Performance des méthodes de détection du givre pour l'évaluation de l'impact du climat froid sur la production d'énergie éolienne

 

Charles Godreau

Cégep de la Gaspésie et des Îles

 

Domaine : énergie

Programme de recherche pour les chercheurs de collège

Concours 2019-2020

Le climat froid du Québec est attrayant pour la production d'énergie éolienne, principalement à cause des basses températures et de la densité élevée de l'air. Cependant, une éolienne installée en climat froid fait face à des défis importants, notamment en raison des conditions météorologiques qui sont favorables à la formation de givre sur ses pales. Ce risque est d'autant plus important pour les éoliennes installées en terrain montagneux, plus élevées en altitude, à cause du passage de nuages givrants.

Le givre est un phénomène atmosphérique complexe difficile à détecter et à prédire puisque plusieurs variables météorologiques interagissent lors de sa formation. Le givre peut être causé par des précipitations, par exemple la pluie verglaçante ou la neige fondante, ou par le passage d'un nuage dont les particules d'eau gèlent au contact d'une pale d'éolienne froide. Cette situation est plus fréquente en altitude. La formation de givre sur les éoliennes augmente les contraintes mécaniques en plus d'accroître les coûts d'opération et de maintenance et, conséquemment, occasionne des pertes financières pour les opérateurs de parcs éoliens. Le givre est entre autres reconnu pour :

  • Affecter les conditions d'opération de l'éolienne ;
  • Réduire la production d'énergie en diminuant les performances aérodynamiques des pales ;
  • Diminuer la durée de vie des éoliennes.

Efficacité des méthodes de détection du givre
Des instruments spécialisés sont utilisés pour détecter le givre. Le recours à ces détecteurs de givre est une technique dite « directe ». Par ailleurs, plusieurs méthodes couramment utilisées dans l'industrie éolienne pour déceler la présence de gel sont dites « indirectes », entre autres la double anémométrie, l'analyse d'images et la mesure de perte de puissance. Elles détectent le givre par ses effets sur les opérations, par exemple le mauvais fonctionnement d'un anémomètre ou la perte de puissance de l'éolienne. La mesure des conditions environnementales pouvant engendrer du givre est également une méthode indirecte.

Toutefois, peu a été dit ou écrit sur la performance de ces techniques. Le présent projet de recherche se propose donc d'évaluer quantitativement la performance des méthodes de détection du givre les plus courantes.

Plus spécifiquement, le projet mettra à profit son infrastructure de recherche, lequel comporte deux éoliennes de 2,05MW ainsi qu'un banc d'essai de détecteurs de givre. Les items de travail du projet sont :

  • Maintenance des détecteurs de givre ;
  • Collecte de données de 2018 à 2021 ;
  • Développement d'un outil de visualisation des données ;
  • Estimation du givre par l'analyse de données ;
  • Comparaison de la performance des détecteurs de givre ;
  • Diffusion des résultats.

À terme, les retombées de ce projet permettront de :

  • Protéger plus adéquatement les travailleurs des jets de glace de l'éolienne en améliorant la détection préventive du givre ;
  • Réduire les contraintes mécaniques liées à l'opération des éoliennes givrées ;
  • Réduire les pertes opérationnelles. 

Il procurera également des bénéfices au Cégep de la Gaspésie et des Îles, car il fera appel à la participation de stagiaires collégiaux. De plus, ses résultats seront diffusés au corps enseignant et serviront ainsi à la formation d'une main-d'oeuvre hautement qualifiée.