Quelles sont les différences entre les tours hybrides et les tours flexibles dans l'industrie éolienne ?

Aperçu des concepts clés

Analyse approfondie

1. Tours hybrides en béton (Tours hybrides)

Une tour hybride est une structure combinée de « béton armé + acier ». Généralement, les 2/3 inférieurs sont en béton armé (à l'aide de segments préfabriqués ou de techniques de coffrage glissant), tandis que la partie supérieure est une tour en acier traditionnelle reliée à la nacelle.

Comment cela résout le problème de résonance :
La rotation d'une turbine crée deux fréquences d'excitation principales :1P(vitesse du rotor) et3P(Vitesse du rotor multipliée par 3, due à des effets comme l'ombre de la tour). La masse et la rigidité considérables de la tour hybride lui confèrent une position privilégiée.1ère fréquence naturelle au-dessusleFréquence 3PEn fonctionnement normal (c’est-à-dire dans la zone de fonctionnement « rigide/rigide-rigide »), la plage de fonctionnement de la turbine n’excite pas la résonance fondamentale de la tour, ce qui réduit la complexité de la compensation requise par le système de contrôle.

Logique des avantages et des inconvénients :

Avantage : Stabilité :Sa « rigidité » se traduit par un balancement minimal au vent, ce qui assure un fonctionnement stable, une usure mécanique réduite et un besoin d'entretien minime pendant sa durée de vie prévue.

Inconvénient : Poids :Le transport de segments de béton nécessite des véhicules spéciaux et impose des contraintes importantes en matière de largeur des routes et des ponts, de capacité de charge et de rayon de braquage. Ceci est souvent irréalisable en régions montagneuses. Le poids considérable de ces segments requiert également des fondations plus vastes et plus massives, ce qui augmente les coûts et les délais de génie civil.

2. Tours en acier flexibles (Tours flexibles / Tours souples)

Les tours flexibles sont entièrement en acier, mais leur conception repose sur une philosophie opposée à celle des tours rigides en acier traditionnelles. Elles sont intentionnellement fabriquéesflexibleutiliser des matériaux aux parois plus légères et plus fines.

Comment cela résout le problème de résonance :
La tour flexibleLa première fréquence naturelle est conçue pour être inférieure àla turbineFréquence 1P(c'est-à-dire dans la zone « souple/souple-souple »). Cela signifie que la vitesse du rotor de la turbine doit passer parà traversce point de résonance lors du démarrage et de l'arrêt. Pour gérer cela, ilrepose fortement sur un système de contrôle de turbine avancéLe contrôleur doit rapidement atteindre la fréquence de résonance et utiliser des algorithmes d'amortissement actif en fonctionnement normal. Ces algorithmes ajustent en permanence le couple du générateur et le pas des pales afin de contrer activement le mouvement longitudinal de la tour et d'empêcher l'amplification des vibrations.

Logique des avantages et des inconvénients :

Avantage : Léger :La légèreté permet de réaliser des économies de matériaux, ce qui représente des avantages économiques considérables, notamment pour les tours de très grande hauteur. Le transport segmenté offre également une plus grande flexibilité.

Inconvénient : Dépendance au contrôle :Sa sécurité repose sur la précision et la fiabilité du système de contrôle. Des algorithmes défaillants ou une panne de capteur pourraient entraîner une résonance incontrôlée. De plus, le sommet de la tour peut osciller de plus d'un mètre par vents violents, ce qui peut empêcher l'accès pour la maintenance dans certaines conditions météorologiques et occasionner un inconfort pour le personnel se trouvant dans la nacelle.

Résumé et sélection

Le choix entre une tour hybride et une tour flexible est complexe.décision techno-économiquebasé surconditions spécifiques du projet:

Choisissez une tour hybride lorsque :Situé en terrain plat, bénéficiant d'infrastructures de transport performantes et à proximité de centrales à béton ; où les priorités du projet privilégient une grande fiabilité et où les acteurs sont prêts à accepter des coûts de transport et de fondation plus élevés pour une performance stable.

Choisissez une tour flexible lorsque :Cibler le coût actualisé de l'énergie (LCOE) le plus bas, pour des hauteurs de moyeu très élevées (>140 m), dans des zones avec une logistique de transport difficile (montagnes), ou lorsque les conditions du sol sont moins idéales (permettant des fondations plus petites).

Actuellement, les pylônes flexibles dominent le marché des pylônes de très grande hauteur (> 160 m) grâce à leurs avantages en termes de coûts et de logistique. Les pylônes hybrides restent compétitifs sur certains marchés (par exemple, dans les plaines du centre et du sud-est de la Chine) et pour certaines applications. Ces deux technologies évoluent : les pylônes hybrides développent des conceptions modulaires précontraintes plus légères, tandis que les pylônes flexibles mettent en œuvre des stratégies de contrôle toujours plus sophistiquées et fiables.