pour faire tourner le rotor d’une turbine immergée . …...generation ltd. u.k. commentaires :...

1
1/17 Hammerfest Strøm : Prototype - Ø 12 m / 300 kW / Fibre de verre / 107 tonnes connecté réseau Octobre 2003 testé pendant 4 ans en Norvège Eoliennes à flux axial Eoliennes à flux transverse New Energy corporation Inc. : Prototype Ø 1, 52m testé (2007) HYDROLIENNES / ÉOLIENNES : une filiation OLIENNES : une filiation évidente vidente But : récupérer l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux pour faire tourner le rotor d’une turbine immergée. Hydroliennes à flux axial Hydroliennes à flux transverse E-126, 7 MW Enercon (All) 110m, 2MW Gaspésie 2/17 Soci Sociétales : tales : Les usagers Les usagers de la mer et de la mer et des fleuves des fleuves Economiques : Economiques : Nécessité d’investisseurs Modèle économique viable Environnementales: Environnementales: L’impact impact écologique cologique HYDROLIENNES / ÉOLIENNES : contraintes analogues OLIENNES : contraintes analogues 3/17 Pas de pollution acoustique & visuelle Prédictibilité Compacité Similitude en puissance : P = ½ρ S V3 Valeurs typiques : Eau: 2 m/s Air: 10 m/s Exemples de variation du coefficient de marée sur une année et de variation de vitesse du courant sur un cycle de marées HYDROLIENNES / ÉOLIENNES : avantages sp OLIENNES : avantages spécifiques cifiques 4/17 Maintien des Structures & Ancrages - Comment faire pour que les courants n’érodent pas les systèmes d’ancrage et ne balaient pas les structures de maintien des turbines? Tenue à la débâcle dans les fleuves. Vieillissement des structures - Comment réduire l’encrassage des pales et comment concevoir des matériaux avec une bonne tenue sous sollicitations cycliques ? Intégration électrique et connexion réseau - Longueur des câbles de liaison au réseau à réduire. Accessibilité - Comment effectuer la maintenance les réparations et les remplacements sans interventions risquées sous l’eau ? Installation - Est-ce que le système peut être rapidement et sûrement être installé avec le minimum de contraintes météo? HYDROLIENNES/ÉOLIENNES: inconv OLIENNES: inconvénients sp nients spécifiques cifiques… Pelamis 180m*4m 750 KW 5/17 Baie de Fundy (15m) Nouvelle ecosse Rareté de la ressource en Europe : Sites spécifiques… © MCT Potentiel du reste de l’Europe (Norvège, Grèce) 0,7 GW ~ 3 TWh Potentiel en Italie 0,5 GW ~ 2 TWh Estimation du potentiel hydrolien européen « théorique et réaliste » Hypothèse : facteur de charge ~ 31 à 58% (45% +/- 13%) d’après l’Université d’Oxford (2005) et Black&Veatch (2004-05) + 80% potentiel hydrolien européen Potentiel hydrolien en France ~2,5 à 3,5 GW 5 à 14 TWh Potentiel hydrolien au Royaume-Uni 5 à 6 GW 13 à 23 TWh Estuaire de la severn (8.6 GW) Baie de Fundy Nouvelle Ecosse Barrages, lagons, hydroliennes … 6/17 Les classes d’hydroliennes Turbines Turbines à flux transverse flux transverse ( axe vertical ou horizontal) Turbines Turbines à flux axial flux axial ( axe horizontal) Foisonnement de concepts : 5 en 2003 et… + 50 en 2008 !!! Convertisseurs Convertisseurs non fondés sur des turbines mus par la force de portance 7/17 Turbines Turbines à Flux Axial : Flux Axial : Quelques exemples Quelques exemples Projet : Constructeur : Pays : Projet : Constructeur : Pays : Projet : Constructeur : Pays : Projet : CYGNET Stage 1 Constructeur : Swan Turbines Pays : U.K. Commentaires : 3 pales à pas fixe / Contrôle du lacet / Génératrice à entraînement direct / Structure d’ancrage tripode. Projet : Free Flow System Constructeur : Verdant Power Pays : U.S.A. Commentaires : 3 pales à pas fixe / Auto orientable / Structure d’ancrage par monopieu. Projet : HS 1000 Constructeur : Hammerfest Strom Pays : Norvège Commentaires: 3 pales à pas contrôlables. Projet : ReDAPT Constructeur : Tidal Generation Ltd. Pays : U.K. Commentaires : Structure d’ancrage tripode. Une turbine par structure de maintien 8/17 Turbines Turbines à Flux Axial : Flux Axial : Quelques exemples Quelques exemples Plusieurs turbines par structure de maintien Projet : Morild Constructeur : Hydra Tidal Pays : Norvège Commentaires: Turbines jumelles contrarotatives à 3 pales à pas inversible / Structure de maintien flottante / Transport & maintenance facile /Navigation? Concept: Semi-Submersible Turbine Constructeur : Tidal Stream Pays : U.K. Commentaires: 2 pales à pas fixe / Structure de maintien combinant ancrage & hydroplaneurs. Concept : Neptune Constructeur : Aquamarine Power Pays : U.K. Commentaires: Couple de Turbines à 3 pales / Structure d’ancrage par monopieu / Navigation? Concept : Delta Stream Constructeur : Tidal energy Ltd. Pays : U.K. Commentaires: 3 pales / structure de maintien triangulaire et de type gravitaire. Semble stable et peu coûteuse. Projet : Scotrenewable Tidal Turbine Constructeur : Hydra Tidal Pays : UK Commentaires: 2 pales à pas fixe / Structure de maintien flottante / Transport & maintenance facile / Navigation? Concept : Tocardo Aqua Turbine Turbine Constructeur : Teamwork Technology Pays : Pays - bas & U.K. Commentaires : Retrofitting de systèmes existants (barrages; ponts). 2 pales à pas fixe / génératrice à entraînement direct Contrôle de l’immersion Exemple d’installation entre deux piles de pont 9/17 Prototype SEAFLOW - 2003 Première immersion Assemblage Turbines Turbines à Flux Axial : Flux Axial : Un pionnier Un pionnier 10/17 Grue-Barge « Rambiz » pour installer SeaGen Installation de Seagen en mai 2008 Puissance 1.2MW atteinte en début 2009 Turbines Turbines à Flux Axial : Flux Axial : Un pionnier Un pionnier 11/17 Turbines Turbines à Flux Transverse : Flux Transverse : Quelques exemples Quelques exemples Concept : Turbine Gorlov à pales hélicoïdales Constructeurs : - Lucid Energy Technology (U.S.) & GCK (U.S.) - Vigor Clean Tech (Canada) Commentaires : Les 3 entreprises ci dessus ont acheté le brevet de la turbine Gorlov. Projet : Turbine Achard à pales delta Constructeur : Consortium Pays : France Commentaires : Applications fluviales et marines / Colonnes Turbines verticales / Ancrage multipodes / Brevets G-INP&EDF Projet : Turbine Kobold Constructeur : Ponte Di Archimede Pays : Italie Commentaires : Applications marines / fluviales/ 3 pales / Echelle 1/5Turbine 20 kW, 6mx5m / non raccordé / 4 ancrages / Rendement total 20% Projet : Prototype TGU demonstration Constructeur : Ocean Renewable Power Company Pays : U.S. Commentaires : Conception modulaire/ Axe horizontal ! Un pionnier Un