Contexte
Depuis 2016, le LHEEA étudie un concept de rupture pour la production de combustible renouvelable à partir de la ressource éolienne en haute mer. Ce concept est le système énergétique FARWIND. Il est composé de deux sous-systèmes clefs :
- Des flottes de navires éoliens autonomes (FARWINDERs). Les navires éoliens sont des navires à voiles qui produisent de l’électricité grâce à des turbines placées sous leurs coques [Platzer & Sarigul-Klijn, 2009]. L’électricité produite est convertie en combustible renouvelable par l’intermédiaire d’une usine de conversion d’électricité en liquide embarquée (CEL). La route des flottes de navires est optimisée par routage météorologique afin de maximiser la production.
- Des tankers dédiés à la logistique des flottes. Les flottes sont escortées par des tankers dédiés, dont la fonction principale est de récolter le combustible produit et d’approvisionner les FARWINDERs avec la matière première (CO2) pour l’usine CEL. Contrairement aux FARWINDERs, les tankers ne sont pas autonomes. Ils assurent également des fonctions de protection, surveillance et maintenance.
Les résultats obtenus au LHEEA indiquent qu’une puissance nominale de 1 à 2MW est envisageable pour les FARWINDERs [Gilloteaux & Babarit , 2017], et que le routage météorologique permettrait d’atteindre des facteurs de charge supérieurs à 80% [Abd-Jamil et al. , 2019]. Ces résultats sont particulièrement prometteurs pour, à terme, une production de combustible à coût compétitif [Babarit et al , 2018 ; Fasihi & Bogdanov, 2016].
Ruptures scientifiques et innovation
Un aspect clé pour permettre la viabilité économique du système FARWIND est que les FARWINDERs soient autonomes (afin de minimiser les coûts d’opération). Le défi associé est le développement d’algorithmes et de systèmes de contrôle permettant une navigation sûre et efficace des FARWINDERs en flotte. Ces systèmes de contrôle diffèrent des systèmes existants car ils sont étroitement imbriqués au système de production d’énergie, l’un des paramètres de réglages clé étant la vitesse de rotation de l’hydrolienne.
Le projet AUTOFLEET_PLUS s’inscrit dans la continuité de cet effort. Il permettra d’améliorer la représentativité de la plateforme et de développer des algorithmes d’optimisation de la production d’énergie.
Afin d’améliorer la contrôlabilité de la plateforme (WEREVER_DEMO_PLATFORM développé dans le cadre du projet AUTOFLEET_Y1) et sa représentativité par rapport au design envisagé par la société FARWIND ENERGY, il semble pertinent de:
- Équiper la plateforme de deux rotors plutôt que d’un seul comme il était envisagé dans le projet AUTOFLEET_Y1
- Développer et tester un algorithme de type MPPT (Maximum Power Point Tracking) afin de déterminer automatiquement les points de fonctionnement pour l’hydrogénérateur et les rotors.
Impact technique et économique attendu
La plateforme expérimentale développée dans le projet AUTOFLEET constituera une nouvelle plateforme de recherche du LHEEA. Elle sera donc proposée à la location pour des chercheurs ou industriels désireux de faire des essais pour tester, par exemple de nouveaux algorithmes de contrôle. Afin d’en assurer la promotion, une page web sera créée sur le site web du LHEEA et du WEAMEC.
Par ailleurs les rotors développés dans les projets AUTOFLEET pourront intéresser les architectes navals et bureaux d’études pour des essais de caractérisation dans le cadre de navires de commerce à propulsion éolienne.
En ce qui concerne les algorithmes et systèmes de contrôle développés dans le projet, la stratégie est celle de la valorisation sous licence par la société FARWIND ENERGY.
Dates clés du projet
- Septembre 2020 - Démarrage du projet (durée 7 mois)
Résultats
Développement d’un modèle dynamique de la plateforme. Ce modèle va permettre de mettre au point les algorithmes développés dans le projet dans un environnement virtuel avant leur implémentation sur la plateforme. Le modèle est basé sur une approche système Il est à 3 ddls. Il intègre des modèles pour les rotors, la coque, l’hydrogénérateur et les safrans.
Fabrication d’un rotor Flettner amélioré.
Le premier résultat du projet est un deuxième rotor Flettner pour le prototype AUTOFLEET (Figure 1). Les améliorations de ce deuxième rotor par rapport au premier rotor sont :
- Légèreté : -10% par rapport au premier rotor
- Rigidité : le premier mode de vibration de ce 2e rotor est hors des plages de fonctionnement du moteur, contrairement au premier rotor.
- Aérodynamisme : suppression de la flasque intermédiaire.
Développement d’un modèle dynamique de la plateforme.
Ce modèle va permettre de mettre au point les algorithmes développés dans le projet dans un environnement virtuel avant leur implémentation sur la plateforme. Le modèle est basé sur une approche système Il est à 3 ddls. Il intègre des modèles pour les rotors, la coque, l’hydrogénérateur et les safrans.
Publications et communications produites
Elie B. , Bognet B. , Boileau T.,Weber M. ,Gilloteaux J-C. ,Babarit A. , 2022. Experimental proof-of-concept of an energy ship propelled by a Flettner rotor, Journal of Physics : conference series 2265 042057
