L'énergie éolienne est une source d'énergie d'avenir, par sa capacité à aider à lutter contre les changements climatiques, mais aussi par sa compétitivité économique. Les régions nordiques comme le Canada possèdent un grand potentiel éolien dû à une répartition avantageuse des courants d'air. Cependant, ces régions sont souvent celles où les évènements de givre atmosphérique sont les plus importants. L'accumulation de givre sur les pales des éoliennes représente un problème majeur pour les opérateurs de parcs éoliens créant d'importantes pertes de production. Ce projet de maîtrise vise à améliorer la compréhension de l'impact du givre sur les éoliennes et à développer des solutions alternatives d'opération afin de réduire les pertes de production liées à l'accumulation de givre sur les pales des éoliennes installées en milieux froids. Des approches numérique et expérimentale ont été jumelées afin de calculer le comportement théorique d'une éolienne sous différentes conditions de givre. Tout d'abord, des turbines d'un parc éolien de la province de Québec ont été instrumentées afin de mesurer les conditions atmosphériques locales. Au terme de presque deux hivers complets, les données météorologiques des éoliennes instrumentées ont été comparées afin de déterminer l'étendue spatiale et temporelle des mesures atmosphériques prises sur une turbine, dans l'optique d'optimiser le nombre de points de mesures nécessaires pour un parc éolien. La prise de ces mesures atmosphériques est réalisée à l'aide de plateformes de détection des conditions météorologiques (PDCM) installées à même les nacelles de quatre turbines situées à différents endroits à travers le parc éolien. D'autre part, un modèle numérique suivant la méthode Blade Element Momentum (BEM) a été développé dans le cadre de ce projet afin de calculer la puissance théorique d'une turbine. L'utilisation du code LEWICE a permis de simuler l'accumulation de givre sur un cylindre de référence et sur des sections de pales d'une éolienne grâce à des mesures atmosphériques réelles, prises sur les turbines instrumentées lors d'évènements de givre. Par la suite, le logiciel d'analyse par volumes finis StarCCM+ a permis d'explorer l'impact de la glace sur les performances aérodynamiques des profils de pales en calculant les polaires aérodynamiques des profils glacés modélisés dans LEWICE. Ces résultats intégrés dans le modèle numérique BEM développé ont été finalement été comparés avec les données de production de l'éolienne de référence instrumentée durant ces événements de givre afin de valider la méthode numérique utilisée. / Wind Power is an energy source of the future, with its capability to help fighting against climate change, but also through its economic competitiveness. Cold climate regions such as Canada have a huge wind potential due to an advantageous distribution of wind flow. However, these regions are often the ones where atmospheric icing events are the most significant. Ice accretion on wind turbine blades is a major concern for wind farm operators, resulting in significant power production losses. This project aims to improve the knowledge on the impacts of icing on wind-turbine blades and to suggest alternative solutions in order to reduce those power-production losses caused by icing. Numerical and experimental approaches were used to determine the theoretical behavior of a wind turbine under different icing conditions. First, turbines from a wind farm in the province of Quebec were instrumented to measure in situ atmospheric conditions. After nearly two complete winters of data acquisition, the meteorological data from the instrumented wind turbines were compared to determine their spatial and temporal extent in order to optimize the number of measurement points in a wind farm. Meteorological data were acquired with four Meteorological Condition Monitoring Stations (MCMS) installed on turbine's nacelles, in different place through the wind farm. On the other hand, a numerical model was developed following the Blade Element Momentum (BEM) method in order to compute the theoretical power of a wind turbine. The ice accretion code LEWICE was used to compute ice accretion on a reference cylinder and blade airfoils with input data recorded on wind-turbine nacelles during icing events. Subsequently, the iced airfoils were analyzed with the StarCCM+ CFD software to explore the impact of icing on the aerodynamic performance losses of the blade sections. These results were then as input of the BEM numerical model and compared to real performance data from the instrumented wind turbine during the same icing events in order to validate the method used in the project.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/73428 |
| Date | 13 December 2023 |
| Creators | Plante Montminy, Daryl |
| Contributors | Ruel, Jean, Bégin-Drolet, André |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xiv, 98 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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