pionnier troit de Messine 2002 troit de Messine 2002 Rω UW θ θ = 0° θ = 0° θ = 0° θ = 0° θ = 90° θ = 90° θ = 90° θ = 90° Uθ = 180° θ = 180° θ = 180° θ = 180° θ = 270° θ = 270° θ = 270° θ = 270° θ = 315° θ = 315° θ = 315° θ = 315° θ = 135° θ = 135° θ = 135° θ = 135° θ = 45° θ = 45° θ = 45° θ = 45° ω UUUUUUURω Rω Rω Rω Rω Rω Rω W W W W W W W Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement Voilier ou planche Voilier ou planche àvoile voile… 12/17 Iron Sea Snail MORILD Convertisseurs Convertisseurs non fondés sur des turbines mus par la force de portance : 2 principales sous-classes Projet : BioSTREAM Constructeur : BioPower Systems Pays: Australie Projet : Stingray Constructeur : Engineering Business Ltd Pays : U.K. Projet : Pulse generator Constructeur : Pulse Tidal Pays : U.K. Hydroplaneurs oscillants Projet : Hydro Gen Constructeur : Aquafile Pays : France Commentaires : Faible gamme de puissance / Simple et robuste, peu couteux / Marché de niche. Projet : Floating Power ; Stations testées au Brésil Constructeur : Ecco Hydro Energy Ltd. Pays : Canada Roues à aubes ( mus par la force traînée ) 13/17 Des sous- classes de turbines mus par la force de portance : Intérêt des carénages Principe de fonctionnement : concentration du débit passant dans l’hydrolienne Limite de Betz : Limite maximale de la puissance récupérable : 3 V S 1/2 C = ρ ω η % 60 max = η S max = η S ' max = η S’ 14/17 Carénages de type «venturi» : symétrie amont-aval Projet : Constructeur : Pays : Projet : Constructeur : Pays : Projet : Constructeur : Pays : Projet : Marénergie Constructeur : Hydroélix Energies Pays : France Commentaires : Pales à pas fixe / Pas de contôle du lacet / Système relevable pour la maintenance / Simple et robuste. Projet : Open center turbine Constructeur : Open Hydro group Pays : Irlande Commentaires : Orifice au centre de la turbine/ Génératrice annulaire (RIM) / Choisi par EDF. Projet : Clean Current Constructeur : Clean Current Power Systems Ltd. Pays : Canada Commentaires : Génératrice annulaire (RIM) / Choisi par Alstom. Concept: Davis Hydro Turbine Projets : (i) Midrange Power System & (ii) Tidal fence Fabricant : Blue Energy Canada Pays : Canada Commentaires : (i) Turbines jummelles accrochées à une plateforme ancrée par des cables (fig. I) (ii) Collection de turbines encastrées dans un mur de béton barrant un estuaire (Dalupiri straits , Philippines) (fig. II) fig. I fig. II 15/17 Carénages de type «diffuseur»: une direction privilégiée Concept : Hydrokinetic Twin Turbines Constructeur : Underwater electric Kite Corporation Pays : USA Commentaires : Systèmes flottants/ Ancrage par câbles. Projet : Mississippi River Constructeur : Free Flow Power Corporation Pays : USA Commentaires : Turbines installées en grappe ou fixées sur des piles de pont. Carénages de type « diffuseur » Concept : Davidson-Hill Venturi Turbine Fabricant : Tidal Energy Pty Ltd. Pays : Australie Commentaires : Système fondé sur un brevet de diffuseur à lames verticales (Davidson A. & Hill C.) appelé improprement venturi. Concept : Tour d’hydroliennes Fabricant : Consortium Pays : France Commentaires : Bicolonnes contrarotatives Carenages + empennage Génératrice immergée Dégrilleur 16/17

