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La mesure de la vitesse du vent dans un écoulement atmosphérique turbulent ayant de fortes variations saisonnières de température

Jobin, Jules (2008). La mesure de la vitesse du vent dans un écoulement atmosphérique turbulent ayant de fortes variations saisonnières de température. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Si on le compare aux différentes sources d'énergie couramment utilisées, l'éolien reste un secteur encore relativement jeune. Par contre, en observant l'évolufion de la puissance éolienne mondiale depuis quelques années, on note, depuis 1994, une croissance annuelle de près de 30%. Au moment d'écrire ces lignes, celle-ci se chiffre à environ 115 GW. Cette hausse s'explique en partie par le fait que la production d'énergie par le vent devient une altemafive de plus en plus concurrentielle. La nécessité de réduire nos émissions de gaz à effet de serre aidant, la production d'énergie par des sources renouvelables est de plus en plus envisagée.

Comme tout système de production d'énergie, si on désire l'utiliser efficacement, il est essentiel de bien en connaître la source. 11 faut donc, avant l'installation d'une éolienne, effectuer une quantification de la ressource présente sur le site envisagé. Celle-ci passe, entre autre, par la mesure de vent. 11 est à noter que, comme pour toute autre mesure, cette dernière est entourée d'une certaine incertitude. Une part de cette instabilité est rattachée à la transposition de l'étalonnage de l'appareil de mesure des conditions de laboratoire aux conditions atmosphériques réelles. La présente étude se consacre à cette problématique en tentant de vérifier l'influence de la température, du choix des instruments et de la composante verticale de vitesse sur la mesure de vent à l'aide d'anémomètres à coupoles et à hélice.

Pour ce faire, différents anémomètres et enregistreurs de données ufilisés par l'industrie sont à l'étude. Les enregistreurs utilisés sont : le Go-logger de Ohmega, le Symphonie de NRG et le Nomad2 de Second Wind. Les anémomètres testés sont : le NRG#40, le NRG IceFreelII, le Riso P2546A, le RMY-5103 et le RMY-5305. Avant le début du projet, ces instruments ont été installés sur une tour de mesure de 20 mètres. Les données recueillies lors de cette partie du projet ont permis de déterminer les caractéristiques du système de mesure et leurs effets sur la collecte de données. La seconde partie du projet consiste en une analyse en soufflerie de la dépendance en température de la mesure effectuée par les divers instruments. Également, diverses configurations de connections ont été testées.

Les résultats découlant de la mesure extérieure n'ont permis aucune conclusion quant à une influence notable de la température. Ceci s'explique par le fait que la plage de températures observée ne fut pas assez étendue. Pour ce qui est de l'influence de la vitesse verticale, il est reconnu que certains anémomètres y sont très sensible. Toutefois, les faibles vitesses verticales observées n'ont permises aucune conclusion quant à une influence notable. Il a tout de même été noté que la comparaison de données temporelles correspondantes entre deux enregistreurs peut présenter des résultats très divergents.

Pour ce qui est des tests en soufflerie, la plage de température parcourue, de - 5°C à 25°C, n'a pas permis de constater une influence marquée de la variation de température. Les tests d'interconnexion des appareils ont toutefois démontrés des problèmes de traitement avec l'enregistreur de données Ohmega Go-logger. La mesure des signaux des anémomètres R.M. Young s'est avérée erronée car, pour une portion de la plage de vitesse adoptée, leur fréquence dépasse la limite de lecture de l'enregistreur. Des problèmes d'instabilité de la lecture de l'anémomètre
NRG IcefreellI ont également été observés pour les vitesses de 6 à lOm/s.

Titre traduit

Wind speed measurement in an atmospheric turbulent flow with strong seasonnal temperature variation

Résumé traduit

Compared to common energy sources, wind energy is still a relatively young alternative. However, by looking at the evolution of the worldwide installed power since 10 years, we can observe an average annual growth of nearly 30%. From 1997 to 2008, the installed capacity went from 7.5 GW to nearly 115 GW. This increase can be partially explained by the fact that wind energy is now an option that is more and more competitive toward other conventional sources. The necessity to reduce our greenhouse gas emission combined with the growing desire for sustainable development helping, renewable energies are more and more considered.

Like every other power generation system, if we want to use it efficiently, it is fundamental to have a good understanding of its source. Before the installation of wind turbines, an assessment of the available resources must be made, generally with the use of a meteorological tower. One thing that must be kept in mind is that there are different inaccuracies in measurements caused by the use of anemometers, calibrated in a wind tunnel, in real outdoor conditions. The main objective of this project is to verify the influence of the temperature, the instruments choice and the vertical component of the wind speed on cup and propeller anemometer reading.

To analyze those inaccuracies, different loggers and anemometers used by the industry are tested. The loggers studied are the Ohmega Go-logger, the NRG Symphonie and the Nomad2 by Second Wind. The anemometers considered are the NRG IceFreelII, the NRG#40C, the Riso P2546A, the RMY-5103 and the RMY-5305. Prior to the beginning of the project, those instruments were installed on a 20-meters meteorological tower. In the first part of the project, the data collected by the different anemometers and loggers on the tower were analyzed to validate the characteristics of the measurement systems and their effects on data collection. The second part of the project consisted of temperature and instrument interconnection dependency tests in a temperature-controlled wind tunnel.

The results from outdoor measurement did not allowed any conclusion regarding temperature. As for the vertical speed influence, it is a known fact that some anemometers are heavily sensifive to this parameter. However, the small verfical speeds observed could not lead to any significant conclusion about a notable influence of this speed component. From the instruments tested, none of the variations observed could be explained in good part by the impact of the variation of those parameters. However, it has been noticed that data points taken at the same time by two different data loggers cannot be compared. Tests have shown non-negligible difference between those measurements.

As for the wind tunnel tests, the temperature range considered for the measurements, from -5°C to 25°C, didn't allowed any conclusion on significant influence of temperature variation. However, the connection tests between the different instruments enabled the observation of data treatment problems on the Go-logger. The frequencies of the signals generated by the two R.M. Young anemometers were, on a part of the considered speed range, too high to be measured by the data logger. Also instability problems were observed, on speed from 6 to lOm/s, on the NRG IcefreelIl.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr : f. [203]-206.
Mots-clés libres: Vents Vitesse Mesure. Turbulence atmosphérique. Température atmosphérique Variations saisonnières.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masson, Christian
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lemay, Jean
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 août 2010 13:55
Dernière modification: 17 déc. 2016 02:34
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/157

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