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Modélisation et optimisation de la production d'un grand parc éolien en climat nordique

Dabin, Nathalie (2008). Modélisation et optimisation de la production d'un grand parc éolien en climat nordique. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le parc Le NORDAIS. installé en 1999 sur les sites de Matane et Cap-Chat, est composé de 133 turbines à pas fixe NEG MICON de modèle NM750/48-60 Hz Artic détenues et gérées par la compagnie AXOR jusqu'en 2007. Ce parc québécois, depuis racheté par la compagnie CANADIAN HYDRO DEVELOPERS, unique de par sa taille et la technologie à pas fixe qu'il emploie, enregistre durant l'hiver de nombreux arrêts prolongés causés par un phénomène mal compris de surpuissance durant lequel la turbine dépasse sa puissance nominale. Ce phénomène entraine une surproduction énergétique considéiable. L'objectif principal de ce travail de thèse est de proposer et d'évaluer une solution, autre que le calage plus profond des pales,à ce problème de surcharge énergétique. La solution retenue consiste en un contrôle actif de la puissance par effacement du rotor de l'axe du vent. Afin d'estimer la pertinence de cette solution, un modèle prédictif de la puissance de sortie d'une turbine opérant en climat nordique et des événements de surpuissance a été mis au point. Le modèle proposé, basé sur la méthode IEC 61400-12 et corrigé par deux facteurs fonction de la turbulence et du nombre de Reynolds, a été élaboré à partir de l'étude paramétrique expérimentale des courbes de puissance et des événements de surcharge enregistrés de 2000 à 2003. Un réglage optimal des pales des turbines a ainsi pu être calculé pour chacun des deux ites, afin de minimiser les problèmes de surcharge, tout en maximisant la production énergétique grâce au contrôle par effacement. Ce travail a mis en évidence le lien entre l'arrivée d'un front froid et l'apparition du phénomène de surpuissance. Par ailleurs, le scénario de contrôle et les ajustements optimaux proposés permettent un gain de production estimé à 105 GWh pour les 20 ans de durée de vie restante du parc, soit l'équivalent de huit mois de production. Ceci représente un bénéfice monétaire d'environ 9 millions de dollars.

Titre traduit

Modeling and optimization of power production of a large wind farm in nordic climate

Résumé traduit

Installed in 1999 at the Matane and Cap-Chat locations, the LE NORDAIS wind farm is composed of 133 fixed pitch NEG MICON wind turbines model NM750/48-60 Hz Artic. Up to 2007, this wind farm was owned and operated by the AXOR group but has been bought by CANADIAN HYDRO DEVELOPERS since. Unique for its size and the fixed pitch technology used. this wind farm has undergone during the cold winter times many prolonged stops associated with a poorly understood phenomenon known as overpower. This phenomenon leads to a considérable energy sousproduction. During these events of overpower, turbines produce beyond their rated capacity. The main objective of this doctoral work is to propose and evaluate a solution, other than deeply pitching the blades, to the problem of energy overload. The proposed solution is to actively control the output power production by yawing the rotor axis away from the wind direction. To evaluate the relevance and efficiency of this solution, a power prediction model has been developed with the unique ability to correctly predict the occurrence of overpower. The proposed model is based on the IEC 61400-12 standard method, corrected by two factors based on atmospheric turbulence and Reynolds number. The model was developed upon an experimental parametric study of measured power curves and overpower events recorded on the LE NORDAIS wind farm, from 2000 to 2003. An optimum blade configuration has been calculated for each of the two sites, in order to minimize the occurrences of overpower, while maximizing energy production through yaw control. This work has highlighted the link between the arrival of a cold front and the emergence of the phenomenon of energy overpower. Combining the proposed control scenario and suggested optimal blade adjustments yields to a production gain estimated to 105 CWh for the 20 years of remaining life lime of the wind farm. This gain corresponds to eight months of power production which represents a monetary benefit of about 9 millions.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f.[262]-267.
Mots-clés libres: climat, energetique, eolien, modelisation, nordais, nordique, optimisation, parc, prediction, production, rotor, sortie, surcharge, surpuissance
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Masson, Christian
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 09 août 2010 17:15
Dernière modification: 03 déc. 2016 01:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/153

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