Dans le contexte actuel de raréfaction des ressources et de dégradation de l'environnement, le développement et l'utilisation raisonnés des énergies renouvelables sont devenus des enjeux majeurs. L'énergie éolienne, énergie renouvelable et non polluante, présente un fort potentiel de développement. L'industrie éolienne, secteur énergétique émergent et mature, offre de belles perspectives d'avenir, et les anémomètres, notamment à ultrasons, sont de plus en plus utilisés.
Premièrement, l'application du capteur de vitesse et de direction du vent
Les capteurs de vitesse et de direction du vent sont largement utilisés dans la production d'énergie éolienne. L'énergie cinétique du vent est convertie en énergie cinétique mécanique, puis cette dernière en énergie cinétique électrique : c'est l'énergie éolienne. Le principe de la production d'énergie éolienne consiste à utiliser le vent pour faire tourner les pales d'une éolienne, puis à augmenter la vitesse de rotation grâce à un réducteur afin d'actionner un générateur et de produire de l'électricité.
Bien que la production d'énergie éolienne soit extrêmement respectueuse de l'environnement, son instabilité la rend plus coûteuse que celle d'autres sources d'énergie. Afin de maîtriser la production d'énergie éolienne, de l'adapter aux variations du vent pour optimiser la production et réduire les coûts, il est indispensable de mesurer avec précision et en temps réel la direction et la vitesse du vent, afin de piloter les éoliennes en conséquence. De plus, le choix de l'emplacement des parcs éoliens nécessite une prévision préalable de la vitesse et de la direction du vent, fournissant ainsi une base d'analyse pertinente. Par conséquent, l'utilisation de capteurs de vitesse et de direction du vent pour mesurer avec précision les paramètres du vent est cruciale pour la production d'énergie éolienne.
Deuxièmement, le principe du capteur de vitesse et de direction du vent
1, capteur mécanique de vitesse et de direction du vent
Les capteurs mécaniques de vitesse et de direction du vent, du fait de la présence d'un arbre rotatif mécanique, se divisent en deux types d'équipements : les capteurs de vitesse du vent et les capteurs de direction du vent.
Capteur de vitesse du vent
Un anémomètre mécanique est un capteur capable de mesurer en continu la vitesse du vent et le débit d'air (débit d'air = vitesse du vent × aire de la section transversale). L'anémomètre le plus courant est l'anémomètre à coupelles, dont l'invention est attribuée à Robinson en Grande-Bretagne. Son système de mesure se compose de trois ou quatre coupelles hémisphériques, disposées selon un angle constant sur un support rotatif fixé au sol.
Capteur de direction du vent
Le capteur de direction du vent est un dispositif physique qui détecte la direction du vent grâce à la rotation d'une girouette et transmet cette information à un cadran coaxial, tout en fournissant la valeur correspondante. Son corps principal utilise la structure mécanique d'une girouette : lorsque le vent souffle vers l'extrémité de celle-ci, l'aiguille s'oriente dans la direction du vent. Afin de garantir la sensibilité à la direction, différents mécanismes internes permettent également d'identifier la direction du vent.
2. Capteur ultrasonique de vitesse et de direction du vent
Le principe de fonctionnement des ultrasons repose sur la mesure de la différence de temps de propagation du vent. La vitesse du son dans l'air se superpose à celle du flux d'air ascendant généré par le vent. Si l'onde ultrasonore se propage dans le même sens que le vent, sa vitesse augmente ; en revanche, si sa direction de propagation est opposée à celle du vent, sa vitesse diminue. Ainsi, dans des conditions de détection données, la vitesse de propagation des ultrasons dans l'air correspond à la vitesse du vent. On peut alors calculer avec précision la vitesse et la direction du vent. La vitesse des ondes sonores dans l'air étant fortement influencée par la température, le capteur de vitesse du vent détecte deux directions opposées sur deux canaux, ce qui rend l'influence de la température sur la vitesse des ondes sonores négligeable.
Élément indispensable au développement de l'énergie éolienne, le capteur de vitesse et de direction du vent influe directement sur la fiabilité et le rendement de production d'énergie des éoliennes, et a un impact direct sur la rentabilité et la satisfaction des acteurs du secteur. Actuellement, les parcs éoliens sont majoritairement implantés dans des environnements naturels difficiles, caractérisés par de basses températures et une forte concentration de poussière. Les exigences en matière de température de fonctionnement et de résistance à la flexion des systèmes sont donc très élevées. Les produits mécaniques existants présentent certaines lacunes à cet égard. Par conséquent, les capteurs de vitesse et de direction du vent à ultrasons offrent de larges perspectives d'application dans l'industrie éolienne.
Date de publication : 16 mai 2024