France – 13/01/2017 – energiesdelamer.eu. La thèse qui a été soutenue le mardi 13/09/2016 dernier par Sébastien Olaya s’inscrit dans le cadre du 12ème FUI dont le projet houlomoteur « EM BILBOQUET » avait été l’un des lauréat. Elle est en ligne. Le système développé dans BILBOQUET est conçu pour une puissance installée unitaire de 9.6 MW.
Le système développé dans BILBOQUET est conçu pour une puissance installée unitaire de 9.6 MW, mais on peut adapter sa puissance selon le site choisi. Une campagne d’essais en bassin sur une maquette a permis de caractériser son comportement hydrodynamique et de valider les modèles de simulations. La modélisation de la production électrique, ainsi que les études d’optimisations du pilotage du Bilboquet permettront ultérieurement de caractériser la production électrique sur différents sites déterminés. Une simulation du rendement pour une ferme de Bilboquets sera également réalisée en vue d’une future exploitation de ce système houlomoteur innovant.
La thèse
Sébastien Olaya s’est intéressé au contrôle optimal à appliquer sur la génératrice via les convertisseurs statiques, afin d’extraire le maximum d’énergie de la houle incidente. Dans un premier temps, il a établi les équations dynamiques régissant le comportement de la structure dans la houle en adoptant les hypothèses de la théorie potentielle. Pour se faire, il a développé avec ses co-encadrant et partenaires, un code de calcul spécifique, basé sur une résolution du problème linéaire de tenue à la mer, par des méthodes dites semi-analytiques.
Ce code de calcul permet de déterminer les coefficients hydrodynamiques nécessaires à l’écriture de l’équation dynamique dans le domaine fréquentiel, mais aussi dans le domaine temporel via une modification de la formulation de Cummins. Cette dernière nous permet ainsi, dans un second temps, de formuler le problème de maximisation de l’énergie récupérée comme un problème d’optimisation où la variable à optimiser est le couple résistant de la génératrice. Le problème est résolu en temps réel en adoptant une résolution par algorithme dit à horizon fuyant.
A télécharger sur HAL https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01407383v2/document
Les membres du jury étaient
Tarek AHMED-ALI, Professeur, Université de Caen Basse-Normandie / rapporteur
Alain CLEMENT, Ingénieur de Recherche – HDR, Ecole Centrale de Nantes / rapporteur
Guy CLERC, Professeur, Université Lyon I / examinateur
Bernard MOLIN, Professeur Associé – HDR, Ecole Centrale de Marseille / examinateur
John RINGWOOD, Professor, Maynooth University, Ireland / examinateur
Marc LE BOULLUEC, Ingénieur, IFREMER, Centre de Brest / invité
Jean-Matthieu BOURGEOT, Maître de Conférence, ENI Brest / co-encadrant
Mohamed BENBOUZID, Professeur, Université de Bretagne Occidentale / directeur de thèse
Les Mots clés de la thèse :
Houlogénérateur, théorie potentielle, contrôle optimal, commande prédictive, optimisation.
Abstract
In this thesis, we perform a study on a self-reacting point absorber, project FUI 12 “EM BILBOQUET”, in order to optimise energy extraction from incoming waves. Main researches use seabed for providing reference to a floating body, called buoy. However, as it is well-known that ocean energy is greater far away from the shore, sea-depth becomes a constraint. In this thesis a damping plate attached to a spar keel is proposed to allow the floating body to react against it. Energy resulting from the relative motion between the two concentric bodies i.e. the buoy and the spar is harnessed by a rack-and-pinion, which drive a permanent magnet synchronous generator through a gearbox. In the first part of the thesis we have developed a wave-to-wire model i.e. a model of the whole electro-mechanical chain from sea to grid. To this purpose we have developed our own hydrodynamic code, based on linear potential theory and on a semianalytical approach, solving the seakeeping problem. The hydrodynamic coefficients obtained such as added mass, radiation damping, and wave excitation forces are required for solving the dynamic equation based on Cummins formulation. The second part of the thesis focuses on the self-reacting point-absorber optimal control strategy and the Model Predictive Control (MPC) formulation is proposed. Objective function attempting to optimise the power generation is directly formulated as an absorbed power maximisation problem and thus no optimal references, such as buoy and/or spar velocity, are required. However, rather than using the full-order WEC model in the optimisation problem, that can be time-consuming due to its high order, and also because of the linear assumptions, we propose the use of a “phenomenologically » one-body equivalent model derived from the Thévenin’s theorem. Keywords : wave energy converter, self-reacting point absorber, seakeeping problem, model predictive control, optimal control
Une partie du travail présenté dans ce mémoire a fait l’objet de communications dont les trois dernières sont listées ci-dessous :
Revues Internationales :
[1] S. Olaya, J.M. Bourgeot and M.E.H. Benbouzid, “Hydrodynamic coefficient computation for a partially submerged wave energy converter,” IEEE.Journal.of.Oceanic.Engineering, vol. 40, n°3, pp. 522-535, July 2015.
Conférences Internationales :
[1] S. Olaya, J.M. Bourgeot and M.E.H. Benbouzid, “On the generator constraint design of a wave energy converter at a pre-sizing stage,” in Proceedings of the 2015. EWTEC, Nantes (France), pp. 1-9, Paper 10B3-3-1, September 2015
[2] S. Olaya, J.M. Bourgeot and M.E.H. Benbouzid, “Optimal control for a self-reacting point absorber: A one- body equivalent model approach,” in Proceedings of the 2014.IEEE.PEAC, Shanghai (China), pp. 332-337, November 2014. Best Paper Award
Point de repère
BILBOQUET a été colabellisé par les pôles de compétitivité Pôles Mer Bretagne et Méditerranée et Tenerrdis. Il consiste en la réalisation d’un nouveau système de génération d’électricité issue du mouvement relatif entre deux corps flottants, mus par la houle.
Le Système Bilboquet est constitué d’un flotteur guidé qui se déplace par la force de la houle le long d’une colonne flottante et ancrée. Le flotteur est équipé de crémaillères qui actionnent les pignons et entraînent des génératrices situées dans une nacelle, à la partie supérieure de la colonne. La colonne est équipée à sa partie inférieure d’une embase lestée permettant un amortissement hydrodynamique vertical et d’un ancrage qui contribue à sa grande stabilité. Le Bilboquet est donc un ensemble robuste et performant qui peut être ancré dans des profondeurs d’eau variées, s’adaptant ainsi aux différentes contraintes environnementales (houle, bathymétrie, marées). L’ancrage est adapté et permet la construction de fermes houlomotrices pour la production d’électricité.
Le porteur du projet est D2M à Six-Fours, les partenaires industriels sont CERVVAL, ADENEO, OCEANIDE, BV, JEUMONT et les partenaires scientifiques sont IFREMER, ENIB, AMPERE.
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