Étude numérique d'une éolienne hybride asynchrone

Des turbines de formes différentes fonctionnent optimalement à des vitesses de rotations différentes. Par exemple, une turbine de type Savonius fonctionne optimalement quand elle tourne à peu près à la même vitesse que le vent qui l'entraîne, alors qu'une turbine de type Darrieus fonctionne optimalement quand elle tourne, en moyenne, 5 fois plus vite. Si ces deux turbines sont toutes deux simplement fixées à l'axe d'une éolienne et qu'elles tournent donc à la même vitesse angulaire il y aura des interférences entre les deux. La première étant ralentie par la seconde, et la seconde étant accélérée par la première. L'éolienne hybride asynchrone est une éolienne à axe vertical qui combine deux turbines concentriques qui ont chacune au moins deux pales: une turbine intérieure qui exploite la force de traînée du vent (type Savonius), et une turbine extérieure qui exploite la force de portance du vent (type Darrieus). Le concept de l'éolienne hybride asynchrone est que chaque turbine tourne à une vitesse angulaire différente de l'autre qui correspond à sa vitesse optimale, c'est-à-dire à la vitesse à laquelle elle a le meilleur rendement. Ceci est rendu possible par l'utilisation du train épicycloïdal qui est l'élément nouveau de la machine. Les différentes turbines ne sont pas directement liées à l'axe d'entraînement du générateur mais elles le sont par l'intermédiaire d'un train épicycloïdal. Chaque turbine est liée à l'engrenage périphérique (l'Anneau) d'un train épicycloïdal et tourne à une vitesse différente de l'autre selon le ratio de distribution des vitesses du train épicycloïdal auquel elle est liée. L'engrenage central (le Soleil) des trains épicycloïdaux est fixé à l'axe d'entraînement. Les axes des engrenages intermédiaires (les Planètes) des trains épicycloïdaux sont fixes. De cette manière, la turbine exploitant la force de portance tourne plus vite que celle exploitant la force de traînée, ce qui permet de réduire les interférences entre les rotors concentriques du modèle hybride Darrieus-Savonius. La finalité est d'essayer d'exploiter simultanément les forces de portance et de traînée du vent, pour profiter à la fois d'un couple élevé, donc d'une faible vitesse de démarrage, et d'un haut rendement. La présente étude évalue, par des simulations numériques, les performances de la turbine hybride asynchrone, en comparaison avec l'hybride Darrieus-Savonius conventionnelle. Nous avons conclu que l'on peut améliorer le rendement aérodynamique d'une éolienne hybride de 20% avec un fonctionnement asynchrone.