Upload: others

Post on 15-Aug-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: pour faire tourner le rotor d’une turbine immergée . …...Generation Ltd. U.K. Commentaires : Structure d’ancrage tripode. Une turbine par structure de maintien 8/17 Turbines

������������������� ������������������������������ ��������

����������� �������������������� �

����������� � � �� �������� ���

����� ������ �������

1/17

Hammerfest Strøm :

• Prototype - Ø 12 m / 300 kW / Fibre de verre / 107 tonnes

•connecté réseau Octobre 2003

•testé pendant 4 ans en Norvège

Eoliennes à flux

axial

Eoliennes à

flux

transverse

New Energycorporation Inc. :

• Prototype Ø 1, 52mtesté (2007)

HYDROLIENNES / ÉÉOLIENNES : une filiation OLIENNES : une filiation éévidentevidente

But : récupérer l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux

pour faire tourner le rotor d’une turbine immergée.

Hydroliennes

à flux axial

Hydroliennes

à flux

transverse

E-126, 7 MW

Enercon (All)

110m, 2MW

Gaspésie

2/17

SociSociéétales :tales :Les usagers Les usagers de la mer et de la mer et des fleuvesdes fleuves

Economiques :Economiques :Nécessité d’investisseursModèle économique viable

Environnementales: Environnementales: LL’’impact impact éécologiquecologique

HYDROLIENNES / ÉÉOLIENNES : contraintes analoguesOLIENNES : contraintes analogues

3/17

Pas de

pollution

acoustique

& visuelle

Prédictibilité

Compacité

Similitude en

puissance :

P = ½ ρ S V3

Valeurs

typiques :

Eau: 2 m/s

Air: 10 m/s

Exemples de variation du coefficient de marée sur une année et de variation de vitesse du courant sur un cycle de marées

HYDROLIENNES / ÉÉOLIENNES : avantages spOLIENNES : avantages spéécifiquescifiques

4/17

�Maintien des Structures & Ancrages - Comment faire pour que les

courants n’érodent pas les systèmes d’ancrage et ne balaient pas les

structures de maintien des turbines? Tenue à la débâcle dans les

fleuves.

�Vieillissement des structures - Comment réduire l’encrassage des

pales et comment concevoir des matériaux avec une bonne tenue

sous sollicitations cycliques ?

�Intégration électrique et connexion réseau - Longueur des câbles de

liaison au réseau à réduire.

�Accessibilité - Comment effectuer la maintenance les réparations et

les remplacements sans interventions risquées sous l’eau ?

�Installation - Est-ce que le système peut être rapidement et

sûrement être installé avec le minimum de contraintes météo?

HYDROLIENNES/ÉÉOLIENNES: inconvOLIENNES: inconvéénients spnients spéécifiquescifiques……

Pelamis 180m*4m

750 KW

5/17

Baie de Fundy (15m)

Nouvelle ecosse

Rareté de la ressource en Europe : Sites spécifiques…

© MCT

Potentiel du

reste de l’Europe

(Norvège, Grèce)

0,7 GW~ 3 TWh

Potentiel

en Italie

0,5 GW~ 2 TWh

Estimation du potentiel hydrolien

européen « théorique et réaliste »Hypothèse : facteur de charge ~ 31 à 58%

(45% +/- 13%)d’après l’Université d’Oxford (2005) et Black&Veatch (2004-05)

+ 80% potentiel hydrolien européen

Potentiel hydrolien

en France

~2,5 à 3,5 GW5 à 14 TWh

Potentiel hydrolien

au Royaume-Uni

5 à 6 GW 13 à 23 TWh

Estuaire de la severn (8.6 GW)

Baie de Fundy

Nouvelle Ecosse

Barrages, lagons, hydroliennes …

6/17

Les classes d’hydroliennes

Turbines Turbines àà flux transverseflux transverse( axe vertical ou horizontal)

Turbines Turbines àà flux axialflux axial( axe horizontal)

Foisonnement de concepts : 5 en 2003 et… + 50 en 2008 !!!

ConvertisseursConvertisseursnon fondés sur des turbines mus par la force de portance

7/17

Turbines Turbines àà Flux Axial : Flux Axial : Quelques exemplesQuelques exemples

Projet :Constructeur :Pays :

Projet :Constructeur :Pays :

Projet :Constructeur :Pays :

Projet : CYGNET Stage 1 Constructeur : Swan TurbinesPays : U.K.Commentaires : 3 pales à pas fixe / Contrôle du lacet / Génératrice à entraînement direct / Structure d’ancrage tripode.

