophysical Union.