Les éoliennes sont des éléments technologiques incroyables, capables de récolter l’énergie éolienne et de la fournir au réseau électrique sans émissions de carbone. Leur développement constant depuis la mise en service du premier en 1939 signifie que le nombre de mégawatts produits par turbine continue d’augmenter alors que le prix du mégawattheure d’énergie éolienne continue de baisser. De plus, ils peuvent fonctionner dans presque tous les climats pour produire de l’énergie de manière fiable presque partout dans le monde, du Canada à l’Atlantique Nord en passant par d’autres régions. Alors que la vague de froid qui a récemment frappé le sud des États-Unis peut sembler contredire ce fait, en réalité, la perte d’énergie éolienne lors de cet événement météorologique est en partie le résultat de compromis effectués lors de la conception de ces parcs éoliens spécifiques (et, bien sûr, les spécificités de la façon dont le Texas exploite son réseau électrique, mais cela sort du cadre de cet article) plutôt qu’un échec de la technologie elle-même.

Premièrement, la construction d’éoliennes à l’échelle des mégawatts n’est pas une solution universelle. L’achat d’une grande turbine auprès d’une entreprise comme GE, Siemens ou Vestas est un peu comme acheter une voiture. Une marque et un modèle sont d’abord sélectionnés, puis des options sont sélectionnées pour ces modèles de base. Par exemple, des vitesses de vent faibles mais constantes nécessitent une lame plus grande qui tournera à une vitesse inférieure, tandis que les zones avec des vitesses de vent moyennes plus élevées peuvent être en mesure de se débrouiller avec des lames plus petites et moins coûteuses pour la même quantité de production d’énergie. Une autre option courante pour les turbines est les ensembles pour temps froid, qui comprennent des éléments tels que les appareils de chauffage pour les systèmes de commande, l’hydraulique et l’électronique de puissance, une isolation supplémentaire dans certaines zones et des solutions de dégivrage en particulier pour les aubes de turbine.

Dans un endroit comme le Texas qui voit rarement des températures froides pendant très longtemps, il est compréhensible que les emballages pour temps froid puissent être omis pour économiser de l’argent pendant la construction (bien que certains appareils de chauffage plus petits soient souvent inclus dans des zones critiques pour réduire la condensation ou l’humidité) mais aussi pour économiser sur la maintenance aussi: chaque pièce d’une éolienne doit être entretenue. Poursuivant l’analogie avec la voiture, c’est comparable à quelqu’un qui achète un véhicule dans un climat froid qui n’est pas équipé de la climatisation pour économiser de l’argent à l’avant, mais aussi pour éviter les coûts de réparation lorsque la climatisation finit par se casser. Cependant, il existe d’autres effets secondaires au-delà du coût à prendre en compte lors de l’installation d’équipements conçus pour améliorer le fonctionnement d’une turbine par temps froid.

Explorons les détails de la sélection des équipements d’éoliennes pour un parc éolien donné.

Un bon design implique des compromis

Améliorer la capacité d’une turbine à fonctionner par temps froid peut en fait diminuer sa capacité à fonctionner par temps chaud, ce que le Texas est au moins garanti de voir pendant de grandes parties de l’année. Tout dans une turbine génère de la chaleur en fonctionnement, de l’équipement de tangage des pales à la boîte de vitesses et au générateur à l’électronique de puissance qui les relie électriquement au réseau. Expulser la chaleur perdue en été est beaucoup plus important dans ces endroits que de les préparer à quelques jours de froid qui pourraient même ne pas se produire au cours d’une année donnée. En règle générale, cette chaleur perdue est évacuée au moyen de radiateurs et de ventilateurs de refroidissement, qu’ils soient installés sur la boîte de vitesses, le générateur, le convertisseur de puissance ou tout autre équipement sensible à la chaleur, et les paramètres auxquels les systèmes de refroidissement s’activent (s’ils existent) peut ne pas être facile ou possible de changer.

Cela soulève une autre considération avec l’énergie éolienne au Texas en particulier. Le vent est abondant au Texas, c’est donc l’un des premiers pays aux États-Unis à adopter les premières versions d’éoliennes à l’échelle du réseau, dont certaines sont toujours en service. Ces turbines sont beaucoup moins configurables que les versions modernes, et il peut ne pas être facile ou possible de modifier les différents réglages de température dans une turbine. Cela signifie que dans certains cas, les ventilateurs de refroidissement sont actifs tout le temps ou que les turbines sont configurées en permanence de manière à les rendre idéales pour une utilisation dans les climats chauds, mais se déconnectent rapidement par temps froid. Même les turbines modernes se déconnecteront si les températures internes atteignent un point de consigne bien en dessous de zéro (généralement -30 ° C / -22 ° F) afin d’éviter les dommages (notez que si les exploitants de réseau sont conscients de la météo, ils pourront pour prévoir la perte de production et la planifier), mais si les systèmes de refroidissement ne sont pas configurés pour le froid, les évents sont encore ouverts ou l’isolation fait défaut, ces turbines ne seront pas non plus à l’abri des effets du froid.

