Traduit de l’anglais par Melanie Beauchesne
Alors que les panneaux solaires se répandent sur les toits, l’énergie éolienne d’aujourd’hui provient principalement de parcs de turbines massives aux lames semblables à des hélices, reliées au réseau électrique. Des éoliennes plus petites et cylindriques pouvant être installées sur les toits et dans les places publiques pourraient rendre l’énergie éolienne plus répandue. Mais elles sont généralement inefficaces.
Aujourd’hui des ingénieurs mécaniciens de l’Université de l’Utah disent que ces éoliennes à axe vertical, si elles étaient bien conçues, pourraient rivaliser financièrement avec l’électricité provenant de combustibles fossiles.
Les grandes turbines conventionnelles peuvent exploiter plus de vent pour générer de l’énergie. En revanche, les turbines à axe vertical, qui ressemblent à des batteurs à œufs ou des cylindres, peuvent être instables à haute vitesse, ont une puissance d’alimentation inférieure et brisent fréquemment dans des vents instables. Elles peuvent toutefois être entassées étroitement et peuvent générer plus de puissance, ce qui présente un avantage si elles sont disposées de manière optimale dans un parc éolien.
Lam Nguyen et Meredith Metzger voulaient étudier comment de telles turbines pourraient être optimisées pour les zones urbaines et suburbaines. Ils ont analysé la performance de divers modèles dans des conditions de vent instables. Ils ont étudié 13 modèles de turbine, en prenant en considération quatre paramètres de conception essentiels : le rapport hauteur/diamètre, la forme de lame, la solidité de la turbine et le moment d’inertie.
Les ingénieurs ont recueilli des données sur les vents sur une période d’un an, dans neuf différents sites urbains et périurbains autour d’Oklahoma City, en Oklahoma. Les instruments ont été installés au sommet des poteaux de circulation, à 9 mètres du sol.
En entrant les données de vitesse du vent dans une simulation par ordinateur, les chercheurs ont pu déterminer la quantité d’énergie capturée par chaque modèle au cours d’une année d’opération. En comparant cela à l’énergie éolienne totale disponible pendant cette période, ils ont pu calculer l’efficacité des turbines.
Ils ont trouvé que la conception optimale de l’éolienne capable de récolter le plus d’énergie des vents en rafales avait un rapport d’aspect de 1,2, une solidité de 12 % et une forme de lame symétrique de 15 % plus épaisse que longue.
Le duo a également analysé le coût d’énergie nivelé (LCOE) sur les sites d’essai et a constaté que quatre des sites périurbains pourraient être économiquement viables pour une petite turbine à axe vertical. Sur l’un des sites, la turbine optimale a produit de l’électricité à un prix 10 % inférieur au prix unitaire moyen de l’électricité, ce qui signifie que le vent était moins dispendieux que les combustibles fossiles à cet endroit. Les résultats sont dans le Journal of Renewable and Sustainable Energy.
« Les VAWT pourraient aussi tre une source financièrement avantageuse d’énergie éolienne dans les centres urbains si les turbines étaient situées à plus de 9 mètres de hauteur, comme sur les toits des bâtiments commerciaux ou résidentiels », écrivent les chercheurs.
Selon un rapport récent de Grand View Research, le petit marché des éoliennes vaudra 1,75 milliard de dollars d’ici 2025, et la technologie des turbines à axe vertical aura la croissance la plus rapide en termes de revenus.
Source: Lam Nguyen and Meredith Metzger, Optimization of a vertical axis wind turbine for application in a urban/suburban area. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2017.
Photo: Lawrence Wright, Flickr Creative Commons