Contrôle optimal de l'angle des pales pour améliorer la performance des éoliennes à axe vertical

Résumé Les éoliennes à axe vertical sont de bons candidats pour permettre l'extraction de l'énergie éolienne dans les applications urbaines et offshore. Actuellement, les préoccupations concernant l'efficacité des turbines et l'intégrité structurelle limitent leur déploiement industriel. Le contrôle du flux peut atténuer ces préoccupations. Ici, nous démontrons expérimentalement le potentiel de l'inclinaison individuelle des pales comme stratégie de contrôle et expliquons la physique du flux qui entraîne l'amélioration de la performance. Nous réalisons des expériences automatisées en utilisant un modèle de turbine réduit couplé à un optimiseur basé sur un algorithme génétique pour identifier les cinématiques d'inclinaison optimales dans des conditions de fonctionnement à la fois normales et hors conception. Nous obtenons deux ensembles de profils d'inclinaison optimaux qui atteignent un triplement du coefficient de puissance dans les deux conditions de fonctionnement par rapport à la turbine non actionnée et une réduction de 77 % des fluctuations de charge menaçant la structure dans des conditions hors conception. Sur la base des mesures de champ de flux, nous découvrons comment l'inclinaison des pales manipule les structures de flux pour améliorer la performance. Nos résultats peuvent aider les éoliennes à axe vertical à augmenter leur contribution, pourtant nécessaire, à nos besoins énergétiques.