Modélisation et optimisation de la production d'un grand parc éolien en climat nordique

Le parc Le NORDAIS. installé en 1999 sur les sites de Matane et Cap-Chat, est composé de 133 turbines à pas fixe NEG MICON de modèle NM750/48-60 Hz Artic détenues et gérées par la compagnie AXOR jusqu'en 2007. Ce parc québécois, depuis racheté par la compagnie CANADIAN HYDRO DEVELOPERS, unique de par sa taille et la technologie à pas fixe qu'il emploie, enregistre durant l'hiver de nombreux arrêts prolongés causés par un phénomène mal compris de surpuissance durant lequel la turbine dépasse sa puissance nominale. Ce phénomène entraine une surproduction énergétique considéiable. L'objectif principal de ce travail de thèse est de proposer et d'évaluer une solution, autre que le calage plus profond des pales,à ce problème de surcharge énergétique. La solution retenue consiste en un contrôle actif de la puissance par effacement du rotor de l'axe du vent. Afin d'estimer la pertinence de cette solution, un modèle prédictif de la puissance de sortie d'une turbine opérant en climat nordique et des événements de surpuissance a été mis au point. Le modèle proposé, basé sur la méthode IEC 61400-12 et corrigé par deux facteurs fonction de la turbulence et du nombre de Reynolds, a été élaboré à partir de l'étude paramétrique expérimentale des courbes de puissance et des événements de surcharge enregistrés de 2000 à 2003. Un réglage optimal des pales des turbines a ainsi pu être calculé pour chacun des deux ites, afin de minimiser les problèmes de surcharge, tout en maximisant la production énergétique grâce au contrôle par effacement. Ce travail a mis en évidence le lien entre l'arrivée d'un front froid et l'apparition du phénomène de surpuissance. Par ailleurs, le scénario de contrôle et les ajustements optimaux proposés permettent un gain de production estimé à 105 GWh pour les 20 ans de durée de vie restante du parc, soit l'équivalent de huit mois de production. Ceci représente un bénéfice monétaire d'environ 9 millions de dollars