Contribution to the optimization of the wind farm production management
Contribution à l'optimisation de la gestion de production des parc éoliens
Résumé
Last decades saw a huge increase of the global wind energy demand because of its crucial contribution to the reduction of the CO2 emission for power generation. This situation highlighted some challenging aspects, such as the necessity to improve power yield maximization strategies. Indeed, wind farms (WFs) experience wake interactions, leading to power losses and fatigue loads for wind turbines (WTs). Promising solutions to mitigate these effects are based on Wind Farm control. The most common solutions currently being studied are the induction and the yaw control (or wake steering) strategies by controlling WTs individually. The present work deals with yaw control strategies and aims to characterize the effect of wind turbine wake deviation on the dynamics and global load variations of a downstream wind turbine, during a positive and negative yaw manoeuvre representing a misalignment/realignment scenarii. These were reproduced in wind tunnels while modelling the WTs as porous discs. Experiments were performed at two reduction scales and for two inflow conditions: homogenous isotropic and turbulent, and atmospheric boundary layer flows. The transient processes during yaw maneuvers were analysed from PIV and load measurement. While overall results show a non-dependence on the wake and load dynamics of the flow conditions and Reynolds scales, they highlight an influence of the yaw maneuver direction. In addition, the wake interaction between two full-scale WTs was also analysed through the processing of WT operational data acquired during a measurement campaign from the SMARTEOLE project. Through inter-correlations of power time series, time delays between neighboring WT responses were quantified, and their dependence to the degree of wake interaction and to the incoming wind speed is finally assessed.
Ces dernières décennies ont connu un fort développement de la demande en énergie éolienne, du fait de ses potentialités pour réduire les émissions de CO2 pour la production d’électricité. Dans ce contexte, il est nécessaire d’optimiser les stratégies de production d’énergie dans les parcs d’éoliennes. En effet ces derniers subissent des pertes de production et une augmentation de la fatigue structurelle des éoliennes est observée. Une des principales causes est liée aux interactions de sillages. Des solutions prometteuses pour atténuer ces effets sont les stratégies de contrôle d'induction ou de lacet appliquées aux éoliennes individuellement. Ce travail de recherche étudie la réponse dynamique d’un sillage d’une éolienne contrôlée en lacet et de son impact sur la charge exercée sur une éolienne en aval. Des scenarii de désalignement sont ainsi reproduits en souffleries avec des modèles d’éoliennes de type disque poreux. Les expérimentations sont réalisées à deux échelles réduites et pour deux types d’écoulements incidents : un turbulent homogène et isotrope, et une couche limite atmosphérique. Les transitoires rencontrés pendant les manœuvres en lacet sont analysés via des mesures de vélocimétrie laser par imagerie de particules et d’efforts par balance aérodynamique. Les principaux résultats montrent que les dynamiques du sillage et de la charge résultante sont indépendantes du type d’écoulement et du nombre de Reynolds, mais en revanche, elles dépendent du sens de la manœuvre (lacet croissant ou décroissant). En complément, l’interaction de sillage entre deux éoliennes à échelle réelle est également étudiée grâce au traitement de données acquises durant une campagne d’essais de terrain réalisée dans le cadre du projet SMARTEOLE. Grâce aux corrélations entre les séries temporelles de puissance générée, les déphasages entre les réponses des deux éoliennes sont quantifiés et l’influence du niveau d’interaction de sillage et de la vitesse de vent incident sont estimées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)