Alors que les parcs éoliens sont devenus une méthode répandue de production d’énergie, les chercheurs étudient désormais l’impact de ces grands parcs sur la configuration des vents et sur l’environnement.
Des chercheurs de l’UBC Okanagan et de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas ont utilisé des simulations à grande échelle pour mieux comprendre la façon dont l’air se déplace au-dessus et à l’intérieur des parcs éoliens et ont développé un cadre de modélisation qui contribuera à améliorer les prévisions et la productivité de l’énergie éolienne.
Les chercheurs espèrent également découvrir comment les grands parcs éoliens peuvent modifier la configuration naturelle des vents.
« Les parcs éoliens deviennent si grands qu’ils peuvent réellement modifier la structure du vent entrant », explique le Dr. Joshua Brinkerhoff, professeur agrégé à la School of Engineering de l’UBCO.
“La structure qu’ils étudient, que les ingénieurs appellent la couche limite atmosphérique, surveille l’évolution de la vitesse du vent, de la température et de la pression avec l’altitude.”
Non seulement déterminer l’emplacement d’un parc éolien est une science en soi, explique-t-il, mais le réglage précis de la position des éoliennes individuelles au sein d’un groupe est également de la plus haute importance pour la production d’électricité. Alors que les logiciels aident à placer les éoliennes pour garantir le rendement le plus élevé, les parcs éoliens mal conçus produisent moins d’électricité que prévu, ce qui les rend non rentables.
« Notre cadre de modélisation est l’un des premiers à décrire clairement comment les parcs éoliens modifient la couche limite atmosphérique, ce qui le rend extrêmement précieux pour aider les ingénieurs à concevoir de meilleurs parcs éoliens », explique le Dr. Brinkerhoff.
Avec des collègues de la TU Delft, le doctorant Sebastiano Stipa s’est rendu aux Pays-Bas dans le cadre d’un échange Mitacs Globalink pour mener à bien la recherche. L’équipe de recherche a développé un cadre open source à volumes finis adapté aux études à grande échelle sur la façon dont les parcs éoliens interagissent avec l’atmosphère.
Le cadre de modélisation, appelé Toolbox for Stratified Convective Atmospheres (TOSCA), est conçu pour effectuer des simulations complètes de la turbulence générée par les grands parcs éoliens dans des conditions atmosphériques réalistes. L’article décrivant TOSCA a été publié cette semaine dans Science de l’énergie éolienne.
TOSCA, explique Stipa, peut relever au moins deux des défis majeurs auxquels est actuellement confrontée l’énergie éolienne en simulant la turbulence de la couche limite sur de vastes zones et en simulant l’ensemble d’un parc éolien dans des conditions d’écoulement atmosphérique réalistes.
«Les résultats de cette recherche permettront de mieux comprendre les estimations potentielles des performances des parcs éoliens et d’augmenter leur production d’énergie», explique Stipa. “Ce nouveau cadre de modélisation peut servir de feuille de route pour l’industrie.”
Dr. Brinkerhoff souligne que la modélisation informatique peut être utile dans la construction de parcs éoliens, notamment pour prédire s’ils peuvent produire de l’énergie de manière efficace.
“La découverte la plus importante est que notre modèle peut capturer l’interaction entre les grands parcs éoliens et le vent venant en sens inverse”, ajoute-t-il. «Jusqu’à présent, cela n’a pas été enregistré correctement, ce qui conduit à une surestimation de la production électrique d’un parc éolien. Une telle surestimation est financièrement catastrophique pour les exploitants de parcs éoliens.»
Cette recherche a été soutenue par Mitacs Globalink, UL Renewables et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada. Les ressources informatiques ont été fournies par la Digital Research Alliance of Canada et Advanced Research Computing de l’Université de la Colombie-Britannique.