Mise en place d’un estimateur d’endommagement de pale d’éolienne et de son espérance de vie résiduelle

Résumé

La thèse présentée ici est une contribution à l’évaluation du dommage par fatigue et de la durée de vie résiduelle des pales d’éolienne. Cette évaluation est basée sur les propriétés du vent d’un site et des données moyennées sur 10 min telles qu’enregistrées dans un système de contrôle et d'acquisition de données SCADA. Pour répondre aux défis de la transition énergétique, les fournisseurs d'énergie se tournent de plus en plus vers l'électricité éolienne. Avec l'accroissement soutenu du parc éolien mondial et le vieillissement des éoliennes existantes, les opérateurs se trouvent confrontés à la nécessité d'optimiser la planification de la maintenance et des travaux de réfection pour prolonger la durée de vie des éoliennes tout en réduisant les coûts associés. Parmi les composants critiques des éoliennes, les pales font partie des éléments les plus sensibles aux dommages dus à l’érosion et à la fatigue. Ceci justifie la nécessité de développer un modèle d'estimation des dommages évalués par l’historique d’opération et d’estimer ainsi l'espérance de vie résiduelle des pales d'éoliennes. Dans un premier temps, nous avons développé un estimateur du dommage des pales d'éoliennes qui prend en compte la vitesse moyenne du vent sur 10-min, telle qu’enregistrée dans SCADA. Le modèle inclut l’effet induit par les variations de la vitesse du vent à une fréquence de 1 Hz. Cette variabilité à haute fréquence dépend de l'intensité de la turbulence et est corrélée avec la vitesse moyenne du vent. Nous avons ensuite mis au point un outil permettant de calculer rapidement le dommage des pales pour toute la durée de vie de l'éolienne et de comparer ainsi le dommage relatif entre différentes éoliennes d'un même parc. Notre deuxième contribution a été d’inclure dans le modèle les différents régimes de fonctionnement de l'éolienne dans l'évaluation du dommage. Nous avons démontré que, sur l'ensemble de sa durée de vie, les dommages causés par les arrêts et les démarrages ont un effet négligeable par rapport à ceux causés lorsque l'éolienne est en régime de production. Enfin, notre dernière contribution a consisté à adapter notre modèle pour évaluer l'impact de différents scénarios et profils de fonctionnement de l'éolienne sur sa durée de vie résiduelle. Nous avons alors observé qu'une réduction de l’ordre de 20% de la puissance nominale de l'éolienne peut considérablement prolonger la durée de vie résiduelle en réduisant le dommage relatif d’environ 60%. Cette recherche a été menée en collaboration avec la société Power Factors (Québec, Canada). Les résultats de cette thèse sont donc basés sur des données réelles fournies par le partenaire industriel du projet.

Date	13 sept. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Antoine Tahan (Directeur(-trice)) & Francis Pelletier (Codirecteur(-trice))