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Design of Hyper Tall Onshore Wind Turbine Towers

Informations projet

N° de convention de subvention: 747921

  • Date de début

    1 Septembre 2017

  • Date de fin

    31 Août 2019

Financé au titre de:

H2020-EU.1.3.2.

  • Budget total:

    € 183 454,80

  • Contribution de l’UE

    € 183 454,80

Coordonné par:

THE UNIVERSITY OF BIRMINGHAM

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Nouvelles conceptions d’éoliennes modulaires: en quête d’un vent plus fort

Les grandes éoliennes présentent une empreinte carbone plus faible, mais des contraintes pratiques limitent leur taille. Des structure à treillis innovantes permettent désormais non seulement d’éliminer les goulots d’étranglement qui freinent le développement des grandes éoliennes mais également de les rendre plus solides et plus légères que leurs homologues tubulaires en acier.

Énergie
© Arturs Dimensteins, Shutterstock

Le projet HYPER TOWER, financé par l’UE et entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, a proposé une configuration innovante reposant sur une tour d’éolienne auto-élévatrice assemblée par poutrelles. Délaissant l’acier tubulaire, cette nouvelle conception repose sur des tours structurées en treillis, ce qui permet de charger facilement les poutrelles de support sur des camions ordinaires et de les boulonner en respectant le maillage une fois sur place, à l’aide de petites grues. Ces grues aux dimensions raisonnables offrent un avantage évident par rapport à leurs homologues plus imposantes; peu coûteuses et plus faciles à trouver, elles limitent le recours à de gros engins au seul montage de la nacelle et des pales. Outre le fait qu’elles facilitent le transport, ces tours d’éolienne modulaires réduisent les coûts en nécessitant moins de matériaux en acier. Elles peuvent également s’adapter à toutes les hauteurs et largeurs.

Plus grandes donc plus vertes

Une tendance populaire en matière de mode de vie durable est d’opter pour plus petit: vivre dans un petit appartement, conduire une petite voiture et avoir de manière générale une plus petite empreinte carbone. Mais les calculs sur les éoliennes sont étonnamment différents: plus la tour est haute, plus l’énergie est verte. Les chercheurs ont ainsi adopté une double approche pour produire plus d’énergie à partir du vent. La première implique l’utilisation de pales plus grandes qui couvrent une plus grande surface et augmentent en fin de compte la production potentielle totale. La seconde consiste à accroitre la hauteur: le fait de placer les pales plus haut, là où le vent souffle plus régulièrement, permet d’améliorer le facteur de capacité de l’éolienne. «Notre projet entend relever le défi de rendre les éoliennes plus efficaces. Les ingénieurs civils sont aujourd’hui de plus en plus sollicités pour construire des structures plus hautes et utiliser moins de matériaux afin de réduire les coûts budgétaires des projets tout en tentant de maintenir un équilibre délicat avec l’objectif de diminution de la consommation d’énergie des procédés de montage et de fabrication», explique Nafsika Stavridou, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie et chargée de la direction des recherches. Par ailleurs, la construction de structures plus hautes et plus fines exige des recherches minutieuses pour prendre en compte des phénomènes dynamiques structurels complexes susceptibles de provoquer l’effondrement des tours en cas de conditions météorologiques extrêmes.

Sortir du cadre pour modifier la forme des éoliennes

La principale innovation introduite par HYPER TOWER dans le développement de l’énergie éolienne est le remplacement de la traditionnelle tour tubulaire en acier par une structure à treillis. «La tour tubulaire en acier est effectivement une structure robuste, mais la quantité totale d’acier qu’elle requiert est nettement supérieure à celle d’une structures à treillis», explique Nafsika Stavridou. Les chercheurs ont étudié un total de 182 solutions de treillis avec des formes carrées ou hexagonales, et ont prouvé qu’elles pouvaient supporter de grandes charges en nécessitant beaucoup moins de matériau. Par rapport à une structure tubulaire de même hauteur, le poids total d’une tour de 76 m est inférieur de 22,5 % pour une tour à treillis de section hexagonale et de 40 % pour une tour à treillis de section carrée. «L’avantage évident est une diminution de 40 % des matériaux utilisés pour la construction de la tour et de 50 % des matériaux utilisés pour la construction des fondations», ajoute Nafsika Stavridou. Les travaux numériques et pratiques menés par HYPER TOWER permettent de relever tous les défis liés aux tours d’éoliennes contemporaines. Ils ouvrent la voie au développement de tours plus hautes et plus larges que les générations précédentes, grâce à une conception modulaire des structures qui maximise l’efficacité, réduit le coût et améliore la résistance.

Mots‑clés

HYPER TOWER, éolienne, tour à treillis, poutrelle, tour tubulaire en acier, conception d’éolienne

Informations projet

N° de convention de subvention: 747921

  • Date de début

    1 Septembre 2017

  • Date de fin

    31 Août 2019

Financé au titre de:

H2020-EU.1.3.2.

  • Budget total:

    € 183 454,80

  • Contribution de l’UE

    € 183 454,80

Coordonné par:

THE UNIVERSITY OF BIRMINGHAM