École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

Dans une période où l’énergie éolienne devient une source d’énergie renouvelable de plus en plus répandue, le besoin de développer des modèles numériques précis et fiables afin de prédire la production de puissance devient plus urgent. Dans ce rapport nous étudions un panel de modèles de turbulence et nous comparons leur efficacité pour représenter le sillage d’une éolienne. Nous souhaitons déterminer la capacité des modèles de turbulence à visualiser le sillage en aval d’une éolienne. En effet, les interactions de sillage contribuant fortement aux pertes de puissance au sein d’un parc éolien, il est crucial de savoir représenter précisément ces phénomènes, pour mieux prédire la production de puissance. Les modèles k − ε que nous étudions sont les suivants: tout d’abord le modèle standard [1][16], puis une version modifiée de ce modèle présenté par Duynkerke [4] , afin de modéliser la couche limite atmosphérique (ABL) neutre et stable. Ensuite nous étudions le modèle k − ε − LP de Guimet [6] , dans lequel le terme de production d’énergie cinétique turbulente (TKE) est linéarisé, puis le modèle k − ε − LL d’Apsley [2], dans lequel la longueur de mélange turbulente est majorée par une valeur précise. Enfin nous explorons un modèle proposé par Van der Laan [18] , où le coefficient de viscosité turbulente est variable en espace et non constante. Au début nous avions choisi de restreindre notre étude aux modèles k−ε , mais après considération nous avons décidé d’élargir notre spectre de modèles pour prendre en compte deux modèles Rij −ε dits du second ordre, notamment le modèle LRR-IP de Launder [9] et le modèle de Rotta [14]. Le but de ce rapport est d’appliquer chacun de ces modèles pour représenter le sillage d’une éolienne dans une ferme afin de calculer le déficit de vitesse estimé, et de discuter des résultats. Malheureusement nous n’avons pas pu produire de résultats satisfaisants avec certains des modèles présentés ci-dessus. Plus précisément, nous ne montrerons aucun résultat pour les modèles k −ε−LP , k−ε−LL , et LRR-IP. Avec le modèle de Rotta nous avons réussi à modéliser la CLA (Couche Limite Atmosphérique), mais pas le sillage de l’éolienne. Nos simulations montrent les limites du modèle k − ε standard, ce qui prouve le besoin de modèles plus adaptés, et indiquent que les modèles de production linéarisée, ainsi que le modèle de Duynkerke, semblent plus performants.