Quelle est la durée de vie d’une éolienne ?
La durée de vie d’une éolienne est généralement définie comme la période pendant laquelle elle peut fonctionner de manière efficace et fiable, à sa capacité de production nominale ou à un niveau proche. En général, une éolienne a une durée de vie d’environ 20 à 30 ans pour produire de manière fiable de l’énergie renouvelable dans un parc éolien.
Bien entendu, la durée de vie des éoliennes peut varier considérablement selon plusieurs facteurs, notamment : la conception initiale et la robustesse de l’éolienne, son exposition aux conditions et contraintes environnementales, son historique d’exploitation et le niveau d’entretien dont elle a bénéficié.
Dans une éolienne, de nombreux composants critiques sont soumis à l’usure et à la fatigue au fil du temps. Il s’agit des pales, du réducteur, du générateur et de la tour lui-même. À un certain moment, le coût de réparation de ces composants approche ou dépasse celui du remplacement de l’unité, ou le retour sur investissement des réparations est insuffisant pour les justifier, entraînant ainsi la mise hors service de l’éolienne.
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 commande avancés permet d’atténuer certaines de ces contraintes, prolongeant ainsi la durée de vie des éoliennes tout en augmentant souvent leur 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 des charges : limitation de la poussée et ajustement en fonction des turbulences
Les charges de la turbine sont principalement générées par les forces aérodynamiques, qui peuvent varier en fonction des fluctuations de la vitesse et de la direction du vent ainsi que de la réponse du contrôleur. Ces charges peuvent accélérer la fatigue, mais peuvent être résolues par le système de contrôle-commande.
Une méthode courante de réduction des charges consiste à limiter la poussée et à utiliser des algorithmes de réduction en fonction des turbulences, afin de compenser les charges extrêmes et de fatigue.
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 en fonction des turbulences peut être utilisé en complément du limiteur de poussée standard. Dans ce scénario, la limite de poussée diminue avec la hausse de la turbulence du vent. Cela entraîne un impact moindre sur la production annuelle d’électricité par rapport à un contrôle statique de la limitation de poussée.
Enfin, un système de réduction en fonction des turbulences diminue la production d’énergie pendant les périodes de fortes turbulences afin de réduire les contraintes dues aux 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 des charges : limitation des oscillations de la transmission
Les variations de la vitesse du vent, les turbulences et un mauvais alignement sont autant de facteurs pouvant provoquer des oscillations dans la transmission de l’éolienne. Ces oscillations entraînent à leur tour une augmentation des charges de fatigue de la transmission.
Pour y remédier, un amortisseur de transmission réduit les oscillations 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 des charges : limitation des oscillations de la tour
Qu’elles soient causées par des turbulences, des phénomènes de résonance ou un déséquilibre des pales, les oscillations de la tour augmentent les charges de fatigue et peuvent réduire la durée de vie de l’éolienne. 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.
Dans la direction transversale, le système génère 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 l’orientation et du pas des pales
Un mauvais positionnement, résultant d’un désalignement de l’orientation ou du pas des pales , peut considérablement augmenter les charges de fatigue de l’éolienne. 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 réduit l’usure du système et prolonge la durée de vie de l’éolienne, tout en augmentant parallèlement sa production d’énergie.
Équilibrage entre la production d’énergie et l’usure de la turbine
Aucun compromis significatif sur la production d’énergie n’est nécessaire pour résoudre des contraintes générant du stress, telles que le désalignement de l’orientation 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 d’un système de contrôle-commande avancé peuvent déterminer l’équilibre optimal entre la production d’énergie de la turbine et la réduction des charges extrêmes et de fatigue.
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