Modélisation expérimentale d'une éolienne flottante par une approche "sofware-in-the-loop".

Experimental modelling of a floating wind turbine using a « software-in-the-loop » approach

• Auteur / Autrice : Vincent Arnal
• Direction : Sandrine Aubrun-Sanches, Félicien Bonnefoy, Jean-Christophe Gilloteaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Franck Plestan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Aubrun-Sanches, Félicien Bonnefoy, Jean-Christophe Gilloteaux, Franck Plestan, Erin Elizabeth Bachynski, Olivier Kimmoun, Marco Belloli, Alan Tassin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erin Elizabeth Bachynski, Olivier Kimmoun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures offshore

Rotors

Analyse numérique

Énergie éolienne en mer

Mots clés libres

Eolien flottant

Modélisation

Numérique

Expérimental

Approche hybride temps-réel

Aérodynamique du rotor

Floating wind turbine

Modelling

Numerical

Experimental

Real-time hybrid method

Rotor aerodynamics

Résumé

Les outils de calcul actuels pour la modélisation numérique multi-physique (vent, vagues, courant, etc.) d’une éolienne flottante ont besoin de validations par des campagnes expérimentales. L’objectif de ce travail est le développement et la validation d’un dispositif expérimental dédié aux essais en bassin à houle d’une éolienne flottante, en se concentrant sur la représentation des efforts du vent. Pour cela, une approche hybride combinant modélisations physique et numérique est développée, appelée “software-in-the-loop” (SIL). Le développement des différentes briques composant un système SIL inclut (i) la sélection et le développement du modèle numérique (ii) le dimensionnement du système de reproduction des efforts (actionneurs) et (iii) la définition de l’environnement temps-réel pour l’intégration du modèle numérique, le contrôle des actionneurs, et l’acquisition des grandeurs mesurables. Pour caractériser et identifier les performances du système SIL, des méthodologies dédiées sont développées. Des bancs d’essais spécifiques sont construits, et des essais en bassin d’une éolienne flottante sont réalisés. Ces essais en bassins sont ensuite comparés à des simulations couplées aéro-hydro-servo structure pour investiguer les hypothèses du modèle d’efforts hydrodynamiques.

Actual calculation tools for the multi physical numerical modeling (wind, waves, current, etc.) of a floating wind turbine need validation through experimental campaigns. The objective of this work is the development and validation of an experimental apparatus dedicated to floating wind turbines wave tank testing, focusing on the representation of wind turbine forces. A hybrid approach combining physical and numerical modeling is developed, called “software-in-the-loop” (SIL). The development of the different subsystems of an SIL system includes (i) the selection and development of the numerical model (ii) the design of the force reproduction system (actuators) and (iii) the definition of the real time environment for the integration of the numerical model, the control of actuators, and the data acquisition. To characterize and identify the performances of the SIL system, dedicated methodologies are developed. Specific test benches are built, and wave tank tests of a floating wind turbine are carried out. These wave tank tests are then compared to coupled aero-hydro-servo structure simulations to investigate the hypotheses of the hydrodynamic force model.