Couplages aéro-hydrodynamiques pour l'étude de la tenue à la mer des éoliennes offshore flottantes

Aero-hydrodynamic coupling in sea-keeping analysis of offshore floating wind turbines

• Auteur / Autrice : Maxime Philippe
• Direction : Pierre Ferrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et transferts
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie hydraulique

Énergie éolienne en mer

Mots clés libres

Morison

Résumé

Ce travail porte sur l’étude numérique du comportement des éoliennes flottantes sous l’action simultanée de la houle et du vent. Nous avons développé un modèle d’efforts hydrodynamiques en domaine temporel pour le code de simulation d’éolienne FAST, en intégrant des modèles potentiels de tenue à la mer développés au LHEEA. L’approche suivie est basée sur la théorie linéaire des écoulements potentiels `a surface libre pour les corps de grandes dimensions, et sur la formule de Morison pour les corps fins. Les efforts de Froude-Krylov peuvent être calculés sur la surface mouillée moyenne ou instantanée. La houle incidente peut être modélisée par la houle linéaire d’Airy ou par le modèle potentiel de propagation de houle non linéaire HOS développé au LHEEA. Parallèlement, nous nous sommes intéressés `a la modélisation des mouvements de solide rigide du système par une approche linéaire en domaine fréquentiel. Les résultats de ces modèles numériques ont ensuite été comparés entre eux afin de vérifier leur concordance. Les résultats du modèle temporel ont également été comparés aux résultats d’essais en bassin. Les modèles numériques ont ensuite été utilisés afin d’étudier les effets de la modélisation des efforts hydrodynamiques, ainsi que les effets des non linéarités et de la directionnalité de la houle incidente.

This work deals with numerical study of the dynamic of floating wind turbines under simultaneous wind and wave loads. We developed a time domain hydrodynamic load model for the FAST wind turbine simulation code, by incorporating potential sea-keeping models developed at LHEEA Lab. The approach is based on the linear potential flow theory for large body and on Morison equation for slender body. The Froude-Krylov loads can be calculated on the mean or instantaneous wetted surface. The incident wave can be modelled by linear Airy wave or by non linear HOS model developed at LHEEA Lab. In parallel, we looked at the modelling of the system rigid body motions with a linear frequency domain approach. The results of these numerical models were then compared to check their consistency. The numerical results were also compared to water tank test results. The numerical models were then used to study the effects of hydrodynamic load modelling and the effects of incident wave non linearity and directionality.