Cienciaes.com : Grands défis dans la science de l’énergie éolienne. Nous avons parlé avec Xabier Munduate.

La société exige de plus en plus une énergie propre et abordable, capable de couvrir les besoins de l’humanité dans les décennies à venir. Avec une population croissante qui approchera les 10 milliards de personnes sur la planète d’ici le milieu des années 2050, les besoins énergétiques vont se multiplier. Selon les estimations de Bloomberg New Energy Finance (BNEF) La demande annuelle mondiale d’électricité pourrait dépasser 38 000 térawattheures par an d’ici 2050, contre environ 25 000 térawattheures consommés en 2017, soit une augmentation de 50 %.

La réduction des gaz à effet de serre nécessaire pour faire face au problème du réchauffement climatique dans lequel nous sommes plongés nécessitera le remplacement des sources d’énergie polluantes par des sources propres, comme l’énergie solaire ou éolienne. De nombreux secteurs énergétiques traditionnellement basés sur la combustion de combustibles fossiles, comme le chauffage ou les transports, devront être remplacés par d’autres alimentés par de l’énergie électrique produite à partir de sources propres. Un bon exemple qui conforte cette tendance est la grande révolution qu’apportent les véhicules électriques par rapport aux véhicules à combustion traditionnels.

On estime que l’énergie éolienne seule devra répondre à un tiers de la demande énergétique mondiale d’ici 2050, un objectif qui nécessitera de surmonter certains défis, comme le défend l’article. De grands défis dans la science de l’énergie éolienne. récemment publié dans la revue scientifique Science, dont l’un des auteurs est notre invité sur Talking with Scientists, Xabier Munduatechercheur de Département de l’énergie éolienne du Centre national des énergies renouvelables.

Le premier des grands défis qu’il faudra relever pour que l’énergie éolienne atteigne les objectifs fixés pour 2050 est de comprendre de manière plus approfondie la physique du flux atmosphérique afin que ces connaissances permettent une plus grande utilisation de l’énergie éolienne dans les parcs éoliens. L’énergie éolienne est due au chauffage inégal de la surface de la Terre et aux forces dérivées de la rotation de la Terre, ou forces de Coriolis. Selon le lieu, les vents suivent leur propre dynamique qu’il faut comprendre pour obtenir une utilisation maximale de l’énergie. Sur terre, un endroit élevé n’est pas la même chose qu’une plaine ou un désert, et sur les océans, des facteurs tels que la brise marine ou terrestre, la proximité de la terre, la température de l’air ou la hauteur des vagues jouent un rôle. À chaque endroit, il existe des variations quotidiennes entre le jour et la nuit, ou des vitesses différentes selon les hauteurs. À tous ces facteurs que l’on peut qualifier de « locaux », il faut en ajouter d’autres qui ont des dimensions beaucoup plus grandes en raison de phénomènes météorologiques globaux. Ainsi, une connaissance approfondie de la physique du vent à différentes échelles spatiales et temporelles permettra d’optimiser les ressources et de meilleures performances dans le futur.

Le deuxième défi concerne la science et l’ingénierie des éoliennes, en particulier celles qui, de par leurs dimensions, comptent parmi les plus grandes machines au monde. Un générateur moderne est construit sur une fondation sur laquelle repose une tour cylindrique qui supporte, à une hauteur d’environ 100 mètres dans une éolienne moyenne, un boîtier ou une nacelle couplée à trois pales pouvant avoir des longueurs d’environ 60 mètres par terme. …la moitié. Les pales tournent sous l’action du vent à des révolutions lentes. Les tours des pales sont transmis à la nacelle où les tours sont portés à des tours très élevés pour qu’un générateur les convertisse en électricité. La construction d’éoliennes plus grandes, dépassant les 200 mètres de hauteur des pales, nécessite des outils permettant de modéliser l’interaction du vent et des pales. Le vent change avec l’altitude, la vitesse de rotation de l’extrémité de la pale est très différente de celle de la racine, tandis que l’extrémité se déplace à une vitesse de 100 mètres par seconde, la partie reliée à la nacelle bouge à peine. Ces facteurs et bien d’autres doivent être pris en compte lors de la conception de grandes éoliennes, qui doivent être plus minces, avec des matériaux moins rigides et des matériaux plus légers. Ces défis nécessitent le développement de nouvelles conceptions, un effort de modélisation plus important et une compréhension des déformations momentanées qui se produisent en raison des forces que supportent les pales lorsqu’elles se déplacent.

Le troisième défi concerne l’optimisation et le contrôle des flottes de centrales éoliennes afin qu’elles fonctionnent de manière optimale au sein du réseau électrique. La production des parcs éoliens est en augmentation au fil des années et peut actuellement, à certains moments, couvrir la totalité des besoins en électricité du réseau de distribution électrique à un instant donné. Bien que ces cas soient sporadiques, en Espagne, les valeurs moyennes sont de 20 % de la capacité du réseau, dans les moments de production maximale, elle peut atteindre 100 %. Ces changements nécessitent l’étude et l’adaptation de la relation entre le parc éolien et le réseau afin que sa connexion soit optimale à tout moment.

Xabier Munduate, chercheur au Département de l’énergie éolienne du Centre national des énergies renouvelables, nous parle en détail de ces défis au cours de l’interview (CENER), je vous invite à l’écouter.

Référence : Paul Veers et coll., De grands défis dans la science de l’énergie éolienne.
Science 10 octobre 2019 : eaau2027 EST CE QUE JE: 10.1126/science.aau2027