Six faits frappants sur la foudre et les éoliennes

Six faits frappants sur la foudre et les éoliennes

Les éoliennes modernes sont généralement équipées d'un système de protection contre la foudre (LPS).. Les normes internationalement reconnues exigent que le LPS intercepte et mène la grande majorité des frappes sans endommager la turbine.,Pourtant, les compagnies d'assurance rapportent que 20 % de toutes les réclamations liées aux projets éoliens sont dues à des dommages causés par la foudre.. La foudre est devenue une source importante de coûts et de temps d'arrêt plus élevés que prévu dans l'exploitation de certains parcs éoliens.. Bien que l’on ignore encore beaucoup de choses sur l’interaction de la foudre avec les éoliennes,il y a six faits qui valent la peine d'être connus. 

Des dégâts sont attendus,même avec LPL1

La plupart des éoliennes modernes sont équipées d'un LPS conçu pour répondre au niveau de protection contre la foudre (LPL)1.,le plus haut niveau de protection de la norme CEI 61400-24(1). Cela ne signifie pas que le LPS devrait,ou sera,protéger la turbine de tous dégâts dus à la foudre. Un LPS conçu selon LPL 1 ne devrait pas protéger contre les événements de foudre extrêmes.,ce à quoi on peut s'attendre dans environ 1 à 10 % de tous les coups de foudre, en fonction de l'environnement de foudre. Des événements moins extrêmes ne devraient pas causer de dommages altérant le fonctionnement de la turbine,si le LPS fonctionne comme prévu,mais on s'attend quand même à ce qu'ils causent des dégâts mineurs. 

Une carte de densité de flash ne suffit pas à caractériser un environnement de foudre

Une carte de densité d'éclairs montrera un nombre moyen d'éclairs par zone (km2 ou miles2) par an.. Cependant,les influences locales telles que le terrain,trajectoires spécifiques des tempêtes,et la présence d'objets de grande taille (tels que des éoliennes) affectera la densité localisée des éclairs.. Dans certains cas,l'utilisation d'une carte de densité d'éclairs pour déterminer la densité des éclairs sur un site particulier pourrait produire des erreurs de 10 à 100 %,ou plus. Il est recommandé d'utiliser des données historiques sur la foudre spécifiques au site pour caractériser la foudre sur un site.,de préférence sur une période parallèle à l'exploitation de l'éolienne ou,pour les évaluations pré-construction,ajusté pour tenir compte de la présence future d’éoliennes.

Tous les éclairs ne peuvent pas être détectés par le NLDN

Le Réseau National de Détection de Foudre (NLDN),qui fournit la majorité des données sur la foudre aux États-Unis,rapporte une efficacité de détection (DE) de 95 % dans la majeure partie de l'Amérique du Nord. DE est la fraction d'éclairs observés par un système de localisation de la foudre (LLS) comme le NLDN,et est une mesure de la performance de ce système. Il existe plusieurs types de foudre;le DE signalé n'est pertinent que pour la foudre vers le bas. La foudre vers le haut est une pièce importante du puzzle des dommages causés par la foudre aux éoliennes. Bien que le NLDN soit l'un des LLS les plus performants au monde,il ne capture pas tous les événements de foudre ascendants. Le DE réel pour la foudre vers le haut n’est pas bien compris,mais une étude(2) a montré un DE d'environ 37 % sur un site en Autriche. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour bien comprendre dans quelle mesure la foudre vers le haut peut être détectée par le NLDN.

La rotation des turbines peut augmenter la prévalence des coups de foudre

Des études récentes(3) indiquent que le mouvement de rotation du rotor d'une turbine la rend plus attractive face aux impacts de foudre.. Les chercheurs sur la foudre utilisent couramment des fusées attachées à un fil fin pour déclencher des éclairs pendant les tempêtes à des fins d'études(4). Semblable aux fusées,les pointes des pales se déplacent à des vitesses allant jusqu'à 200 mph vers les nuages ​​pendant le balayage ascendant de la rotation. Le mouvement du rotor peut provoquer la foudre et augmenter la probabilité qu'un coup de foudre frappe la pale.. Bien que la recherche soit préliminaire,les sites ayant subi des dégâts importants dus à la foudre voudront peut-être expérimenter l'arrêt de certaines turbines pendant les tempêtes afin de limiter les dégâts dus à la foudre. 

L'interception n'est pas la conduction

L'efficacité de conduction fait référence à la capacité du LPS à conduire le courant vers la terre.,tandis que l'efficacité d'interception fait référence à la capacité du LPS à provoquer une frappe sur la turbine au niveau d'un récepteur LPS.. Ces fonctions sont distinctes. Les tests et la maintenance LPS sont souvent axés sur la conduction,car il y a peu de choses à faire pour tester l'interception sur le terrain,et la maintenance se limite à garantir les composants LPS tels que les récepteurs,bandes de dérivation,et les capuchons ou embouts métalliques sont en bon état. Néanmoins,les types de dégâts dus à la foudre les plus courants sont le délaminage,décollement,ou incinération de la structure de la lame près de la pointe,ce qui peut être attribué à des performances d'interception insuffisantes. Les performances d'interception sont principalement influencées par la conception de la lame et la conception du LPS,y compris la sélection des matériaux,Placement des composants LPS,et isolation électrique.

Conception LPS,fibre de carbone,hauteur de la pointe,et le terrain influence les taux de dégâts 

L'environnement lié à la foudre et le LPL ne sont pas les seules considérations lors de l'estimation de la fréquence des dommages causés par la foudre altérant le fonctionnement d'un site particulier.. Conception LPS,qualité de fabrication,et l'installation sont tous des facteurs d'influence. Des influences supplémentaires incluent la présence de fibre de carbone dans les pales,hauteur de la pointe,et le terrain. Les éoliennes situées au sommet des collines attirent plus de foudre que les éoliennes situées sur un terrain plat. 

L'interaction de la foudre avec les éoliennes est actuellement mal comprise mais les connaissances évoluent. S'il est possible de calculer le risque de dégâts dus à la foudre(5),la compréhension de l'industrie de l'interaction de la foudre avec les éoliennes continue de croître. Avec cette compréhension accrue,vient des améliorations dans les nouvelles conceptions LPS,ainsi que la poursuite de l'évolution des normes en vigueur,comme la CEI 61400-24,dont une nouvelle édition est actuellement en chantier. Pour les projets éoliens en activité actuellement,ingénierie et installation de rénovations efficaces pour un sous réaliser du LPS est une entreprise difficile. 

À mesure que la compréhension de l’interaction entre la foudre et les éoliennes augmente,La technologie LPS devrait progresser et les performances devraient s'améliorer. La pratique actuelle consistant à considérer les dommages causés par la foudre comme un cas de force majeure obscurcit les responsabilités et ralentit l'innovation dans la conception des LPS.. Une répartition appropriée des coûts des dommages contribuera à faire avancer la conception du LPS,ce qui semblerait certainement être un progrès positif pour l’industrie éolienne.