Centrale houlomotrice WaveNRG

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1 Centrale houlomotrice WaveNRG Fonctionnement du système. FIGURE 1 : Prototype d'essai. La photo ci-dessus, montre un prototype à l'échelle 1:5, qui a été utilisé lors des tests effectués dans un canal à houle dans le Centre de Techniques Navals (CTO) à Gdansk. La forme de la coque, son arrimage, ainsi que la mise en mouvement pendulaire du flotteur est inspirée de l'ancien brevet «Salter Duck». Notre prototype, qui a fait l'objet d'un brevet, innove avec l ajout d une colonne, fixée rigidement à la coque du flotteur, et au bout de cette colonne une turbine. Sous l'effet des vagues, le flotteur et sa colonne est mis en mouvement pendulaire. En arrimant rigidement l'axe de rotation pendulaire du flotteur, on récupère en grand partie l'énergie cinétique, mais également une bonne partie de l'énergie potentielle (verticale) des vagues. Grâce à une colonne de longueur suffisante, on peut obtenir des vitesses de déplacement de la turbine sous l'eau supérieures à 2 m/s. Une turbine travaillant avec ces vitesses d'écoulement, commence à générer un couple suffisamment significatif pour entraîner un générateur et donc produire de l'électricité. - 1/12 -

2 FIGURE 2 : Réalisation des tests dans un canal à houle. Notre invention est donc une solution unique parmi des milliers de brevets, qui permette de produire de l'énergie électrique à partir d'une turbine entraînant directement un générateur. Le caractère innovant de cette solution réside dans la simplicité de la chaîne de transformation de l'énergie : turbine, arbre de transmission, générateur. On peut dire que c'est le principe le plus simple qui est utilisé dans tous les appareils qui produisent de l'énergie électrique. En effet, toutes les solutions concurrentes qui voulaient générer de l'énergie électrique à partir de la rotation d'une turbine ont échouée car elles utilisaient les mouvement verticaux d'un flotteur. Or, contrairement au mouvement pendulaire de notre système, les déplacements verticaux d'un flotteur sont très lent et le couple engendré sur la turbine est donc quasiment nul. Résultats des travaux de recherches. Les travaux de recherche que nous avons mené au Centre de Techniques Navals (CTO) de Gdansk (Pologne) en 2012 avait pour objectif de confirmer par l'expérience l'efficience de notre système et de simuler les performance énergétique d'un modèle de «série». Ces travaux ce sont déroulés en trois phases : Première phase : Conduite d'essais à partir d'un prototype à l'échelle 1/5 dans un canal à houle. Le prototype été arrimé par un câble de chaque coté du flotteur. - 2/12 -

3 Sous l'action des vagues, le flotteur s'est mis en mouvement entraînant avec lui l'ensemble de la chaîne de transformation de l'énergie ce qui à permis de générer un courant électrique. Seconde phase : Développement d'un logiciel de simulation numérique. Étant donné le caractère innovant de notre système, nous ne disposions pas sur le marché, de logiciels permettant de simuler le comportement de notre prototype. A partir des essais réaliser dans le canal à houle, l'université de Technologie de Gdansk en Pologne a donc développé un modèle de calcul spécifique permettant de modéliser le comportement de notre système. Troisième phase : Simulation en condition réelle (hypothèse retenue : mer Baltique avec un coefficient de marée < 0,05m) et calcul de l influence des différents paramètres de configurations, tels que : le nombre des pâles, leurs distance par rapport à l'axe de rotation, l influence du moment d'inertie du système et l influence des différentes modes d'arrimage. Au vu des résultats obtenus, le paramètre ayant le plus influent sur la quantité d'énergie électrique produite par le système, est son mode d'arrimage. En effet, plus l'axe du mouvement pendulaire du flotteur est fixe, plus on récupère de l'énergie. En d'autres termes, si le flotteur ne recule pas sous l'arrivé d'une vague, il récupère plus d'énergie cinétique et, s'il ne se soulève pas vers le haut, il récupère plus d'énergie potentielle des vagues. Ci-dessous (cf. figure 5 ; 6; 7) sont montrés les résultats de calculs de deux configurations d'arrimage : Série 1 : deux câbles d'arrimage de chaque coté du flotteur. (cf. figure 3) Série 2 : des câbles d'arrimage en étoile. (cf. figure 4) FIGURE 3 deux câbles d'arrimage de chaque coté du flotteur - 3/12 -