Projet : Free Flow SystemConstructeur : Verdant PowerPays : U.S.A.Commentaires : 3 pales à pas fixe / Auto orientable / Structure d’ancrage par monopieu.

Projet : HS 1000Constructeur : Hammerfest StromPays : NorvègeCommentaires: 3 pales à pas contrôlables.

Projet : ReDAPTConstructeur : Tidal Generation Ltd.Pays : U.K.Commentaires : Structure

d’ancrage tripode.

Une turbine par structure de maintien

8/17

Turbines Turbines àà Flux Axial : Flux Axial : Quelques exemplesQuelques exemples

Plusieurs turbines par structure de maintien

Projet : MorildConstructeur : Hydra TidalPays : NorvègeCommentaires: Turbines jumelles contrarotatives à 3 pales à pas inversible / Structure de maintien flottante / Transport & maintenance facile /Navigation?

Concept: Semi-Submersible Turbine Constructeur : Tidal StreamPays : U.K.Commentaires: 2 pales à pas fixe / Structure de maintien combinant ancrage & hydroplaneurs.

Concept : NeptuneConstructeur : AquamarinePowerPays : U.K.Commentaires: Couple de Turbines à 3 pales / Structure d’ancrage par monopieu / Navigation?

Concept : Delta StreamConstructeur : Tidal energy Ltd.Pays : U.K.Commentaires: 3 pales / structure de maintien triangulaire et de type gravitaire. Semble stable et peu coûteuse.

Projet : Scotrenewable Tidal Turbine Constructeur : Hydra TidalPays : UKCommentaires: 2 pales à pas fixe / Structure de maintien flottante / Transport & maintenance facile / Navigation?

Concept : Tocardo AquaTurbine Turbine Constructeur : TeamworkTechnologyPays : Pays - bas & U.K.Commentaires : Retrofitting de systèmes existants (barrages; ponts).

2 pales à pas fixe / génératriceà entraînement

direct

Contrôle de l’immersion

Exemple d’installationentre deux

piles de pont

9/17

Prototype SEAFLOW - 2003

Première immersion

Assemblage

Turbines Turbines àà Flux Axial : Flux Axial : Un pionnierUn pionnier

10/17

Grue-Barge « Rambiz »pour installer SeaGen

Installation de Seagen en mai 2008

Puissance 1.2MW atteinte en début 2009

Turbines Turbines àà Flux Axial : Flux Axial : Un pionnierUn pionnier

11/17

Turbines Turbines àà Flux Transverse : Flux Transverse : Quelques exemplesQuelques exemples

Concept : Turbine Gorlov à pales hélicoïdales

Constructeurs : - Lucid Energy Technology (U.S.) & GCK (U.S.) - Vigor Clean Tech (Canada)

Commentaires : Les 3 entreprises ci dessus ont acheté le brevet de la turbine Gorlov.

Projet : Turbine Achard à pales delta

Constructeur : ConsortiumPays : FranceCommentaires : Applications

fluviales et marines / Colonnes Turbines verticales / Ancrage multipodes / Brevets G-INP&EDF

Projet : Turbine KoboldConstructeur : Ponte Di ArchimedePays : ItalieCommentaires : Applications marines / fluviales/ 3 pales / Echelle 1/5Turbine 20 kW, 6mx5m / non raccordé / 4 ancrages / Rendement total 20%

Projet : Prototype TGU demonstrationConstructeur : OceanRenewable Power CompanyPays : U.S.Commentaires : Conception modulaire/ Axe horizontal !

