Développement d’un modèle structural simplifié d’analyse en fatigue d’une pale d’éolienne de 2.05 MW en conditions nordiques basée sur des données partielles

Résumé

La transition énergétique est un enjeu qui se décompose sur plusieurs fronts à l’échelle mondiale. Au Canada, une meilleure intégration des énergies renouvelables et, particulièrement de l’éolien, en milieu nordique est nécessaire pour décroître l’empreinte carbone. Ce projet de recherche s’intègre donc dans la caractérisation de l’éolien en milieu nordique en proposant une approche simplifiée d’analyse structurale, basée sur des données partielles, pour évaluer le chargement et la durée de vie en fatigue des pales d’éoliennes pour une période d’opération désirée. Les méthodes d’analyse structurale d’une pale, lors de la conception, requièrent une multitude de données, qui ne sont généralement pas accessibles aux opérateurs de parcs éoliens. De ce fait, ce travail vise à modéliser une approche simplifiée et accessible qui permettra d’obtenir le chargement perçu par les pales ainsi que l’endommagement sur l’entièreté de la pale pour une période d’opération. Pour ce faire, les généralités du secteur éolien ainsi que la caractérisation de l’éolienne de référence (2.05 MW) utilisée dans ce travail sont d’abord détaillées. L’étude du chargement est faite selon l’approche simplifiée utilisant les données SCADA de l’éolienne, selon la théorie de l’élément de pale et selon la théorie des poutres en flexion. Afin de caractériser la distribution de rigidité en flexion dans les axes principaux de flexion, on s’intéresse par la suite à l’estimation des propriétés élastiques par méthode d’optimisation et par la théorie classique des stratifiés (avec des échantillons provenant d’une pale). La recherche se conclue avec l’étude de durée de vie en fatigue, selon la norme Germanischer Lloyd. L’objectif y est d’étudier la différence d’endommagement entre deux périodes de temps avec un minimum de données. L’étude du chargement s’avère concluante avec un écart moyen de 15 % pour les moments fléchissants évalués selon l’approche simplifiée et ceux trouvés à l’aide de capteurs. La difficulté à caractériser le coefficient de poussée explique la divergence entre la méthode simplifiée, la théorie de l’élément de pale et l’acquisition dans la pale. Ensuite, pour l’évaluation de la distribution de rigidité en flexion, la méthode d’optimisation numérique, basée sur les propriétés modales, permet de converger vers une multitude de solutions qui satisfont les fréquences propres ciblées en raison du manque de contraintes dans le modèle. L’évaluation de la rigidité en flexion par les échantillons prélevés résulte en un écart respectif pour les trois premières fréquences propres de 19.9 %, 19.5 % et 6.0 %. La reconstruction structurale de la pale mène à une erreur avoisinant les 23 % pour ce qui est de la masse totale de la pale. Finalement, les résultats d’étude pour une période de trois heures tendent à indiquer que la validité de la rigidité en flexion influence grandement la durée de vie en fatigue, dont le point critique est localisé au bord de fuite.

Date	17 juin 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Simon Joncas (Directeur(-trice)), André Bégin-Drolet (Codirecteur(-trice)) & Charles Godreau (Codirecteur(-trice))