Ruptures scientifiques et innovation

Actuellement, des modèles simplifiés basés sur des formulations empiriques pour la prise en compte des effets de sillage et l’évolution du niveau de turbulence sont utilisés par les ingénieries de conception. Dans la cadre du projet EOS, les avancées suivantes sont visées :

  • Développement d’un modèle direct, sans hypothèses simplificatrices.
  • Code de CFD multiphasique massivement parallèle et très scalable associé à des moyens de calcul existants dans la région.
  • Construire un simulateur qui pourra être édité, diffusé et valorisé par une PME régionale spécialisée dans les logiciels dédiés aux activités marines.

Les principales avancées scientifiques concernent la mise en place d’une approche CFD complète : aucune simplification, aucune hypothèse, une bonne précision des interactions (comme les sillages) implicitement prises en compte.

Afin de réduire les coûts de calcul, des techniques telles que l’adaptation automatique de maillages anisotropes et le calcul parallèle massif sont mises en œuvre. Le projet implique également le traitement de sujets difficiles tels que : le développement d’un solveur couplé aéro-hydro dans un contexte FSI (Fluid-Structure Interaction : corps rigide flottant et en mouvement), l’étude des interactions eau / air / éoliennes dans les deux cas d’éoliennes; l’introduction de conditions de champ lointain et de conditions limites dans le domaine de champ proche.

En termes d’innovation, un code CFD multiphases parallèle massif, très évolutif et associé aux infrastructures de super calculateurs en Pays de la Loire va être développé.

Impact technique et économique attendu

  • Avancées dans la connaissance du comportement des éoliennes flottantes au sein d’une ferme vis-à-vis de leur environnement.
  • Développer une expertise unique en simulation 3D précise de l’éolien offshore flottant.

Valorisation possible :

  • ou par un éditeur de solutions logicielles.
  • par des ingénieries pour des activités de service en conception : par exemple, des calculs aux extrêmes d’éoliennes flottantes (dont les conditions auront été définies par des codes classiques plus rapides mais moins précis), ou pour alimenter en données d’entrées ces mêmes calculs paramétriques.

Dates clés du projet

  • Novembre 2016 - Lancement du projet
  • Janvier 2018 - Simulateur aérodynamique et couplages
  • Janvier 2019 - Simulateur hydrodynamique et couplages
  • Novembre 2020 - Simulateur directe éolien offshore

Démonstrateur

Plate-forme de simulation de la dynamique des parcs éoliens offshore.

Le simulateur sera basé sur la bibliothèque ICI-tech, développée par l’Institut de Calcul Haute Performance (ICI-ECN) de l’École Centrale de Nantes et dédiée au calcul scientifique de haute performance. La mise en œuvre de la méthode EOS pour la simulation d’une ou plusieurs éoliennes flottantes etl a validation finale du simulateur, en comparaison avec des résultats expérimentaux ou d’autres modèles de la littérature mais également grâce à la participation au projet IAEWind seront guidées réalisés en collaboration avec l’équipe Energies Marines & Océan du Laboratoire d’Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA-ECN).

Résultats

  • Premières simulations CFD avec le solveur existant
  • Accélération du calcul des fonctions de phase pour représenter différents domaines de la simulation
  • Maillage parallèle de modèles allant jusqu’à 100 éoliennes
  • Développement d’un simulateur de vent et de FSI. Etude des principales limitations.
  • Développement d’un simulateur de vagues et couplage HOS. Etude des principales limitations.
  • Démarrage du développement du prototype du logiciel.

 

First CFD simulations with the existing solver Acceleration of computation of the phase functions to
represent different domains in the simulation
Parallel meshing of models up to 100 wind turbines
Software prototype development Wave simulator and HOS coupling Wind simulator and FSI

Perspectives

Simulation de structures fluides / déformables; corps flottants (en cours); traitement plus précis des conditions de sillage et des limites.

Utilisation de technique d’Intelligence Artificielle (AI) et ROM (Reduced Order Modelling) pour accélérer les calculs.