Fighiting Ice: chaleur électrique et peinture spéciale; Mais pas des hélicoptères

D’autres aspects des éoliennes qui ont un impact sur leur capacité à fonctionner dans des conditions de froid extrême sont la façon dont elles gèrent la glace, en particulier sur les pales des éoliennes. Les radiateurs électriques à base de carbone sur les pales sont un moyen courant de contrôler l’accumulation de glace. Les images de 2014 des tests de dégivrage d’hélicoptères en Suède montrées dans la vidéo ci-dessous sont devenues virales pendant la panne au Texas, mais cette technique n’est pas utilisée au Texas et ne semble pas avoir été beaucoup adoptée nulle part en raison des dépenses impliquées. (Compte tenu également de la nécessité d’avoir un pilote et au moins deux autres travailleurs sur place dans des conditions glaciales.) L’installation de chauffe-pales a son propre coût et, du moins pour le moment, ne peut avoir de sens économique que dans les zones qui devraient faire face au froid pendant une bonne partie de l’année.

D’autres options incluent l’utilisation de caméras thermiques pour détecter l’accumulation de glace et arrêter la turbine si la glace devient sévère. Bien que toutes ces méthodes nécessitent jusqu’à présent des apports d’énergie pour dégivrer les pales, un produit innovant d’une société d’éoliennes appelée Gamesa produit de la peinture qui empêche naturellement la formation de glace, éliminant ainsi le besoin de solutions de dégivrage coûteuses et énergivores.

Un autre exemple d’une entreprise utilisant de la peinture pour essayer d’empêcher l’accumulation de glace sur les pales est dans un parc éolien au Canada où le site a peint certaines pales en noir afin d’augmenter la quantité de lumière UV absorbée par le soleil, dans l’espoir d’augmenter naturellement la température. des pales sans aucune nouvelle technologie ou solutions énergivores. Bien que cette méthode ne soit pas aussi répandue que d’autres méthodes, elle montre un exemple de compromis entre les climats chauds et froids: peindre les lames en noir au Texas, bien qu’il existe des preuves qu’elle peut réduire les décès d’oiseaux, aurait vraisemblablement des inconvénients majeurs lorsque la longue les étés roulaient et les pales chauffaient au-delà des tolérances de conception.

Ressources humaines par temps froid

Alors que toutes ces solutions technologiques aux climats extrêmes font l’objet de tout cycle d’actualités axé sur les inconvénients de l’énergie éolienne, l’une des choses les plus importantes concernant le fonctionnement des éoliennes est souvent passée sous silence lorsque l’on considère le fonctionnement en dehors de leur climat prévu: le les personnes qui les entretiennent doivent également être préparées à vivre et à travailler dans ce climat également. Si une turbine tombe hors ligne pour une raison de routine lors d’un événement de neige ou de glace, la plupart des techniciens éoliens sur des sites comme le Texas n’ont pas accès à des chasse-neige, des souffleuses à neige ou des motoneiges pour accéder aux turbines comme ils le feraient s’ils travaillaient dans le nord. Québec. Ils peuvent ne pas vivre dans des zones qui labourent ou salent régulièrement les routes, ce qui rend difficile ou dangereux d’accéder au site ou aux turbines du tout. Même si les techniciens font quelque chose de simple pour améliorer les performances de la turbine par temps froid, comme fermer les évents de trappe ou ajouter de l’isolation, ils doivent toujours se rendre aux turbines.

L’accumulation de glace sur les aubes de turbine peut être projetée ou tomber sur des personnes et de l’équipement si rien n’est fait. Via windpowerengineering.com

De plus, l’accumulation de glace sur les turbines pose également des problèmes de sécurité, à savoir qu’elle doit aller quelque part lorsqu’elle tombe des turbines. Pour cette raison, la plupart des techniciens ont des règles strictes sur l’approche des turbines pendant les événements de glace pour empêcher la glace de se répandre hors de la turbine et sur eux ou leurs véhicules. Dans un climat froid doté de systèmes de dégivrage, cependant, ce problème peut être plus contrôlé et prévisible, mais dans un endroit comme le Texas, cela signifie qu’une turbine autrement réparable pourrait être laissée hors ligne pendant beaucoup plus longtemps pendant que les techniciens attendent des conditions plus sûres. .

En conclusion, nous aimerions noter que la récente catastrophe au Texas n’était pas liée à des fondamentaux de l’énergie éolienne elle-même, mais plutôt à d’autres problèmes avec leur réseau électrique isolé et la tendance de l’infrastructure américaine à être dans un état général de délabrement. . Les éoliennes sont parfaitement capables de produire de l’énergie dans certains des environnements les plus froids de la planète, à condition qu’elles (et leurs opérateurs) soient conçues et équipées pour faire face au climat. En fait, comme la densité de l’air est inversement proportionnelle à la température, les turbines dans les climats froids peuvent produire plus d’énergie pour une vitesse de vent donnée que celles dans les climats chauds. Nous devrions également féliciter le Texas pour avoir investi autant dans l’énergie éolienne. En 2019, l’État avait un peu moins de 25 GW de capacité éolienne, le plus de loin de tous les autres États, et la capacité installée continue d’augmenter rapidement. Ils ont une quantité incroyable d’énergie éolienne disponible et ils ne l’ont pas laissée gaspiller. Mais l’hivernage des turbines dans les climats chauds, en particulier des turbines plus anciennes qui ne sont pas aussi configurables, est souvent impossible à la fois d’un point de vue économique et aussi parce que le processus de conception de tout produit, qu’il s’agisse d’un petit jouet ou d’un parc éolien géant, nécessite des compromis.