Caractérisation expérimentale de l'impact de la houle sur le comportement aérodynamique des éoliennes flottantes

Experimental Characterisation of the Far Wake of a Modelled Floating Wind Turbine as a Function of Incoming Swell

• Auteur / Autrice : Benyamin Schliffke
• Direction : Sandrine Aubrun-Sanches, Boris Conan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 16/02/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Jeroen Van Beeck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Aubrun-Sanches, Boris Conan, Jeroen Van Beeck, Axelle Viré, Erin Bachynski-Polic, Stéphane Barre, Vincent Guenard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jeroen Van Beeck, Axelle Viré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais en soufflerie aérodynamique

Modélisation comportementale (électronique)

Turbulence de sillage

Énergie éolienne en mer

Mots clés libres

Éolien flottant

Soufflerie atmosphérique

Sillage

FOWT

Atmospheric wind tunnel

Wake

Résumé

La décarbonation du secteur de l'énergie est un défi majeur de notre époque. Les énergies renouvelables offrent une solution viable. L'éolien offshore peut contribuer à une grande partie de la demande énergétique. Pour accéder à l'importanteressource éolienne en mer, il est nécessaire d'installer des éoliennes flottantes. Comme la technologie est encore à l'état préindustriel, plusieurs questions restent à résoudre. En utilisant la modélisation physique à une échelleréduite, cette thèse vise à étudier le comportement instationnaire et le développement du sillage d’un modèle simplifié d’éolienne. Le modèle est placé dans une soufflerie atmosphérique et soumis à une gamme de mouvements idéalisés et réalistes. Les valeurs de vitesse moyenne restent globalement inchangées mais l’intensité de turbulence et l’énergie cinétique turbulente (TKE) sont modifiées. Le bilan TKE révèle que la production et la dissipation turbulentes sont augmentées avec l'introduction du mouvement de vague idéalisé. Les spectres d'énergie de l'écoulement sont affectés par l'introduction du mouvement. Un mouvement idéalisé à fréquence unique entraîne une signature claire dans les spectres d'énergie du sillage. Un déplacement vers des fréquences plus élevées peut être observé pour plusieurs régimes de mouvement. Un mouvement réaliste à 3 degrés de liberté affecte le sillage différemment d'un mouvement idéalisé à 3 degrés de liberté.

Decarbonising the energy sector is a major challenge of our times. Renewable energies offer a viable solution. Offshore windalone can contribute a large portion of the energy demand. To access the large wind resource further offshore floating wind turbines are necessary. Floating offshore wind turbines (FOWTs) are a potential source for increased offshore energy production. As the technology is still in a pre-industrial state several questionsremain to be addressed. Using physical modelling at a reduced scale, this thesis aims to investigate the unsteady behaviour and the development of the wake in a simplified FOWT model. The model is placed in an atmospheric wind tunnel and subjected to a. range of idealised and realistic motions. Each degree of freedom is studied separately and all three degrees of freedom (Dof) together. The effects of induced sinusoidal surge motion on the characteristics of the model’s wake up to 8D downstream are studied. The results show globally unchanged mean velocity values but modified turbulence intensity and turbulent kinetic energy (TKE). A TKE budget analysis reveals that the turbulent production and dissipation are increased with the introduction of idealised surge motion. The energy spectra of the flow are affected by the introduction of motion. Idealised single frequency motion leaves a clear signature in the wake spectra. A shift to higher frequencies can be observed for several motion regimes. Realistic 3 Dof motion affects the wake differently compared to idealised 3 Dof motion.