4 FIGURE 4 - câbles d'arrimage en étoile. Parmi les différents angles d'arrimage avec deux câbles, les angles 1=15 ; 2=45 donnent les meilleurs résultats. Pour la solution d'arrimage en étoile, le flotteur peut tourner autour de son axe vertical, en ce positionnant automatiquement en face à l'arrivée des vagues. Les deux configurations sont calculées pour des vagues de 2 m de hauteur et pour un flotteur de 10 m de longueur, face aux vagues. FIGURE 5 : Résultats de simulations. Couple sur la turbine Q = f(omega) - 4/12 -

5 FIGURE 6 : Résultats de simulations. Vitesse de rotation de la turbine n = f(omega) FIGURE 7 : Résultats de simulations. Puissance générée P = f(omega) Ces premiers résultats sont très encourageants. La puissance d'une vague de 2 m de hauteur est d'environ de 13 kw par mètre de crête donc une vague qui arrive sur un flotteur de 10 m de long comporte une puissance théorique de 130 kw. Dans la configuration d'arrimage en étoile, la puissance générée sur la turbine par notre système est 17 kw, ce qui donne un rendement final de 13%. - 5/12 -

6 La comparaison de ces résultats avec les résultats obtenus par le système PELAMIS P1, pour des vagues de 2m de hauteur : Système Nombre d'appareils Longueur flotteur (m) Masse totale Énergie (T) produite (kw) Rendement (%) PELAMIS P * 10 WAVENRG WAVENRG * - Données OCEAN POWER DELIVERY LTD (OPDLtd.pdf) A masse égale avec le prototype PELAMIS P1, WaveNRG produit presque 3 fois plus d'énergie. Les perspectives 1. Amélioration du rendement (études en cours) : Nous estimons qu'il existe encore une large marge d améliorations du système (notamment via d autres principes d arrimage ainsi qu'une amélioration des rendements de la turbine) qui devraient permettre d'obtenir des coûts de production d'énergie électrique en dessous de 0.10 /kwh (amortissement du système inclus). On pourra citer par exemple : L'optimisation du principe d'arrimage du flotteur afin de limiter les déplacements horizontaux et verticaux du système sous l'action des vagues La modification du système d'arrimage pour récupérer d'avantage la composante potentielle (verticale) d'énergie des vagues (cf. figure 8). 2. Adaptation des solutions d arrimage à l environnement marin et installation en réseau : Arrimage pour une installation du système sur l océan Atlantique, où les coefficients de marrée sont plus fort ; Installation en réseau ou en centrale et mutualisation avec d autres source d énergie renouvelable ; Couplage avec des plate-formes marines utilisées par exemple pour la protection du littoral contre l'érosion (cf. figure 9). - 6/12 -

7 FIGURE 8 : Système d'arrimage pour récupérer d'avantage la composante potentielle (verticale) d'énergie des vagues. FIGURE 9 : Système d'arrimage pour la protection du littoral contre l'érosion. 3. Création des réserves marines protégées. La mise en place de fermes de centrales houlomotrices permet également de créer des aires marines protégées, pour le développement de différentes espèces sédentaires. Ainsi, la faune marine présente actuellement peut se reproduire à l'abri des zones de pêche. Les ancrages en béton des flotteurs possèdent l'avantage de créer des niches de différentes tailles pouvant être le foyer de ces espèces marines. Ainsi, outre la production d'énergie à partir de la force des vagues, l'installation de ces fermes revêt une dimension écologique non négligeable." - 7/12 -

8 FIGURE 10: Ferme énergétique Notre système est parfaitement adapté pour pouvoir constituer une plate-forme énergétique avec des éoliennes flottantes (verticales et horizontales). Les avantages d'une telle configuration sont les suivants: L efficacité de la récupération d'énergie des vagues est augmentée. L'axe de pivotement pendulaire du flotteur, étant accroché sur une grande structure flottante ayant une grande inertie, empêche son recul sous la force des vagues. L'utilisation d'un même câble sous-marin de grande puissance pour acheminer l'électricité produite sur la côte. L'augmentation de la quantité d'électricité produite sur une surface donnée pour une ferme en mer. Lorsque le vent ne souffle plus, les flotteurs vont produire 20-50% d'électricité de la production globale de la ferme pendant quelques jours. Ceci facilite la gestion d'un réseau énergétique, donnant par exemple le temps pour mettre en marche des centrales électriques à gaz. - 8/12 -

