Contexte
L’augmentation de la durée de vie des éoliennes est l’un des principaux sujets d’investigation auxquels sont confrontés les exploitants de parcs éoliens. Une cause de vieillissement prématuré souvent mis en avant est l’accumulation des charges imposées par les forts cisaillements en amont du rotor dus à un mauvais fonctionnement de l’éolienne ou/et à l’atmosphère dans lequel elle évolue.
Le vent est très variable en espace et en temps (turbulence, rafale …) alors que les pales des éoliennes sont de plus en plus longues. Afin de limiter l’influence de ces perturbations sur l’éolienne, une des solutions envisagée aujourd’hui est ce que l’on appelle le « retroffiting » ou l’intégration de systèmes d‘ajustement communément appelés « ADD-ON ». Cela consiste à modifier a posteriori la surface aérodynamique de la pale pour en améliorer les performances et la durée de vie .
Ruptures scientifiques et innovation
Systèmes actifs pour l’adaptation dynamique de l’aérodynamique des pales.
Le projet ASAPe propose le développement d’une série de système d’ADD-ON original, robuste et simple, composé de capteurs Epenon et/ou pression sans fil ainsi que d’actionneurs fluidiques de type jet pulsé, capable d’adapter dynamiquement l’aérodynamique des pales d’éolienne et ainsi de diminuer les charges aérodynamiques.
Ce système sera amené progressivement à maturité à l’aide d’essais sur un profil de pale bidimensionnel dans la soufflerie aérodynamique du LHEEA (rafale à l’échelle intermédiaire) et dans la soufflerie Jules Verne du CSTB (vent fluctuant à l’échelle 1). A l’échelle 1, un profil de pale réel sera fourni par les industriels signataires des lettres de soutien (VALOREM et EDF-EN service). Un travail prospectif sera également réalisé dans ce projet pour préparer des essais sur site (choix du site, de l’éolienne, de la position et de la stratégie de contrôle …).
Impact technique et économique attendu
Nouveaux systèmes add-ons actifs qui peuvent être utilisés sur les pales des éoliennes.
Dates clés du projet
- Mai 2019 - Caractérisation de la soufflerie du LHEEA (échelle intermédiaire) avec le nouveau système de perturbation
- Juin 2019 - Tests des capteurs avec perturbations dans la soufflerie du LHEEA et dans la soufflerie du CSTB (échelle réélle)
- Janvier 2020 - Contrôle actif de l’aérodynamique de la pale avec perturbation dans la soufflerie du LHEEA
- Mai 2020 - Tests de couples de différents actionneurs/capteurs dans la soufflerie du LHEEA
- Juin 2021 - Tests d’un couple d’actionneur/capteur choisi pour les essais dans la soufflerie du CSTB
- Mai 2022 - Add-ons pour les essais sur site
Démonstrateur
Démonstrateur du fonctionnement Add-on en soufflerie à l’échelle réduite (Janvier 2020) et à l’échelle 1 (Janvier 2021).
Ce projet va être réalisé grâce aux équipements acquis dans le cadre du projet ROTOR-OPTIM.
Résultats
Characterization of flow behind chopper blade:
I. Neunaber, C. Braud, A. Soulier, S. Aubrun Wind Energy Science Conference, 2019, Cork, Irland.
Main findings are gust scaling parameters:
- downstream position
- blade width
- rotational frequency
Ability eTellTale to detect flow features:
A. Soulier, C. Braud, D. Voisin, B. Podvin, et al Wind Energy Science Conference, 2019, Cork, Irland.
Wireless pressure sensors (CSTB)
A la suite du projet ASAPe, et en s’appuyant sur ses résultats, dEUX nouveaux projets ont émergés :
- Projet ePARADISE (Évaluation des Perturbations AéRodynamiques sur les pales pour l’Amélioration de la Durabilité et de l’Impact Sonore des Éoliennes)
- Projet MOMENTA
Publications et communications produites
Publications
- I. Neunaber & C. Braud, First characterization of a new perturbation system for gust generation: the chopper Wind Energ. Sci., 5, 759–773, 2020
- I. Neunaber & C. Braud, Aerodynamic behavior of an airfoil under extreme wind conditions, Journal of Physics: Conference Series, Volume 1618-The Science of Making Torque from Wind (TORQUE 2020), 22 September 2020
- Soulier, A., Braud, C., Voisin, D., and Podvin, B.: Low-Reynolds-number investigations on the ability of the strip of e-TellTale sensor to detect the flow features over wind turbine blade section: flow stall and reattachment dynamics, Wind Energ. Sci., 6, 409–426, https://doi.org/10.5194/wes-6-409-2021, 2021
- A. Soulier, C. Braud , D. Voisin, F. Danbon, High Reynolds wind tunnel tests for the evaluation of e-TellTale sensor to detect flow separation on wind turbine blades, Wind Energ. Sci., en préparation.
