Exploration de la détection de l’alignement statique du lacet et du rôle de Greensolver dans le processus
L’analyse des données peut-elle remplacer les LIDAR de courte portée installés sur la nacelle des éoliennes ?
Le paysage économique du secteur des énergies renouvelables a connu des changements significatifs, entraînant une focalisation accrue sur l’amélioration des performances. Au cours de la dernière décennie, la hausse des taux d’intérêt, les contraintes des chaînes d’approvisionnement, la volatilité des prix des matières premières et l’inflation des coûts des équipements et des matériaux ont exercé une pression sur la rentabilité des projets éoliens. En réponse, l’industrie adopte des technologies innovantes pour améliorer l’efficacité énergétique.
Face à ces défis financiers, le secteur de l’énergie éolienne a bénéficié de progrès majeurs en matière de technologies de calcul et d’analyse de données. Ces innovations ont conduit à d’importantes améliorations de la performance opérationnelle.
Historiquement, l’analyse des performances s’appuyait sur des données moyennées sur 10 minutes issues des systèmes SCADA – un choix équilibré entre précision et volume de données. Les éoliennes sont équipées d’un grand nombre de capteurs générant un flux massif de données, dont la gestion et l’analyse peuvent être complexes.
La plupart des fabricants d’équipements d’origine (OEM) offrent désormais la possibilité de communiquer avec des serveurs OPC, donnant accès à des données en temps réel avec une résolution d’une seconde. Cette granularité ouvre la voie à une meilleure compréhension de la dynamique de puissance, un suivi continu et une maintenance plus réactive, permettant des prévisions plus précises et des optimisations spécifiques des performances.
L’intérêt de l’analyse des données en temps réel (RDA – Real-Time Data Analysis) est particulièrement pertinent lorsqu’elle peut remplacer des contrôles de performance nécessitant traditionnellement des équipements coûteux, comme les LIDARs. Il convient de préciser que les LIDARs conservent toute leur pertinence pour de nombreuses applications, mais pour certaines tâches, la RDA offre une alternative plus rapide et plus rentable.
Une application concrète : la détection de l’alignement statique du lacet
L’alignement statique du lacet désigne un décalage persistant entre l’orientation du rotor de l’éolienne et la direction réelle du vent. En d’autres termes, la turbine ne fait pas face exactement au vent, ce qui est essentiel pour une performance optimale. Cette mauvaise orientation peut résulter de plusieurs facteurs, notamment une installation incorrecte ou un mauvais calibrage du capteur de girouette, un dysfonctionnement logiciel du contrôleur de l’éolienne, des problèmes mécaniques du système de lacet ou encore une dérive progressive de l’étalonnage des capteurs.
La conséquence principale de cette désorientation statique est une baisse de production énergétique. Cela s’explique par une réduction de la surface balayée effective du rotor, entraînant une capture moindre de l’énergie éolienne. De plus, l’angle d’attaque des pales devient sous-optimal, diminuant ainsi l’efficacité aérodynamique. La relation entre l’angle de désalignement (θ) et la perte de puissance suit une fonction cos²(θ). Par exemple, un désalignement de 10° entraîne une perte d’environ 2,6 % de la production annuelle d’énergie (AEP).
En plus de la perte de puissance, le désalignement statique du lacet engendre également des charges inégales sur les composants de l’éolienne, en particulier sur les pales et la transmission mécanique. Ce déséquilibre accroît la fatigue structurelle, ce qui peut réduire la durée de vie de la turbine et augmenter les coûts de maintenance à long terme.
Historiquement, les exploitants de parcs éoliens détectaient ce problème en installant des capteurs spécifiques, tels que des capteurs sur la pointe du rotor, des anémomètres supplémentaires ou des LIDARs de courte portée montés sur la nacelle. Aujourd’hui, grâce aux avancées de l’analyse des données en temps réel, Greensolver propose une alternative de pointe.
Greensolver et l’analyse des données pour la détection de l’alignement statique du lacet
Greensolver a collaboré avec deux spécialistes de l’analyse des données, chacun développant une approche logicielle différente, afin de mener une campagne d’évaluation innovante sur des actifs éoliens. Cette collaboration a permis de tester l’efficacité de la détection du désalignement statique du lacet en utilisant :
- L’analyse de données en temps réel, où, grâce à une granularité de 1 seconde, les points de puissance maximale sont identifiés lorsque la turbine se réaligne avec le vent, mettant en évidence le désalignement statique du lacet après une période d’observation étendue (au moins 3 mois).
- Un modèle breveté de jumeau numérique, utilisant des algorithmes croisant les données SCADA en 10 minutes, les bases de données de vent à long terme (ERA/MERRA2) ainsi que l’imagerie satellite pour déterminer le désalignement statique du lacet.
Ces analyses empiriques ont démontré une précision similaire aux approches matérielles comme les LIDARs ou les anémomètres montés sur le nez du rotor dans l’identification du désalignement statique.
Pourquoi l’approche logicielle surpasse les campagnes LIDAR
Lorsqu’il s’agit de détecter le désalignement statique du lacet, l’analyse des données en temps réel offre plusieurs avantages par rapport aux campagnes LIDAR traditionnelles.
- L’accès simplifié aux données permet d’effectuer l’analyse à distance en se connectant simplement aux données SCADA via un serveur OPC, réduisant ainsi les déplacements sur site et les coûts logistiques.
- La scalabilité inégalée de la RDA permet d’analyser simultanément toutes les éoliennes d’un parc, alors que chaque LIDAR ne peut surveiller qu’une seule éolienne à la fois, nécessitant plusieurs installations sur de grands parcs et augmentant les coûts.
- L’approche non intrusive de la RDA évite l’installation d’équipements sur site, ce qui supprime les défis liés aux arrêts de production pendant l’installation du matériel, les coûts financiers associés à la mobilisation de techniciens spécialisés, ainsi que les risques opérationnels liés aux défaillances matérielles (lentilles cassées, perte de communication).
- La surveillance permanente de l’alignement du lacet grâce à la RDA facilite le suivi continu après correction, permettant des ajustements plus réactifs si nécessaire.
Une solution complète pour les propriétaires de parcs éoliens
Chez Greensolver, nous avons développé une expertise pointue pour accompagner les propriétaires de parcs éoliens dans l’évaluation et la correction des désalignements statiques du lacet grâce aux technologies RDA et logiciels avancés.
Ces campagnes peuvent être menées aussi bien en phase opérationnelle que lors de la mise en service, avec un investissement en CAPEX minimal, tout en apportant une amélioration significative des performances.
Notre expérience nous a également permis d’identifier les technologies les plus sensibles à ces problèmes ainsi que les stratégies les plus efficaces pour impliquer les OEM et les prestataires O&M dans le processus de correction.
Rédigé par Clément Iafrate, Team Leader Asset Management Wind