Les chercheurs ont modélisé la dynamique des fluides d'éoliennes multi-rotors, et comment ils interagissent dans les parcs éoliens. La recherche démontre un net avantage pour un modèle de turbine à quatre rotors.

Avec leur diamètre de 220 mètres, les éoliennes du futur parc éolien de Dogger Bank en mer du Nord sont les plus grandes au monde. Mais grand, plus grand, le plus grand n'est pas nécessairement le meilleur lorsqu'il s'agit d'éoliennes.

Des chercheurs de l'Université d'Aarhus et de l'Université de Durham au Royaume-Uni ont maintenant modélisé la dynamique des fluides d'éoliennes multi-rotors via des simulations numériques à haute résolution, et il s'avère que les éoliennes à quatre rotors sur une seule fondation présentent un certain nombre d'avantages.

Une éolienne récupère l'énergie du vent entrant, mais quand le vent passe à travers les pales de la turbine, une région avec des vitesses de vent plus faibles et des turbulences plus élevées est créée, appelée sillage de l'éolienne. Une deuxième éolienne en aval est affectée par ces turbulences de plusieurs manières. Tout d'abord, il produit moins d'énergie, et deuxièmement, la charge structurelle est augmentée.

"Dans l'étude, nous avons constaté que les turbulences et les courants dans le sillage des turbines se rétablissent beaucoup plus rapidement avec les turbines multi-rotors. Cela signifie que, avec multi-rotors, une deuxième turbine en aval produira plus d'énergie et sera soumise à moins de charges et de contraintes, parce que la turbulence est proportionnellement plus petite, " dit Mahdi Abkar, professeur adjoint au Département de génie, Université d'Aarhus et expert en physique des écoulements et turbulence.

Moins de frais, moins de soucis, plus d'énergie

Une éolienne à plusieurs rotors crée moins de turbulences, et le vent se "restaure" plus vite, ce qui signifie une production d'énergie plus élevée. Et c'est une connaissance importante à une époque où les éoliennes deviennent de plus en plus grosses, et donc de plus en plus cher.

"Vous pouvez toujours augmenter votre production d'énergie en augmentant le diamètre des pales du rotor, mais il y a des défis structurels majeurs dans la construction de ces constructions massives avec des diamètres supérieurs à 150 mètres. Les besoins matériels augmentent, le transport des structures est lourd et coûteux, et il devient plus coûteux d'entretenir les éoliennes, " dit Mahdi Abkar.

Une turbine à quatre rotors coûte env. 15 % de moins à construire qu'une turbine à un rotor, même si les lames couvrent la même surface au total. À la fois, une construction à quatre rotors est beaucoup plus légère et donc plus facile à transporter. Et si l'un des rotors cesse de fonctionner, le reste de la turbine produira toujours de l'énergie, contrairement aux éoliennes ordinaires.

En outre, les chercheurs ont découvert que les turbines à plusieurs rotors produisent en réalité un peu plus d'énergie que les turbines à rotor unique :env. 2 plus.

« Nous avons exploré plusieurs géométries et dynamiques différentes de turbines multi-rotors et avons constaté que la construction optimale est une turbine à quatre rotors aussi éloignés que possible. Cette dernière entraîne moins de turbulences en aval et une stabilisation plus rapide du sillage derrière le éoliennes, ", explique le professeur adjoint Mahdi Abkar.