Coordinateurs du projet
Contexte
Les Energies Marines Renouvelables (EMR) sont une source d’énergie durable et prometteuse pour la production décarbonnée d’électricité. Mais la complexité de l’environnement marin et le coût élevé des opérations d’installation et de maintenance des infrastructures offshores nécessitent de passer par des étapes de prototypage et de tests en mer pour les technologies EMR : c’est l’objet du site d’essai en mer SEM-REV qui permet de réaliser des tests en conditions réelles. Avec 1 km² d’espace maritime dédié et un câble sous-marin de raccordement de 8 MW, la plateforme permet aux industriels de tester et valider leurs prototypes jusqu’à l’échelle 1. SEM-REV accueille ainsi actuellement FLOATGEN, la première éolienne flottante française, ainsi que le dispositif houlomoteur WAVEGEM installé dans le cadre du projet IHES.
L’étape suivante consiste à intégrer sur le site de nouveaux producteurs EMR de technologies différentes (éolienne fixe, systèmes houlomoteurs ou hybrides, etc.) et des solutions de stockage par l’ajout d’une sous-station électrique flottante. Celle-ci sera le point d’entrée pour les chercheurs et industriels souhaitant tester et valider des architectures électriques marines innovantes de conversion, des algorithmes de gestion d’énergie, des techniques ou méthodes de diagnostic et monitoring des infrastructures marines (en particulier les câbles d’énergie et d’ancrage) ou encore des capteurs et systèmes de mesures.
Le méta-projet ORIGAMI se propose de donner un cadre structurant sur le long terme à cette nouvelle phase de valorisation et de développement pluridisciplinaire de la plateforme SEM-REV, phase qui nécessite à court terme une collaboration forte entre les hydrodynamiciens de Centrale Nantes (LHEEA) et les électrotechniciens de l’Université de Nantes (IREENA), de l’Université de Rennes (SATIE) et du CEA-Tech (DGDO).
Ruptures scientifiques et innovation
Le projet ORIGAMI vise à traiter l’intégration de la production d’énergie des systèmes EMR d’un point de vue multidisciplinaire, en prenant en compte notamment l’hydrodynamique, le génie électrique, la surveillance de l’environnement et la modélisation. Il repose sur trois piliers :
- Acquérir un retour d’expérience unique des infrastructures du SEM-REV
- Modéliser l’ensemble de la chaîne électrique de la ressource jusqu’au réseau
- Intégrer des composants et des nouvelles méthodes pour tester des systèmes innovants de stockage, de suivi en service des installations et des systèmes hybrides
Dans le cadre de l’appel à projet WEAMEC-2019, le projet ORIGAMI a pour but d’initier la collaboration et traitera plusieurs problématiques :
- Définir comment gérer la co-activité électrique sur les parcs de production hybrides : réalisation du cahier des charges de la sous-station électrique qui sera déployée en 2020 par le développement d’un modèle de simulation de type Wave-to-Wire, sur la base des résultats du projet Sea-Storage
- Réaliser le suivi en service des infrastructures critiques comme le câble : réalisation d’un prototype d’appareil de diagnostic des ombilicaux basé sur l’identification dans le domaine temporel des paramètres d’un modèle de type multi-ligne de transmission dont la validation théorique a été réalisée précédemment dans le projet ANR EMODI. Ce système à bas coût de détection précoce de la rupture de la barrière d’étanchéité de l’ombilical est destiné à être installé au niveau de l’éolienne et/ou de la sous-station électrique
- Evaluer la possibilité d’optimiser les infrastructures électriques existantes et quantifier la puissance optimisée, ce qui constitue la suite logique du projet BlueGrid, mené par le SATIE, en collaboration avec l’IREENA, et ce à la suite d’une précédente collaboration dans le projet ANR EMODI.
Le projet propose une collaboration forte entre laboratoires ligériens et repose d’une part sur l’expertise unique de l’IREENA, du SATIE et du CEA en génie électrique et sur celle du LHEEA en ingénierie océanique et d’autre part sur une exploitation intégré de l’ensemble des moyens d’essais du laboratoire au site SEMREV.
Le projet constitué permettra ainsi de couvrir l’ensemble de la chaîne de conversion par une approche systémique et expérimentale menée sur les infrastructures de la plateforme SEANergy du CEA Tech au Technocampus Océan et du site d’essais en mer SEM-REV, opéré par Centrale Nantes.
Impact technique et économique attendu
- Démonstration de l’utilisation des infrastructures électriques, principalement le câble d’export du SEM-REV, à plus de 8MW (ce pourquoi il a été dimensionné à l’origine) grâce aux modélisations réalisées et aux données réelles du SEM-REV en fonctionnement
- Le projet permettra de développer et valider l’appareillage de diagnostic des ombilicaux développé par l’IREENA dans le cadre d’EMODI, avec une intégration réussie sur la sous-station électrique
- Rédaction des spécifications d’un laboratoire électrique flottant pour tester des d’architectures de conversion et stockage innovantes, ainsi que des équipements de monitoring
- Initiation de deux thèses entre 2021 et 2022 ou définition de plusieurs projets de recherche pour la suite en collaboration entre le SEM-REV, l’IREENA et le CEA-TECH
Démonstrateur
Prototype d’appareil de diagnostic pour la détection précoce de la rupture de la barrière d’étanchéité des ombilicaux.
Résultats
Modélisation Wave / Wind to Wire – Résultats préliminaires
- Définition fonctionnelle complète de l’outil (y compris la mission, les parties prenantes)
- Complexité pour s’adapter à différents horodatages
- Un modèle préliminaire basé sur les modèles IREENA / SATIE, avec l’ambition de calibrer les pertes sur la base des données de surveillance SEMREV, mais utilisant des modèles ouverts pour permettre les publications.
Développement et étalonnage d’un Système de détection précoce à faible coût de diagnostic d’ombilical
Résultats préliminaires
- Description de la théorie derrière la linéarisation et l’identification des modèles pour la détection entre écrans de l’évolution de la capacité liée à une détection d’entrée d’eau.
- Vérification par rapport au modèle COMSOL avec entrée d’eau progressive dans la section du cable.
- Validation expérimentale à un stade précoce (à l’aide d’un échantillon de câble d’exportation SEMREV)
- Spécification de l’appareil de diagnostic
ORIGAMI étudie l’analyse thermique (consigne thermique à ne pas dépasser en utilisation dynamique du câble) au lieu d’une limitation de courant plus classique dans le but de maximiser l’utilisation des infrastructures existantes du SEM-REV.
L’étude de cas est basée sur une ferme houlomotrice qui pourrait être installée à proximité du site d’essai SEM-REV.
Le nombre de convertisseur d’énergie houlomotrice (N_WEC) peut être optimisé en comparant les contraintes :
Premiers résultats: Les analyses d’études préliminaires sur 10 mois d’exploitation montrent que la production peut augmenter de 10 à 20% avec une limitation en température plutôt qu’en courant.
Voir la publication : C.-H. Bonnard; A. Blavette; Salvy Bourguet; Thomas Soulard; Yves Perignon. “Near-optimal use of a MRE export cable considering thermal and techno-economic aspects” ISGT EU 26-28 Oct. 2020
Spécifications électriques de la future une plateforme multi-usages du site d’essais SEM-REV:
- Examen préliminaire des plateformes existantes
- Contexte normatif
- Bénéficier des projets identifiés dans le cadre de l’AMI Sea-GRID
