Simulation aux grandes échelles des interactions de sillages d'éoliennes en dérapage avec couplage aéro-servo-élastique

Investigations of yawed offshore wind turbine interactions through aero-servo-elastic Large Eddy Simulations

• Auteur / Autrice : Félix Houtin-Mongrolle
• Direction : Julien Reveillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 20/06/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Grégory Pinon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jens Nørkær Sørensen, Philippe Chatelain, Pierre Bénard, Vincent Moureau, Nicolas Mazellier, Laurent Bricteux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jens Nørkær Sørensen, Philippe Chatelain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie mécanique

Tubes -- Fluides, Dynamique des

Interaction fluide-structure

Volumes finis, Méthodes de

Simulation des grandes échelles

Fluides incompressibles

Actionneurs

Dynamique des fluides

Énergie éolienne en mer

Sillage (aérodynamique)

Mots clés libres

Interactions de sillages

Éoliennes en dérapage

Méthode de la ligne actuatrice

Tubes de courant

Bilans d’énergie cinétique

Wake interaction

Yaw misalignment

Actuator line method

Incompressible flow

Large-Eddy Simulation

Finite volume

Servo-elasticity

Finite element

Streamtubes

Budgets

Résumé

Au vu du contexte environnemental actuel, il est nécessaire d’avoir une production énergétique diverse et efficace. Maximiser la production des parc éoliens en mer est donc une nécessité. La complexité majeure réside dans les interactions de sillages au sein du parc. Pour augmenter la production et la durée de vie, des stratégies visant à mettre en dérapage les éoliennes amonts sont intéressantes. Dans cette thèse les impacts du dérapage sur le sillage, les interactions ainsi que sur les déformations structurelles sont étudiés. L’aspect multiphysique de ce genre de scénario est étudié avec un couplage entre simulations aux grandes échelles pour l’écoulement et simulations servo-élastiques pour la structure et le contrôle. Des bilans d’énergie sont introduits afin de comprendre comment les perturbations générées dans le sillage évoluent. Une application à des éoliennes industrielles montre qu’une stratégie de dérapage peut augmenter la production tout en réduisant la fatigue.

Given the current environmental context, it is necessary to have diverse and efficient energy production. Maximizing the production of offshore wind farms is, therefore, a necessity. The significant complexity lies in the wake interactions within the wind farm. In order to increase the production and lifetime, strategies aiming at yawing upstream wind turbines are interesting. In this thesis, the impacts of yaw misalignment on the wake, the interactions and the structural deformations are studied. The multi-physical aspect of these scenarios is investigated with a coupling between large-eddy simulations for the flow and servo-elastic simulations for the structure and control. Energy budgets over the wake envelope are introduced to understand how the disturbances generated in the wake evolve. An application to industrial wind turbines shows that a yaw strategy can increase the overall production while reducing the induced fatigue.