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Perte de sillage réelle des grands parcs éoliens vs. sa simulation : étude de cas de Goldwind
Dans cette étude de cas, Goldwind démontre l’efficacité des approches de modélisation du sillage pour quantifier les pertes de sillage subies par les grands parcs éoliens.
Une quantification précise des pertes de sillage réelles affectant un parc éolien spécifique est effectuée, en s’appuyant sur les données opérationnelles.
Pour la simulation du phénomène de sillage, deux modèles de sillage distincts incorporés dans la base de données du logiciel Meteodyn WT ont été utilisés : une version modifiée du modèle PARK et le modèle Grand Parc Eolien. Une analyse comparative révèle que le modèle « Grand parc éolien » présente des performances supérieures et est donc fortement recommandé pour l’évaluation de l’impact du sillage sur les parcs éoliens de grande taille.
Cette enquête sur l’efficacité du modèle de sillage provient d’un contenu diffusé par le compte WeChat Yufengzhidao, géré par Goldwind, un leader dans ce domaine.
Description du site
Le site d’étude est situé dans les vastes étendues du désert de Gobi, dans la province de Xinjiang, en Chine. Caractérisée par une topographie uniformément plate et une absence de végétation, la région constitue un cadre idéal pour l’exploitation de l’énergie éolienne. L’installation éolienne comprend un groupe de quarante turbines, chacune possédant une capacité de 2,5 MW. Ces turbines ont un diamètre de rotor de 140 mètres et une hauteur de moyeu de 90 mètres.
L’espacement entre éoliennes adjacentes est judicieusement calculé à 12,5 fois le diamètre du rotor (D) aligné sur la trajectoire des vents dominants, et à 3,2D le long de l’axe perpendiculaire à ces vents dominants.
Cette conception intentionnelle garantit une captation maximale du vent et une interférence minimale du sillage, optimisant ainsi l’efficacité de la production d’énergie du parc éolien.
L’image de gauche montre la rose des vents obtenue lors de la campagne de mesure du vent, offrant une vue d’ensemble des régimes de vent dominants sur le site en question.Modélisation de l’effet de sillage
Dans le cadre de Meteodyn WT, deux modèles de sillage ont été utilisés pour étudier les effets de sillage :
- Le modèle PARK modifié : Ce modèle de sillage est largement reconnu dans le domaine de l’estimation de la ressource éolienne. Il postule un déficit de sillage axisymétrique s’étendant en aval de la turbine. Un aspect remarquable de ce modèle est le calcul de la constante de décroissance du sillage « k », qui est déduite de la mesure de l’intensité de turbulence. Cette approche fournit un moyen nuancé d’encapsuler le comportement dynamique du sillage influencé par la stabilité atmosphérique.
- Le modèle Grand Parc Éolien: Ce modèle avancé capture habilement les interactions complexes entre un cluster d’éoliennes et la couche limite atmosphérique. Elle repose sur la conceptualisation de l’ensemble des éoliennes comme une « rugosité équivalente », modifiant ainsi les caractéristiques de l’écoulement du vent dans la couche limite pour refléter l’impact global de la présence du parc éolien.
Une analyse comparative s’ensuit, juxtaposant les pertes de sillage prévues par les deux modèles avec les facteurs de perte de sillage réels, qui sont directement dérivés des données opérationnelles accumulées dans le parc éolien. Cette approche comparative s’étend à chacun des secteurs de vent dominants identifiés, favorisant une estimation fiable de la précision des modèles de prévision par rapport au comportement réel du sillage.
Pour le vent d’est (79-101 deg) :
Pour le vent d’ouest (259-281 deg) :
Conclusion et recommandations
L’analyse des données réelles de perte de sillage révèle une augmentation notable des pertes de sillage entre la deuxième et la quatrième rangée d’éoliennes, par rapport à la direction du vent ciblée.
Les capacités de simulation avancées du modèle de Grand Parc Eolien sont admirables, car elles reflètent avec précision la tendance observée et quantifient les facteurs de perte de sillage avec une grande fidélité. En revanche, le modèle PARK modifié présente des limites, notamment en ne reproduisant pas le modèle de perte de sillage croissant et en sous-estimant systématiquement les pertes, en particulier pour les troisième et quatrième rangées d’éoliennes.
Compte tenu de ces résultats, il est démontré que le modèle « Grand Parc Eolien » est l’outil de prédiction le plus performant pour les tâches d’évaluation du sillage lorsqu’il s’agit de traiter la dynamique complexe des grands parcs éoliens comprenant plus de trois rangées consécutives de turbines. Les performances robustes de ce modèle soulignent sa pertinence pour l’optimisation de la conception des parcs éoliens et l’analyse de l’efficacité des ensembles multi-turbines élaborés.
