Rainbow - Prévision optimisée et aide à la décision pour l'érosion par la pluie et la dégradation des pales par la foudre

Le projet ICON Rainbow vise à mieux comprendre l'érosion des pales d’éoliennes due aux précipitations et à la foudre, car cette érosion entraîne d'importantes pertes de production. Ce projet devrait offrir de nouvelles possibilités d'entretien préventif et de meilleures stratégies d'inspection, d'entretien et de réparation.


Durée : 1er janvier 2021– 31 décembre 2023
VLAIO

Contexte
La dégradation des pales d'éoliennes due à l'érosion du bord d'attaque est le résultat de la fatigue d'impact causée par l'impact de particules en suspension dans l'air et des éclairs. Ce phénomène est considéré comme responsable d'une perte de productivité comprise entre 56 et 75 millions d'euros par an dans le secteur européen de l'énergie éolienne offshore. Bien que de nombreux projets de recherche aient déjà tenté de réduire ces pertes, des recherches supplémentaires sont encore nécessaires pour améliorer les solutions de surveillance et les prévisions.

Objectif
Le projet Rainbow permettra au secteur de l'énergie éolienne offshore de mieux comprendre les facteurs d'érosion du bord d'attaque (EBA) des pales des éoliennes offshore. De nouvelles capacités d’entretien prédictif et des stratégies optimisées d'inspection, d’entretien et de réparation pourront ainsi voir le jour.

Les partenaires du projet s'engagent d'une part à surveiller minutieusement les éoliennes et le rendement énergétique et d'autre part à inspecter automatiquement les pales à l'aide de drones. Sur la base des résultats, les revêtements et autres matériaux de protection seront testés et validés dans des conditions réalistes en mer du Nord.

Tout cela devrait également permettre de mieux prévoir la durée de vie des éoliennes et de mieux préparer et programmer les vols d'inspection par drones. À terme, cela se traduira par une durée de vie accrue des éoliennes et une réduction considérable des coûts d'inspection, d’entretien et de réparation. Une meilleure gestion des risques d'érosion et d'endommagement des pales contribuera également à augmenter la production d'énergie et à rendre les prix de l'énergie plus bas et plus compétitifs.

Approche
Dans un premier temps, Rainbow déterminera la corrélation entre l’EBA et le temps. La dégradation des performances des éoliennes, causée par l’EBA, sera détectée à un stade précoce grâce à une combinaison innovante d'ensembles de données. Celles-ci proviendront de systèmes améliorés de surveillance de l'état des pales sur la base des émissions acoustiques, ainsi que de mesures de la charge de la tour, de la surveillance des performances par l'analyse des données SCADA assistée par IA et d’une inspection automatisée des pales à l’aide de drones.

Ensuite, de nouveaux modèles météorologiques à échelles multiples généreront des cartes météorologiques prédictives de la vitesse du vent, du potentiel d'érosion des précipitations et des risques de foudroiement, identifiés comme les principaux facteurs d’EBA. Ils définiront la corrélation entre la dégradation de l'intégrité des pales et l'impact météorologique des précipitations et de la foudre. Une caractérisation quantitative des facteurs d'érosion permettra de tester et de valider les revêtements des pales et les matériaux de protection du bord d'attaque (PBA) dans des conditions météorologiques réalistes de la mer du Nord, ce qui aboutira à une classification de l'érosion causée par les précipitations. Cela permettra de prévoir leur durée de vie, afin d'améliorer la durabilité de la PBA et de garantir une application plus facile et plus stable, tout augmentant l’efficacité de l’entretien et des réparations.

Les prévisions météorologiques seront également utilisées pour étendre l'enveloppe de vol des drones, pour assurer un vol optimal autour des éoliennes au ralenti et pour l'inspection automatisée des pales grâce à la planification des trajectoires de vol sur la base de l'apprentissage automatique. Enfin, les prévisions météorologiques et les prévisions immédiates basées sur les données, alliées à la surveillance sur site des facteurs d'érosion liés aux conditions météorologiques, ouvriront la voie à des stratégies d'inspection, d’entretien et de réparation. Ces stratégies permettront d'atténuer les effets de l'érosion du bord d’attaque, ce qui augmentera la durée de vie des pales et réduira considérablement les coûts d’entretien et de réparation. Les temps d'arrêt et les coûts de réparation pourront être réduits grâce aux inspections autonomes des pales à l’aide d’un drone, avec un risque minimal lié aux conditions météorologiques, ainsi qu’à de nouvelles méthodes de diagnostic pour la détection précoce des dommages aux pales. Une classification des dommages d’EBA et causés par la foudre peut être transférée dans l'évaluation du risque opérationnel, ce qui permet la prise de décisions.

Les exploitants de parcs éoliens (Norther et Otary) intégreront les stratégies optimisées de surveillance et d'inspection par drone dans leurs procédures opérationnelles. Cela se traduira par une amélioration des performances énergétiques et un meilleur retour sur investissement. Ces procédures optimisées, ainsi que les capteurs et les systèmes d'acquisition de données nécessaires, seront progressivement déployées sur toutes les éoliennes du parc et seront également étendues à d'autres parcs éoliens. Une meilleure gestion du risque de dégradation des pales contribuera à réduire les prix de l'énergie et à les rendre plus compétitifs.

Spécialiste des systèmes aérospatiaux, SABCA contribuera au développement de vols d'inspection automatisés par drone. Pour SABCA, ce projet de recherche permettra d'introduire de nouvelles capacités d'exploitation dans des conditions météorologiques difficiles et de nouvelles fonctionnalités pour sa plate-forme technologique de drones. Cette innovation offrira à SABCA un avantage concurrentiel qui lui permettra de se positionner sur le marché international de l'inspection offshore.

ENGIE Laborelec, fournisseur de services techniques aux exploitants de parcs éoliens offshore (et à terre), va accroître son savoir-faire en détection et identification des causes profondes des phénomènes de dégradation des pales et de la sous-performance globale des éoliennes. Elle renforcera ainsi ses services d'inspection et d'analyse des causes profondes, une activité qui se développe parallèlement à l'expansion mondiale de l'éolien (offshore). Ce savoir-faire est également exporté à l’international, ce qui confirme le statut de pionnier de l'éolien offshore de la Flandre. De meilleurs services techniques permettront à leur tour de réduire les temps d'arrêt et d'adopter de meilleures stratégies opérationnelles afin d’éviter les dommages.

Référence

ICON Rainbow

Partenaires
Otary, Norther, Engie Laborelec, Vrije Universiteit Brussel (VUB), Sirris et SABCA
Coordinateur : VKI – Von Karman Institute of Technology

Financement 
Budget total : 3.952.569 € (subsides de 2.217.850 €)
Financé par VLAIO (via Blauwe Cluster et SIM)

VLAIO
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