Causes des erreurs de yaw

La technologie de mesure des éoliennes pour la détermination de la direction du vent est située sur le toit de la nacelle, en aval du rotor. Ce n'est donc pas la direction du vent non perturbé qui est enregistrée, mais la direction du vent dans le sillage immédiat. Or, celui-ci présente un écoulement tourbillonnaire avec de fortes turbulences induites par le rotor, raison pour laquelle les fabricants d'éoliennes doivent intégrer des fonctions de correction correspondantes dans le contrôle de la turbine. Ces fonctions de correction devraient cependant être adaptées aux conditions environnementales spécifiques afin de tenir compte, par exemple, des influences du terrain et, en particulier, de l'influence des machines voisines. Les fabricants n'effectuent toutefois pas les ajustements nécessaires sur site, ce qui signifie que de nombreuses machines ne sont pas correctement alignées. Ce problème est souvent aggravé par des girouettes mal alignées ou des anémomètres mal calibrés. Le problème peut exister dès la fabrication ou être causé par des techniciens de maintenance pendant l'exploitation, par exemple lors d'interventions sur le toit de la nacelle. L'opérateur ne dispose cependant pas de la technologie de mesure permettant de détecter ces erreurs, ce qui entraîne des pertes de production significatives et des coûts de maintenance plus élevés en raison de charges mécaniques accrues.

Détermination des pertes de production

Lorsque le rotor de l'éolienne est aligné perpendiculairement au plan du rotor, la surface de balayage A correspond à la surface couverte par le rotor. En revanche, en cas de désalignement de la nacelle, la surface de balayage et donc le débit massique d'air effectif sont réduits par le facteur cos(γ).

On utilise souvent un modèle basé sur l'hypothèse que seule la composante de vitesse du vent dans la direction axiale de l'écoulement contribue à la conversion de puissance. La décomposition vectorielle de la vitesse du vent entraîne également une réduction de la composante de vitesse par le facteur cos(γ). En raison de la dépendance cubique de la puissance du rotor par rapport à la vitesse, la relation fonctionnelle suivante découle de cette considération :

Cependant, la dépendance en cos³(γ) dérivée du modèle d'écoulement simplifié ne reflète pas les effets aérodynamiques des écoulements réels, qui influencent le coefficient de puissance.

Des mesures en soufflerie montrent une dépendance de la perte de puissance due au désalignement à un exposant d'au moins 1,80 et au-delà[1][2][3].

Des investigations systématiques de parcs éoliens montrent que plus de la moitié des éoliennes présentent un désalignement du yaw supérieur à 4° [4].