Optimisation de la géométrie des pales d’éoliennes par la théorie BEM couplée à l’algorithme génétique

Abstract

L’objectif de ce travail consiste en l’optimisation de la géométrie des pales d’une éolienne à axe horizontal afin d’améliorer l’efficacité et la puissance de sortie en proposant différentes longueurs de corde et de distributions de l’angle de vrillage (twist). L’optimisation a été effectuée par l’outil stochastique basé sur les principes génétiques de la sélection naturelle à savoir l’Algorithme Génétique (AG). À cet effet, un code basé sur le calcul de performance par la théorie d’élément de pale (BEM) et sur l’optimisation numérique AG a été établi sous MATLAB. En outre, l’outil HARP-OPT, développé par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) a été utilisé conjointement afin d’analyser les différents aspects et critères d’optimisation. Deux fonctions objectif ont été fixées comme critères d’optimisation, qui consistent en (i) l’amélioration de l’efficacité de la puissance en réduisant l’écart entre la puissance aérodynamique du rotor et la puissance nominale, et (ii) la maximisation de la production d’énergie annuelle AEP. Cette dernière a été évaluée en considérant trois sites algériens, notamment Alger, Annaba et In Salah, dépendante de leurs distributions du vent calculées par la fonction de probabilité de Weibull. Le processus d’optimisation a été appliqué pour l’éolienne NREL Phase VI de 20 kW de puissance nominale. La pale de la NREL Phase VI a été dimensionnée selon sa distribution de la corde et de l’angle de vrillage pour chaque critère à l’aide du calcul de performance par la BEM et de l’Algorithme Génétique. Les résultats obtenus par notre algorithme BEM-AG ont été comparés à ceux de l’optimisation HARPOPT et il a été constaté qu’une optimisation adéquate des critères considérés induit une amélioration de plus de 30% pour chaque objectif, observée avec évidemment, une mutation de la géométrie initiale de la pale.