Coordinateurs du projet
Contexte
L’objectif du projet ECOSFARM est de mettre en place un outil de simulation numérique générique permettant d’évaluer les stratégies de contrôle, à la fois pour les fermes d’éoliennes offshore posées, flottantes ou bien les fermes d’hydroliennes. Cet outil qui adopte une description de la physique des écoulements et des turbines relativement fine sera utilisé en phase de design avancé pour vérifier et affiner les pré-designs de ferme établis en amont. Il permettra par exemple, pour une disposition de turbines donnée d’évaluer et d’améliorer les stratégies de contrôle prévues avant leur intégration sur des fermes réelles en mer, et de confirmer la bonne disposition des turbines sur le site d’implantation.
Ruptures scientifiques et innovation
- Il n’existe pas encore d’outil précis capable d’évaluer la stratégie de contrôle de fermes d’hydroliennes posées ou flottantes, le projet permet donc de prendre de l’avance sur la brique contrôle dans cette thématique.
- Il n’existe pas non plus d’outil à l’échelle de la ferme pour la simulation de fermes d’éoliennes flottantes et l’évaluation de leurs stratégies de contrôles (objectif d’un outil mature visé à 5 ans).
- La précision du solveur fluide utilisé dans cet outil est supérieure à celle utilisée dans l’état de l’art (par exemple SOWFA).
Impact technique et économique attendu
- Fournir un outil d’aide à la décision pour les entreprises souhaitant optimiser la stratégie de contrôle de leurs fermes d’éoliennes ou d’hydroliennes.
- Promouvoir la prise en compte du contrôle dans les projets de recherche éoliens et hydroliens
- Le projet ECOSFARM permettra à D-ICE de disposer d’un outil pour évaluer les contrôleurs qu’ils développent avant leur installation en conditions réelles en mer et donc d’améliorer la qualité des services qu’ils proposent. Cette brique technologique leur permettra de renforcer leur récent positionnement dans le secteur de l’éolien et de l’étendre au secteur de l’hydrolien.
Résultats
VALIDATION DU COUPLAGE WCCH-FAST SUR LE CAS D’ÉOLIENNE NREL 5MW
Cette figure est une comparaison des résultats obtenus en utilisant le couplage WCCH-FAST avec les résultats de FAST seul. Dans cette optique, nous regardons 4 jauges positionnées le long d’une pâle qui nous permettent de surveiller les forces le long d’une pâle (Fx, Fy), l’angle de pitch de la pâle (β), la vitesse de rotation de l’éolienne (Ω), le couple du rotor (Trot) et la puissance générée par la turbine (Pgen).
LA PHYSIQUE CAPTURÉE PAR WCCH-FAST
Cette figure montre les tourbillons de bout et de pied de pâle et certains effets 3D capturés par WCCH-FAST. Sur la photo en bas à gauche, les flèches noires montrent les tourbillons de bout et de pied de pâle générés par le couplage. Ces tourbillons sont provoqués par les contraintes de cisaillement à ces emplacements et sont typiques des rotors.
Sur les deux autres images, on peut observer les effets 3D se produisant sur les pâles. Le couplage de la CFD avec une méthode Blade Element permet de dépasser la condition d’indépendance entre les éléments de pâle des modèles BEMT et donc de mieux représenter la physique.
APPLICATION DU COUPLAGE WCCH-FAST AU CAS DE DEUX TURBINES ALIGNÉES
Le cas expérimental retenu pour la validation du couplage WCCH-FAST est le « Blindtest 2 » décrit et discuté dans Pierella et al. 2014. Ce cas présente une configuration où deux éoliennes sont placées en ligne dans une soufflerie.
La figure ci-dessous présente une comparaison des déficits numériques et expérimentaux de vitesse axiale moyenne aux emplacements 1D, 2,5D et 4D dans le sillage en aval de la deuxième turbine (à gauche), ainsi qu’un instantané des iso-vorticités en contour de vitesse axiale moyenne obtenu par la simulation (à droite). Les résultats numériques obtenus sont globalement en bon accord avec les signaux expérimentaux, en particulier dans le sillage lointain de l’éolienne, soulignant la capacité du couplage proposé à simuler des fermes d’éoliennes.
