Etude expérimentale et modélisation stochastique des fluctuations de la vitesse (vent et courant) et de la puissance électrique

par Olmo Durán Medina

Thèse de doctorat en Géosciences, Ecologie, Paléontologie, Océanographie

Sous la direction de François Schmitt et de Rudy Calif.


  • Résumé

    L’énergie renouvelable générée en sortie de systèmes de production éolienne et hydrolienne est très fluctuante. Ces fortes variations de la puissance sont liées à la turbulence intrinsèque au vent et aux courants. Ce phénomène est également appelé intermittence et il s’agit d’une contrainte majeure pour le développement de ce type d’énergie. Cette thèse présente l’analyse et la caractérisation de ces fluctuations stochastiques grâce à une approche statistique. Le cadre théorique est celui des cascades d’énergie multifractales. Les outils et méthodes utilisés visent à étudier l’influence de la turbulence pleinement développée sur les turbines horizontales tripales. Cette approche offre une méthode d’analyse multi-échelle de la turbulence, indépendamment de la taille du système considéré. L’analyse spectrale de la vitesse du vent et du courant permet la caractérisation des propriétés scalaires de la turbulence à partir d’une estimation de la dissipation. La décomposition modale empirique offre d’autre part, l’observation de l’interaction multi-échelle entre l’entrée et la sortie de tels systèmes de production. L’étude de l’intermittence de la puissance permet en particulier, la création d’outils de prévision qui reposent sur des bases physiques liées à l’intermittence et à l’invariance d’échelle. Ces outils peuvent répondre au besoin d’adaptation du réseau électrique face aux fluctuations de l’énergie éolienne.

  • Titre traduit

    Experimental study and stochastic modelization of velocity fluctuations (wind and marine energy) and electrical power


  • Résumé

    The renewable energy output from wind and tidal turbines generates large fluctuations. Such large power variability are inherent to the turbulent wind and currents nature. This phenomenon is also called intermittency and it is a major obstacle for the development of this kind of energy. This thesis presents the analysis and characterization of stochastic fluctuations through a statistical approach. The theoretical framework is the multifractal energy cascades. The tools and methods aim to study the influence of the fully developed turbulence on a three-blade horizontal axis turbine. This approach provides a method for multiscale turbulence analysis, regardless the size of the considered system. The spectral analysis of wind and current velocity allows the characterization of flow scaling properties from a dissipation estimate. The Empirical Mode Decomposition offers on the other hand, an observation of the multiscale interaction between the input and output of such energy production systems. The study of the power intermittency allows in particular the conception of forecasting tools based on physical principles related to intermittency and to scaling. These tools are able to provide a solution for grid adaptation facing the wind and tidal energy fluctuations.


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