La possibilité de réduire le coût de l’énergie et de freiner le changement climatique n’est pas une question d’un jour et, pour y parvenir, il est essentiel de continuer à améliorer les avantages des systèmes de collecte d’énergie renouvelable actuellement disponibles. Presque chaque jour nouveau initiatives et produits visant à améliorer l’efficacité de l’énergie solaire et éoliennecomme les panneaux solaires verticaux qui ne sont pas ancrés au sol et génèrent 7 fois plus d’électricité ou l’éolienne qui produit de l’énergie sans avoir besoin de vent.
Les trois jeunes ingénieurs en aérospatiale de l’Université de Pise (Italie) qui ont fondé Gevi, acronyme de Intelligent Vertical Wind Generator, ont commencé à travailler avec le même objectif. Soufiane Essakhi, Emanuele Luzzati et Edoardo Simonelli se sont concentrés sur la conception et la construction d’éoliennes verticales (VAWT) avec capteurs intelligents intégrés et logiciel d’intelligence artificiellece qui lui permet de s’adapter à divers endroits et conditions de vent avec un seul objectif : maximiser la production d’énergie propre.
Après avoir remporté le premier prix du concours Human Knowledge Lab organisé par Eni, la multinationale italienne de l’énergie, et plusieurs mois de recherche et développement, l’équipe a réussi à imprimer en 3D et à tester le premier prototype d’éolienne verticale de 30 W en janvier 2022. Grâce à diverses initiatives publiques de collecte de fonds et à des cycles d’investissements privés, ils ont construit deux autres prototypes plus grands, promettant les premiers pas pour fournir une énergie moins chère tant dans les foyers privés qu’au niveau industriel.
Comment ça marche
Des éoliennes verticales existaient déjà sur le marché, mais à ce jour aucune n’utilisait des capteurs et la technologie de l’intelligence artificielle pour booster leur efficacité. Dans le cas des turbines développées par Gevi, ses lames peuvent se déplacer indépendamment les unes des autres. Son angle d’inclinaison est contrôlé à distance et automatiquement en temps réel, pour adapter sa position en fonction de la direction et de l’intensité du vent entrant.
Ainsi, grâce au logiciel développé par les responsables, la turbine peut « prédire » le vent pour maximiser la puissance électrique consommée. « Des capteurs de pression sont installés dans les turbines qui collectent des informations sur l’air, sur les turbulences, sur les modèles de vent récurrents. L’intelligence artificielle, grâce à un algorithme développé sur la base d’autres données précédemment traitées, est équipée pour comprendre comment produire le maximum d’énergie et régler la pale le plus exposés à des turbulences en mouvement », explique Edoardo Simonelli dans un interview publiée dans le journal italien Centodieci.
Les trois ingénieurs responsables de l’éolienne Gevi Wind Gevi Wind Omicrono
La performance de la turbine qui en résulte, dit-il, est 45% supérieur à ce qu’une turbine à aubes verticales conventionnelle pourrait obtenir. Et cela tient aussi au fait que, selon Simonelli, ils peuvent « optimiser la phase de démarrage, car les pales démarrent plus tôt et peuvent ainsi profiter des rafales de vent. Enfin, lorsque les vents sont très forts, les pales peuvent être déconnectés et alignés avec le vent, réduisant ainsi la contrainte exercée par la structure. Ceci, à l’avenir, nous permettra de les rendre entièrement recyclables car nous pourrions utiliser différents matériaux pour les construire.
De plus, le système de contrôle automatisé des pales fournit en continu des données sur l’intégrité et la fatigue structurelle des différentes parties de l’éolienne, pour réduire activement les vibrations et les charges dynamiques sur les lames et la petite tour. Cela permet de prolonger la durée de vie des lames, de les alléger et de simplifier l’installation.
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Un autre avantage du système Gevi Wind et de ses capteurs intégrés est que la turbine peut être facilement intégrée dans les écosystèmes de l’Internet des objets (IoT). Cet échange constant de données permettrait par exemple d’optimiser la synergie avec d’autres éoliennes à proximité d’un parc éolien, d’avoir une maintenance prédictive, de suivre les performances et d’avoir des systèmes d’alerte en cas de panne ou de dysfonctionnement.
Le premier appareil construit et testé par les responsables de Gevi Wind est un prototype à l’échelle de seulement 50 cm de diamètre et 60 cm de haut qui, malgré ses petites dimensions, peut générer 30 W de puissance. Cette turbine expérimentale a démontré sur le terrain que la puissance extraite était multipliée par deux lorsque le système assisté par intelligence artificielle était activé.
Éolienne verticale 600 W de Gevi Wind Gevi Wind Omicrono
Ensuite, ils ont opté pour une éolienne de 600 W, déjà adaptée à un usage domestique, mesurant 1,7 x 1,8 mètres. Installé au Département d’économie et de gestion de l’Université de Pise, ses tests ont permis de confirmer qu’il peut produire 1 MWh d’énergie propre par an (avec une vitesse moyenne du vent de 5,5 m/s). D’après les calculs des responsables de Gevi, il est l’équivalent d’un tiers des besoins énergétiques annuels d’une maison moyenne.
Maintenant, ils ont construit le premier pilote de 2 kW, qui mesure 2,5 mètres de diamètre et 1,8 mètre de haut et avec lequel ils effectuent des tests depuis janvier de cette année. « Cette taille serait parfaite pour une installation sur un toit, car vous n’avez pas besoin d’avoir un poteau très haut en dessous », explique Simonelli. « Dans un futur proche nous aimerions atteindre une éolienne de 5 kilowattsqui aurait un diamètre d’environ 3,5 mètres, et plus loin, nous pensons également à 10-20 kilowatts de puissance, mais nous aurons besoin de turbines d’un diamètre de 5-6 mètres et d’une hauteur de tour supérieure. »
matériaux et emplacements
Les turbines de Gevi ont une ossature structurelle en tubes d’aluminium, tandis que les pales seront en matériau composite utilisant une résine thermoplastique facilement recyclable et des éléments aussi résistants que la fibre de verre, pour offrir des performances et une durabilité maximales. « L’adaptabilité, la fiabilité et l’efficacité des turbines de Gevi résolvent les problèmes de saturation des sites terrestres pour des raisons environnementales (telles que le bruit et l’impact visuel), logistiques (telles que la faible présence du réseau dans les zones reculées) et les conditions d’intermittence ou de forte vent variable (comme en zone urbaine) », indiquent-ils sur leur site internet.
Pour cela, en plus de son application domestique, ils proposent différents emplacements potentiels où les caractéristiques de ces éoliennes peuvent être mieux exploitées. Par exemple, proposent de les placer au sommet des pylônes de télécommunications, l’endroit idéal pour profiter des vents forts dans toutes les directions. Ils garantissent qu’il n’y aurait pas d’interférence avec le signal et s’intégreraient facilement à la structure de la tour.
Le plus petit prototype d’éolienne Gevi Gevi Wind Omicrono
Ils font également référence aux vastes surfaces disponibles sur les toits plats des bâtiments, tant pour les bureaux que pour les logements collectifs, où plusieurs turbines peuvent être installées et profiter des synergies générées par leur étroite interaction. En outre, ils peuvent partager des espaces et des sous-systèmes avec des panneaux photovoltaïques et des batteries fournir de grandes quantités d’énergie propre.
Cependant, la vision d’avenir la plus ambitieuse de Gevi réside dans construire des îlots de plusieurs éoliennes sur des plates-formes flottantes au large de la côtecar sa légèreté permettrait de résoudre bon nombre des problèmes et des coûts élevés auxquels l’éolien offshore est actuellement confronté.
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