Anémométrie à la nacelle en présence de sillage d'éoliennes

Benchagra, Manal (2010). Anémométrie à la nacelle en présence de sillage d'éoliennes. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La vitesse du vent est le plus important paramètre pour déterminer la puissance d’une éolienne et son potentiel de production énergétique. Afin de certifier les performances des éoliennes, des normes ont été proposées par la Commission Électronique Internationale (IEC). Cependant, plusieurs aspects traités dans ces normes sont basées sur des hypothèses restrictives. Par exemple, l’utilisation d’une tour de référence, la seule méthode acceptée actuellement pour déterminer la vitesse non perturbée du vent par rapport à l’éolienne, peut s'appliquer seulement à une éolienne. L’utilisation de l’anémométrie à la nacelle permet de tester toutes les éoliennes d’une centrale. Cette technique repose sur la relation entre la vitesse du vent à la nacelle (Unac) et la vitesse du vent non perturbé (Uinf). Toutefois, cette technique reste encore très imprécise en sillage.

Dans ce contexte, une étude numérique est effectuée afin d'établir des relations entre Uinf et Unac et à améliorer l’efficacité et la précision de l’anémométrie à la nacelle, particulièrement dans des conditions d'opération en sillages, et donc: (i) de proposer un nouveau modèle de simulation de l’écoulement autour d’une éolienne à axe horizontal opérant dans le sillage, (ii) d’évaluer l'impact de la rotation des pales sur la relation entre Uinf et Unac en présence de sillage, et (iii) de déterminer la position appropriée de l’anémomètre sur la nacelle.

Pour valider les techniques de simulation numérique utilisées, l’étude est réalisée en collaboration avec le Centre de Recherche sur l’Énergie aux Pays-Bas (ECN) qui nous a fourni des données expérimentales recueillies sur le site afin de les comparer aux résultats des simulations numériques et établir ainsi des modèles de corrélation plus adéquats pour l'utilisation de l'anémométrie à la nacelle.

En général, des résultats plus précis ont été obtenus avec le modèle proposé qu’avec une méthode numérique utilisant le modèle k-� standard avec des constantes modifiées. Ceci est principalement attribuable au terme de transfert d'énergie introduit dans l'équation du taux de dissipation. En outre, la méthode numérique s'est avérée être un outil utile pour déterminer la position appropriée des anémomètres sur une nacelle.

Résumé traduit

Wind speed is the most important parameter to determine the wind power and potential energy production. To certify wind turbine’s performances, standards were proposed by the International Electrotechnical Commission (IEC). However, several aspects addressed in these standards are based on inappropriate assumptions. For example, the use of a reference tower, the only method currently accepted for determining the speed of the undisturbed wind against the wind turbine, can be applied to all other machines is not applicable under conditions operating in wakes. This technique is based on the relationship between the nacelle’s wind speed (Unac) and the unperturbed wind speed Uinf).

In this context, a numerical study is conducted to establish relationships Uinf � Unac and improve the efficiency and accuracy of the nacelle anemometry, especially in wakes operation conditions, and therefore (i) propose a new model for simulating the flow around a horizontal axis wind turbine, (ii) assess the impact of rotating blades on the relationships between Uinf and Unac, and (iii) determine the appropriate position of the anemometer on the nacelle.

To validate the numerical simulation techniques used, the study is conducted in collaboration with the Energy Center of Research in the Netherlands (ECN) that we provided experimental data on the site to compare the results of numerical simulations and thereby establish patterns of correlation most appropriate for use in the nacelle anemometry.

In general, more accurate results have been obtained with the proposed model compared to the numerical method used the k-� standard model with constants changed. These results are mainly attributable to the energy transfer term introduced in the dissipation rate equation. In addition, the numerical method has proven to be a useful tool for fixing the appropriate position of the anemometer on the nacelle.

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. [91]-92.
Mots-clés libres:	Éoliennes. Énergie éolienne. Turbulence Modèles mathématiques. Sillage (Dynamique des fluides), Analyse numérique, Anémométrie, nacelle, méthodes numériques.
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Masson, Christian
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	28 mars 2011 15:34
Dernière modification:	18 janv. 2017 01:57
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/626

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