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10 Ferme pilote du système WaveNRG Nous avons pris contact avec la holding SANTA FE INTERNATIONAL RESORTS qui prépare la construction d'un complexe hôtelier sur l île de SANTIAGO au Cap Vert ( Ils sont intéressés par une installation d'une ferme pilote sur leur site, pour une puissance d'environ de 5 MW. Ils pensent, qu'après la réussite de ce programme pilote, cette technologie pourrait être déployée sur tout l'archipel. PLANNING 01/01/ /06/2016 Travaux d'amélioration de rendement de la turbine. Réalisation d'un prototype à l'échelle 1:10. Les essais dans un bassin. Une pendule avec une turbine actionnée par un vérin. 01/01/ /03/2016 Réalisation du premier prototype d'essais à l'échelle 1:10. Nouvelle version du flotteur et du système d'arrimage. - 10/12 -

11 01/03/ /04/2016 Réalisation du deuxième prototype d'essais à l'échelle 1:10. Nouvelle version du flotteur et du système d'arrimage. 01/04/ /05/2016 Essais sur un bassin à houle du premier prototype 01/05/ /06/2016 Essais en mer du deuxième prototype. Simulation de comportement de système en cas de tempête (L'échelle 1:10, hauteur des vagues m). 01/07/ /08/2016 Calculs de la résistance du flotteur avec la colonne par la méthode d'éléments fini. 01/07/ /10/2016 Réalisation de la documentation technique du démonstrateur. Version avec un couplemetre, compteur de tours et frein ou/et alternateur. 01/07/ /10/2016 Réalisation de la documentation technique de la turbine. 01/06/ /10/2016 Réalisation de la documentation technique du système d'éclairage, comme récepteur d'énergie produite par le générateur 01/06/ /10/2016 Réalisation du système de la transmission des donnés par la radio. 01/11/ /06/2017 Réalisation du démonstrateur équipé, flotteurs d'arrimage e.t.c. 01/07/ /06/2018 Installation du démonstrateur en mer. Récolte des données. Analyse de comportement du flotteur et de système d'arrimage en forte mer. 01/07/ /07/2018 Démontage du démonstrateur et de son système d'arrimage 01/01/ /04/2017 OPTION : Développement d'un alternateur multipôles (faible vitesse de rotation) pour une puissance kw. Réalisation d'un prototype pour équiper le démonstrateur. 01/01/ /12/2018 Coûts de fonctionnement. Salaires 2 personnes, comptabilité, montage, loyer du bureau, déplacements, divers - 11/12 - location d'une halle de

12 PLANNING DE REALISATION DU DEMONSTRATEUR EN MER WAVENRG Coûts k Travaux d'amélioration de rendement de la turbine. Réalisation d'un prototype à l'échelle 1:10. Les essais dans un bassin. Une pendule avec une turbine actionnée par un vérin 200 Réalisation du premier prototype d'essais à l'échelle 1:10. Nouvelle version du flotteur et du système d'arrimage 25 Réalisation du deuxième prototype d'essais à l'échelle 1:10. Nouvelle version du flotteur et du système d'arrimage 25 Essais sur un bassin à houle du premier prototype 50 Essais en mer du deuxième prototype. Simulation de comportement de système en cas de tempête (L'échelle 1:10, hauteur des vagues m). 50 Calculs de la résistance du flotteur avec la colonne par la méthode d'éléments fini. Réalisation de la documentation technique du démonstrateur. Version avec un couplemetre, compteur de tours et frein ou/et alternateur. Réalisation de la documentation technique de la turbine. 100 Réalisation de la documentation technique du système d'éclairage, comme récepteur d'énergie produite par le générateur Réalisation du système de la transmission des donnés par la radio. Réalisation du démonstrateur équipé, flotteurs d'arrimage e.t.c. 300 Installation du démonstrateur en mer. Récolte des données. Analyse de comportement du flotteur et de système d'arrimage en forte mer. 200 Démontage du démonstrateur et de son système d'arrimage 100 OPTION : Développement d'un alternateur multipôles (faible vitesse de rotation) pour une puissance kw. Réalisation d'un prototype pour équiper le démonstrateur. 200 Coûts de fonctionnement Salaires 2 personnes, comptabilité, location d'une halle de montage, loyer du bureau, déplacements, divers 250 TOTAL 12/