- I. Neunaber, E. Guilmineau, F. Danbon, P. Delpech, S. Courtine, D. Lenoir, A. Soulier, D. Voisin, C. Taymans, C. Braud, Observation of a natural spatio-temporal bi-stability on a full scale blade section at pre-stall angles of incidence, Short communication in Wind Energy, en préparation.
- I. Neunaber, A. Soulier, D. Voisin, F. Danbon, F. Delpech, D. Lenoir, C. Taymans, C. Braud, Testing aerodynamic sensors on a full-scale wind turbine blade, WES, en préparation.
Communications orales
- Soulier, C. Braud, D Voisin, F Dandon, V Jaunet, JJ Lasserre et P Galtier., Electronique Tell-Tale, a sensor to detect flow separation on wind turbine blades, SMARTEOLE colloquium, PRISME, Orléans, France, 2018
- Sandrine AUBRUN, Caroline BRAUD, Boris CONAN, Benyamin SCHLIFFKE (Centrale Nantes), Examples of wind-turbineoriented aerodynamic challenges, French American Innovation Day 2019, March 18-19 – Télécharger la présentation complète
- Soulier, A., Braud, C., Voisin, D., and Podvin, B., Ability of the e-TellTale sensor to detect flow features over wind turbine blades: flow stall/reattachment dynamics, Wind Energ. Sci. Discuss., 2020.
Organisation d’un mini-symposium lors de Wind Energy Science Conference, 2019 : « Active Flow Control on Blades »
14 participants: Seimens-Gamesa, TUDelft, Forwind, DLR, DTU, ECN.TNO, Univ. Waterloo, IRPHE(FR), AIST (J), Scalian(FR), Mer Agitée(FR), LAAS(FR), LHEEA(FR), Orléans(FR).
Dont 2 communications orales dans ce mini-symposium:
- Ingrid Neunaber, Caroline Braud, Antoine Soulier and Sandrine Aubrun (LHEEA – Ecole Centrale Nantes, CNRS), Characterization of a new perturbation system for gust generation: The Chopper, Wind Energy Science Conference, 2019, Cork, Irland. 18 juin 2019
- A. Soulier, C. Braud, D. Voisin, B. Podvin, et al, Ability eTellTale to detect flow features, Wind Energy Science Conference, Cork, Irland, 2019
Organisation d’un minisymposium sur les “Smart Blade technologies” avec IWES, FORWIND, AIST, TU-Delft et DLR à la conférence internationale WESC 2021: ~10 participants de laboratoire internationnaux (IWES, TU-Delft, DLR, ForWind, AIST etc …)
Dont 3 communications orales dans ce mini-symposium:
- C. Braud, I. Neunaber, F. Danbon, P. Delpech, D. Lenoir, E. Mornet, Y. Queveau, A. Soulier, D. Voisin, C. Taymans “Wind tunnel full scale aerodynamic sensors assessment prior to field tests” Wind Energy Science Conference, On-line to due COVID-19, organisation: Forwind – Hannover, May 2021.
- A. Soulier, D. Voisin, I. Neunaber, F. Danbon, P. Delpech, E. Mornet, Y. Queveau, C. Braud “Flow separation detection performance of the e-Telltale evaluation at full scale” Wind Energy Science Conference, On-line to due COVID-19, organisation: Forwind – Hannover, May 2021.
- I. Neunaber, E. Guilmineau, F. Danbon, P. Delpech, A. Soulier, D. Voisin, C. Taymans, C. Braud “High Reynolds number blade aerodynamics: 3D flow separation dynamics” Wind Energy Science Conference, On-line to due COVID-19, organisation: Forwind – Hannover, May 2021.
Perspectives
Validation des Add-ons sur site réél ou/et retour aux essais en soufflerie pour l’amélioration des add-ons ou/et le développements de nouvelles technologies d’actionneurs/capteurs.
