Terminé

SeaFD | Calculs réalistes de la charge du vent au moyen d’outils CFD pour les éoliennes en mer

Région:

Flandre

Contexte du projet

Le projet SeaFD s’inscrit dans le cadre du programme SIM intitulé Material Durability for Off-Shore (MaDurOS). Dans le cadre de ce programme, le projet MaSiWEC visait à s’attaquer à un phénomène qui frappe l’industrie éolienne, à savoir la dégradation des matériaux constitutifs des paliers de l’arbre d’entraînement. Ce projet a révélé que les conditions météorologiques extrêmes étaient à l’origine de la réduction de la durée de vie des paliers.

Objectifs

Objectif du projet SeaFD : développer un nouveau modèle météorologique à haute résolution afin de prévoir les cisaillements de vent violents et les changements rapides de direction du vent dans les parcs éoliens en mer, susceptibles de provoquer des défaillances affectant les paliers dont les éoliennes sont équipées. Le projet SeaFD vise à prolonger la durée de vie des éoliennes en mer en procédant comme suit :

Identification des systèmes météorologiques entraînant la dégradation des matériaux constitutifs des paliers de l’arbre d’entraînement du groupe générateur. Les données historiques relatives aux vents et vagues, relevées à proximité du parc éolien Norther seront analysées et mises en corrélation avec le couple du rotor, la flexion du rotor et les contraintes auxquelles sont soumis les paliers de l’éolienne MaSiWEC, dans le but de cataloguer les événements météorologiques qui frappent le secteur de l’énergie éolienne en mer.
Création d’un modèle météorologique à haute résolution adapté aux parcs éoliens installés en mer du Nord. Dans le souci d’améliorer la compréhension des phénomènes météorologiques extrêmes et de leur interaction avec les parcs éoliens, divers ensembles de données météorologiques historiques mondiales émanant du CEPMMT et du NCAR se verront couplés avec la modélisation de prévisions météorologiques à une échelle moyenne (WRF) ainsi qu’avec la simulation des grandes turbulences (LES), afin de calculer les champs de vent à l’approche d’éoliennes, et à leur échelle. Les éoliennes seront modélisées comme autant de lignes d’actionneurs afin d’inclure les effets de sillage des éoliennes et de simuler la charge exercée par le vent sur chacune d’entre elles.
Validation du nouveau modèle météorologique par le biais de l’exécution de mesures au sein du parc éolien Norther. Plusieurs événements météorologiques seront sélectionnés par le groupe de pilotage, recalculés par le nouveau modèle météorologique et comparés aux données relatives au vent relevées sur le terrain.
Prévision de la charge des éoliennes en temps réel, en recourant à un modèle d’ordre inférieur pour l’exploitation des parcs éoliens. Le modèle météorologique, diverses simulations CFD RANS, des données SCADA 1, LIDAR et transmises par des bouées houlographes contribueront à l’élaboration d’une modélisation d’ordre réduit en vue de la prédiction des champs de vent et de la charge des éoliennes pour chacune d’entre elles en recourant à une approche privilégiant l’apprentissage automatique. L’outil qui en résultera aura vocation à être affecté à l’exploitation d’un parc éolien.

Utilisation / Impact potentiel

Le nouveau modèle météorologique développé dans le cadre du projet SeaFD est unique parce qu’il permettra de prédire, avec 36 heures d’avance, les conditions météorologiques auxquelles chaque rotor d’éolienne du parc considéré sera soumis. L’amélioration de la résolution des prévisions météorologiques opérationnelles, auxquelles se livre par exemple le KMI, est due à la mise à contribution d’outils CFD qui participent déjà, dans le domaine du génie éolien, à la conception de ponts ou d’immeubles de grande hauteur et dans celui de l’ingénierie de la sécurité, à la prévision de la propagation d’incendies de forêt et autres nuages toxiques.

Les types d’utilisation qui suivent sont envisageables et susceptibles d’être développés dans le cadre de trajectoires de suivi spécifiques, avec le concours des exploitants de parcs éoliens, fabricants d’éoliennes et développeurs de logiciels :

Production d’énergie par les futurs parcs éoliens sur la base de données météorologiques de réanalyse provenant du CEPMMT ou du NCAR, ces données se rapportant à n’importe quelle année à partir de 1948 pour le NCAR et à la période comprise entre 1979 et 2023 pour l'ensemble des données émanant du CEPMMT.
Analyse du risque de défaillance des paliers montés sur les éoliennes des futurs parcs éoliens, sur la base d’une réanalyse des données météorologiques relevées entre 1948 et la date d’aujourd'hui.
Prévisions météorologiques en temps réel pour chaque éolienne ainsi que de la charge de vent à laquelle chaque éolienne installée dans n’importe quel parc éolien sera soumise, avec un jour et demi d’avance. Le niveau de détail obtenu dans ces prévisions dépend des progrès réalisés dans le cadre du projet actuel SeaFD, qui consiste à coupler les simulations de grandes turbulences aux prévisions météorologiques globales mises à disposition par le NCAR.

Références

Projet SIM SBO dans le cadre du programme Material Durability for Off-Shore (MaDurOS)
Date de lancement : 1er avril 2020, Durée : 48 mois
Budget total : 1.639.204 €