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Smart Monitoring, Inspection and Life-Cycle Assessment of Wind Turbines

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Maintenir l’intégrité des moteurs éoliens à l’aide de capteurs peu coûteux

Un nouveau système de surveillance fait appel à des capteurs peu coûteux pour inspecter et surveiller efficacement la structure et les performances d’un moteur éolien. Ce système pourrait permettre de prolonger la durée de vie de cette importante source d’énergie renouvelable.

Changement climatique et Environnement

Dans le cadre de ses efforts globaux visant à réduire les émissions de carbone et à enrayer le changement climatique, l’UE recherche des alternatives à la production d’énergie à partir de combustibles fossiles. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie éolienne, constituent une solution durable de choix parmi d’autres. La production d’énergie éolienne représente près de la moitié de la capacité mondiale de production de sources d’énergie renouvelables. Elle est à la fois propre et durable, mais l’un des inconvénients des moteurs éoliens est leur durée de vie relativement courte et leurs coûts d’exploitation et de maintenance élevés. «Alors qu’un certain nombre de moteurs éoliens arrivent en fin de vie, les parties prenantes et les décideurs politiques reconnaissent la nécessité de disposer de méthodes fiables d’évaluation du cycle de vie», déclare Eleni Chatzi, présidente de la chaire de mécanique et de surveillance structurelles à l’ETH Zürich. «Malheureusement, étant donné que les outils existants ne sont pas encore parvenus à la maturité de la technologie des moteurs éoliens, l’inspection visuelle et les évaluations hors ligne demeurent la norme.» C’est là qu’intervient le projet WINDMIL (Smart Monitoring, Inspection and Life-Cycle Assessment of Wind Turbines), financé par le CER. Dirigé par Eleni Chatzi, le projet développe une méthode plus performante et plus rentable de surveillance des moteurs éoliens. Le résultat est le WINDMIL Suite: une solution de surveillance sur le long terme qui utilise des capteurs à faible coût pour fournir un retour d’information en temps réel et tout au long de son existence, sur l’état de la structure.

Comment poser un diagnostic sur une éolienne

Selon Eleni Chatzi, la plupart des moteurs éoliens actuels sont équipés de systèmes de contrôle et d’acquisition de données (SCADA). «Bien que ces systèmes surveillent un certain nombre de paramètres, notamment le nombre de tours par minute (tr/min), la puissance produite et les caractéristiques du vent, ils ne fournissent pas d’informations structurelles importantes telles que les dommages, la fatigue et la dégradation», explique-t-elle. Pour combler cette lacune, le projet WINDMIL a ajouté des informations structurelles dans la boucle d’évaluation de la structure des moteurs éoliens. «En mesurant la réponse structurelle et la performance globale du moteur, nous pouvons diagnostiquer son état», ajoute Eleni Chatzi. «Cela nous permet de planifier de manière optimale son fonctionnement et sa maintenance et, par conséquent, de prévoir – voire d’allonger – sa durée de vie.» Le module de diagnostic et de prédiction WINDMIL a été confirmé par divers ensembles de données. Il s’agit notamment d’ensembles de données produites par de grandes simulations numériques, de données de laboratoire provenant d’une maquette de moteur éolien à échelle réduite, de données SCADA générées par des parcs éoliens à travers l’Europe, et de données de surveillance structurelle provenant de capteurs installés sur des éoliennes.

De nouvelles données, de nouveaux résultats et de nouvelles opportunités à venir

Suite à une récente acquisition, le laboratoire d’Eleni Chatzi possède désormais un moteur éolien miniature qui sert de laboratoire opérationnel. «En utilisant les mesures directes de la réponse extraites des composants structurels, tels que les pales, la tour et les fondations, nous démontrons le potentiel de WINDMIL pour réduire les coûts d’exploitation et de maintenance et prévenir les dégâts», fait remarquer Eleni Chatzi. Le projet se poursuit et continue à générer de nouvelles données et de nouveaux résultats. Il a également suscité plusieurs projets de suivi et de collaboration. À titre d’exemple, l’ETH Zürich collabore actuellement avec la Haute école spécialisée de la Suisse orientale pour mettre au point le tout premier système micro-électro-mécanique de mesure intelligente de la pression de surface et de l’acoustique pour la surveillance des aubes de moteurs éoliens. «WINDMIL a initié une orientation de recherche florissante offrant de nombreuses possibilités de transférer nos résultats dans la pratique courante», conclut Eleni Chatzi.

Mots‑clés

WINDMIL, moteurs éoliens, énergies renouvelables, changement climatique, énergie éolienne

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