La grande majorité des éoliennes en cours d’installation ont trois pales. Pourquoi pas quatre? Ou deux ? Ou beaucoup plus pour attraper le plus de vent possible?
La réponse rapide est qu’une éolienne à deux pales est déjà idéale pour une grande efficacité. Avec deux lames, vous avez besoin de beaucoup moins de matériaux, de coûts de construction et de maintenance. Une troisième ou une quatrième pale de rotor rend l’éolienne légèrement plus efficace, tandis que les coûts de construction et de matériaux augmentent considérablement. Les quatre pales de nos éoliennes historiques étaient plus un choix pratique.
Les quatre pales de nos éoliennes historiques étaient plus un choix pratique.
Loi de Betz
Albert Betz a formulé la loi en 1919 selon laquelle un rotor idéal peut extraire au maximum 59% de l’énergie du vent. Si vous obtenez plus d’énergie du vent, le vent ralentit davantage, ce qui réduit l’apport de vent à la turbine. Un rotor idéal a des pales de turbine infiniment étroites, mais selon un document rédigé par Siemens en 2007 dans lequel ils traitent de notre question, il est indiqué que les éoliennes modernes à trois pales atteignent 80% de la limite Betz grâce à une conception intelligente des pales et une vitesse de rotation bien choisie; une turbine à deux pales atteindrait 5% de rendement en moins, mais aurait un retour sur investissement plus élevé en raison des coûts inférieurs.
Les éoliennes à deux pales offrent un certain nombre d’avantages distincts par rapport aux éoliennes à trois pales.
L’avantage majeur d’avoir un nombre réduit de pales (et d’entraînements à pas) est le poids du rotor (et donc le matériau) environ 30% moins lourd qu’un rotor à trois pales comparable (Aerodyne engineering GmbH, 2014). De plus, comme les rotors à deux pales fonctionnent à une vitesse de rotation plus élevée, le couple sur l’arbre est plus faible et, par conséquent, le rotor et la nacelle (qui abritent par example la génératrice et la transmission) sont plus légers. Une autre commodité d’un rotor avec moins de trois pales est qu’elles peuvent être tournées horizontalement pendant les tempêtes, de sorte qu’elles sont moins susceptibles d’être touchées par la foudre.
Les rotors à deux pales sont environ 30% moins lourds qu’un rotor à trois pales comparable
Un autre avantage peut être trouvé lors du transport et de la construction: un rotor à deux pales peut être transporté entièrement préassemblé et pré-testé sur le pont d’un navire jusqu’au site du parc éolien (De Vries, 2011). Enfin, les charges extrêmes peuvent être considérablement réduites en utilisant le stationnement horizontal du rotor (Aerodyne engineering GmbH, 2014). En raison de charges extrêmes réduites, la tour et les fondations peuvent être conçues plus légères.
Question de goût
Roberto Delgado, ingénieur principal chez 2-B Energy: « c’est une question de goût de choisir entre deux ou trois éoliennes à lames ». Certains préfèrent simplement les modèles à trois pales car ils disent qu’ils sont plus esthétiques. Delgado veut insuffler une nouvelle vie aux éoliennes à deux pales. Une éolienne à deux pales de 6 MW 2-B Energy est maintenant installée à Eemshaven depuis six ans. Grâce au contrôle individuel du pas (IPC), contrôlant indépendamment le pas de chaque pale de turbine, cette éolienne peut enlever une grande partie de la charge dynamique. Découvrez comment fonctionne notre technique de tangage https://windenergysolutions.nl/technology/
Résilience aux tempêtes
Un inconvénient majeur dans les zones où le vent est le plus constant est qu’elles peuvent se transformer périodiquement en fortes tempêtes et ouragans. La plupart des éoliennes ne peuvent pas supporter les vitesses de vent élevées que ces conditions météorologiques entraînent. les éoliennes à 2 pales peuvent facilement être abaissées rapidement avec une grue au lieu des deux grues, la plupart des turbines à pales demandent.
Notre grue de levage intégrée peut réduire considérablement les coûts de maintenance des installations éoliennes à deux pales.
Toute notre gamme d’éoliennes peut être équipée d’une grue de levage intégrée qui peut être facilement actionnée pour sécuriser l’ensemble de l’installation technique de la turbine, sans grue externe en quelques heures. De cette façon, aucun coût élevé ne doit être engagé pour la fourniture et l’utilisation d’une installation de grue mobile.
Un deuxième avantage de cette construction d’ascenseur intégrée est que les inspections sur le rotor et la maintenance majeure peuvent également être effectuées sans équipement de sources externes. Outre les avantages de l’installation par rapport aux éoliennes à trois pales, cela réduit considérablement les coûts de maintenance des installations éoliennes à deux pales.
Découvrez notre animation de la grue de levage embarquée en action.
Prévisions
Delgado prévoit que les turbines de 10, 12 mégawatts ou plus reviennent à la conception à deux pales. La charge dynamique peut toujours être mieux contrôlée avec une bonne direction. Selon Delgado, une conception à deux pales pour une éolienne en 2019 a un rendement inférieur de moins de 3% à celui de son homologue à trois feuilles de même diamètre. Vous obtenez alors de l’électricité supplémentaire grâce à des pales de turbine plus longues, tout en continuant à bénéficier de coûts de construction, de matériaux et de maintenance plus bas.
Un certain nombre d’entreprises ont commencé à développer et à construire de grandes éoliennes à deux pales (Schorbach et Dalhoff, 2012; Clover et Snieckus, 2014). Ce regain d’intérêt pour les éoliennes à deux pales est principalement motivé par l’accent accru mis sur l’énergie éolienne offshore. Le coût d’une réduction de l’énergie de 10 à 12% est indiqué et dans Clover et Snieckus (2014), une réduction de 20%, sur le papier, est mentionnée pour les éoliennes à deux pales. Le coût potentiel de la réduction de l’énergie fait que les turbines à deux pales sont une opportunité intéressante que les fabricants explorent activement.