Contexte
L’équipe EMO du laboratoire LHEEA s’intéresse depuis 2016 à un nouveau concept d’énergies marines renouvelables pour la récupération de l’énergie du vent en haute mer. Ce concept est le navire hydro-éolien de production d’hydrogène (Platzer et al., 2014). Il consiste en un navire propulsé par le vent sous lequel est fixé un hydro-générateur. L’électricité produite par l’hydro-générateur est convertie en hydrogène pour permettre un stockage à bord. Lorsque les réservoirs de stockage sont pleins, le navire fait route vers un terminal à terre où l’hydrogène est déchargé. Ensuite, il repart vers la haute mer pour un nouveau cycle de charge.
Le concept du navire hydro-éolien a été breveté dès 1982 (Salomon, 1982). Cependant, il n’a fait l’objet que de très peu d’études scientifiques et techniques (Pelz et al., 2016 ; Kim & Park, 2010 ; Tsujimoto et al., 2009 ; Ouchi & Henzie, 2017 ; Gilloteaux & Babarit, 2017). Tous ces travaux ont été réalisés sur la dernière dizaine d’années. Ainsi, le thème du navire hydro-éolien est un sujet très innovant, dont le niveau de maturité technologique n’est aujourd’hui que TRL 2, soit « Technology concept formulated ». La prochaine étape dans le développement du concept de navire hydro-éolien de production d’hydrogène est d’atteindre le TRL 3, soit « Experimental proof of concept ». C’est l’objectif global du projet WEREVER_DEMO dans lequel s’inscrit ce projet WEREVER_DEMO_PLATFORM.
Ruptures scientifiques et innovation
La plateforme expérimentale développée dans le projet WEREVER_DEMO_PLATFORM constitue le premier moyen d’essai au monde pour la validation expérimentale de la récupération de l’énergie du vent en haute mer par des voiliers-hydroliennes.
Impact technique et économique attendu
Le navire hydro-éolien autonome de production d’hydrogène est un nouveau concept pour la récupération de l’énergie du vent en haute mer. Il consiste en un navire propulsé par le vent sous lequel est fixé un hydro-générateur. L’électricité produite par l’hydro-générateur est convertie en hydrogène pour permettre un stockage à bord. L’énergie stockée est acheminée à un terminal à terre par des tankers spécialisés.
Le concept du navire hydro-éolien est à haut potentiel car il permettrait de récupérer l’énergie du vent en haute mer qui représente un gisement d’énergie renouvelable considérable et aujourd’hui totalement inexploitée.
Le navire hydro-éolien est complémentaire des turbines éoliennes posées ou flottantes raccordées au réseau. En effet, contrairement au navire hydro-éolien, il n’est pas envisageable de déployer ces turbines en haute mer à cause du coût du raccordement et d’ancrages. De plus, une particularité du navire hydro-éolien par rapport aux turbines éoliennes conventionnelles est qu’il est mobile. La route du navire peut alors être optimisée par routage météorologique de manière à ce que le navire navigue toujours dans des conditions de vent favorable. Il pourrait en résulter un facteur de charge nettement plus élevé que pour les autres sources d’énergie renouvelable.
Le matériel acheté dans le projet WEREVER_DEMO_PLATFORM permettra la réalisation d’une plateforme expérimentale d’essais pour les composants et systèmes des navires hydro-éoliens. Elle sera notamment utilisée dans le cadre d’une thèse en cours co-encadrée par le LHEEA et l’IREENA, puis dans le cadre du projet Européen FARWIND (en cours de dépôt), et ensuite dans des projets subséquents.
Par ailleurs, l’impact attendu du projet WEREVER_DEMO en termes de visibilité, de rayonnement académique, de positionnement national et international est majeur pour l’Ecole Centrale de Nantes.
Dates clés du projet
- 30 avril 2018 - Lancement du projet
- 30 avril 2021 - Fin du projet
Résultats
Un Hobie Cat Tiger d’occasion (catamaran de sport de 5.5m) a été acheté comme point de départ pour le développement de la plate-forme. En effet, cette plateforme correspond approximativement à une version à l’échelle 1/14 du démonstrateur actuellement envisagé.
La turbine à eau et l’électronique de puissance ont été achetés à Efficiensea. L’électronique de puissance a été spécialement développée pour la plate-forme.
Les autres capteurs comprennent un anémomètre à ultrasons, deux vélocimètres à ultrasons (un dans chaque coque), une IMU, un capteur d’angle du mât et un capteur de force. Le capteur de force a été développé en interne alors que les autres capteurs ont été achetés auprès de fournisseurs.
Le système d’acquisition de données a été développé en interne. Il comprend une capacité de transmission des mesures à distance (via wifi).
Les équipements ont été installés sur la plateforme au printemps 2019.
La plateforme expérimentale FARWINDER-a
Deux campagnes d’essai ont été réalisées les 7 mai 2019 et 5 juillet 2019 sur la rivière Erdre, plaine de Mazerolles. Les résultats ont été analysés. Ils valident :
- Le principe de fonctionnement du voilier-hydrolienne
- La production d’énergie est significative et en bon accord avec les résultats de modélisation (75W par force 2 correspondant à environ 800 kW par force 5 à pleine échelle)
- Que la trainée induite par l’hydrogénérateur est un paramètre clé pour maximiser la production d’énergie (voir figure ci-dessous).
A gauche : La plateforme expérimentale FARWINDER. A droite : mesures de la production d’énergie en fonction du coefficient de trainée de l’hydrogénérateur.
Publications et communications produites
Communications orales
- Validation expérimentale du principe du voilier-hydrolienne pour la récupération de l’énergie du vent en haute mer. Babarit, N. Abdul-Ghani, E. Brouillette, S. Delvoye, M. Weber, A. Merrien, J. Templai, V. Frémont, M. Michou, S. Bourguet, J-C. Gilloteaux. Journées de l’hydrodynamique 2020, 24/26 novembre 2020, En ligne
- Experimental validation of the energy ship concept for far-offshore wind energy conversion. Babarit, N. Abdul-Ghani, E. Brouillette, S. Delvoye, M. Weber, A. Merrien, J. Templai, V. Frémont, M. Michou, S. Bourguet, J-C. Gilloteaux. Ocean engineering (in preparation 2021)
Perspectives
Les travaux se poursuivent dans le cadre des projets WEAMEC AUTOFLEET_Y1 et AUTOFLEET_PLUS.