Un pionnierUn pionnierDDéétroit de Messine 2002troit de Messine 2002

αααα

αααα

αααα

αααα

αααα

Rωωωω U∞∞∞∞

W

αααα=0°=0°=0°=0°

α=180°α=180°α=180°α=180°

αααα

θθθθ

θ = 0°θ = 0°θ = 0°θ = 0°

θ = 90°θ = 90°θ = 90°θ = 90° U∞∞∞∞

θ = 180°θ = 180°θ = 180°θ = 180°

θ = 270°θ = 270°θ = 270°θ = 270°

θ = 315°θ = 315°θ = 315°θ = 315°

θ = 225°θ = 225°θ = 225°θ = 225° θ = 135°θ = 135°θ = 135°θ = 135°

θ = 45°θ = 45°θ = 45°θ = 45°

ωωωω

+-

+ -

+-

+

-

+-

+ -

+-

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

U∞∞∞∞

Rωωωω

Rωωωω

Rωωωω

Rωωωω

Rωωωω

Rωωωω

Rωωωω

W

W

W

W

W

W

W

Principe de fonctionnementPrincipe de fonctionnementVoilier ou planche Voilier ou planche àà voilevoile……

12/17

Iron Sea Snail

MORILD

Convertisseurs Convertisseurs non fondés sur des turbines mus par la force de portance : 2 principales sous-classes

Projet : BioSTREAMConstructeur : BioPower Systems Pays: Australie

Projet : StingrayConstructeur : Engineering Business LtdPays : U.K. Projet : Pulse generator

Constructeur : Pulse TidalPays : U.K.

Hydroplaneurs oscillants

Projet : Hydro GenConstructeur : AquafilePays : FranceCommentaires : Faible

gamme de puissance / Simple et robuste, peu couteux / Marché de niche.

Projet : Floating Power ; Stations testées au BrésilConstructeur : Ecco Hydro Energy Ltd.Pays : Canada

Roues à aubes ( mus par la force traînée )

13/17Des sous- classes de turbines mus par la force de portance : Intérêt des carénages

Principe de fonctionnement : concentration du débit

passant dans l’hydrolienne

Limite de Betz : Limite maximale de la puissance récupérable :

3V S 1/2

C

ωη

%60max

=ηS

max

=ηS

'max

S’

14/17

CCarénages de type «venturi» : symétrie amont-aval

Projet :Constructeur :Pays :

Projet :Constructeur :Pays :

Projet :Constructeur :Pays :

Projet : MarénergieConstructeur : Hydroélix Energies Pays : FranceCommentaires : Pales à pas fixe / Pas de

contôle du lacet / Système relevable pour la maintenance / Simple et robuste.

Projet : Open center turbineConstructeur : Open Hydro groupPays : IrlandeCommentaires : Orifice au centre de la turbine/ Génératrice annulaire (RIM) / Choisi par EDF.

Projet : Clean CurrentConstructeur : Clean Current Power Systems Ltd.Pays : CanadaCommentaires : Génératrice annulaire (RIM) / Choisi par Alstom.

Concept: Davis Hydro TurbineProjets : (i) Midrange Power System & (ii) Tidal fenceFabricant : Blue Energy CanadaPays : CanadaCommentaires : (i) Turbines jummelles

accrochées à une plateforme ancrée par des cables (fig. I) (ii) Collection de turbines encastrées dans un mur de béton barrant un estuaire (Dalupiri straits , Philippines) (fig. II)

fig. I fig. II

15/17

CCarénages de type «diffuseur»: une direction privilégiée

Concept : Hydrokinetic Twin TurbinesConstructeur : Underwater electric Kite Corporation Pays : USACommentaires : Systèmes flottants/ Ancrage par câbles.

Projet : Mississippi RiverConstructeur : Free Flow Power CorporationPays : USACommentaires : Turbines installées en grappe ou fixées sur

des piles de pont.

Carénages de type « diffuseur »

Concept : Davidson-Hill Venturi Turbine Fabricant : Tidal Energy Pty Ltd.Pays : AustralieCommentaires : Système fondé sur un brevet de diffuseur à lames verticales

(Davidson A. & Hill C.) appelé improprement venturi.

Concept : Tour d’hydroliennes Fabricant : ConsortiumPays : FranceCommentaires : Bicolonnes contrarotativesCarenages + empennageGénératrice immergée Dégrilleur

16/17