Stratégies de maintenance intégrée à la production d'énergie dans un parc éolien sous contraintes opérationnelles et environnementales - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Integrated maintenance strategies into energy production of a wind farm under operating and environmental constraints

Stratégies de maintenance intégrée à la production d'énergie dans un parc éolien sous contraintes opérationnelles et environnementales

Résumé

Globally, the development of wind farms is experiencing exceptional growth, visible through the increase of wind power installed annually and global wind power production. 2020 was the best year in the history of the global wind industry and it is estimated that wind turbine installation should grow three times faster over the next decade. Any energy production system is subject to random breakdowns which trouble production plans. Aging, breakdowns and maintenance times are examples of random phenomena often observed in those systems. In the particular case of wind turbines, the highly volatile and uncertain nature of the wind means that the duration of maintenance actions must be minimized in order to maximize the availability of the wind turbine and therefore its energy production. In addition to this, the risks associated with maintenance make it the major cause of accidents in the wind energy sector. Considering the lack of training for maintenance technicians and the absence of a prevention plan, a maintenance plan optimizing the number of interventions and their duration and considerably reducing the technical, economic and human consequences linked to these operations is essential. Maintenance and production are two main functions for any type of production. In practice, these two functions are often managed separately despite being in reality so close. Indeed, integration policies can improve productivity and reduce costs considerably. In this context, the research work proposed in this thesis consists in determining new maintenance policies integrated into energy production for a wind farm. Two integrated maintenance strategies were tested: perfect then combined imperfect / selective coupled to energy production, satisfying a service rate while taking into account environmental and operational constraints and. Indeed, for each strategy developed, the goal is to simultaneously determine an economical energy production plan and an optimal maintenance plan minimizing a total cost of energy production and maintenance. The particularity of this study is to consider the impact of the variation in energy production on the degradation of the wind turbine. The problem was modeled by the development and optimization of analytical models, then validated by numerical examples and sensitivity studies proving the robustness of the analytical models developed.
À l’échelle mondiale, le développement de parcs éoliens connait une croissance inédite, visible à travers l’augmentation de la puissance éolienne installée annuellement et de la production éolienne mondiale. 2020 a été la meilleure année de l'histoire de l'industrie éolienne mondiale et on estime que l’installation des éoliennes devrait être trois fois plus rapide au cours de la prochaine décennie. Tout système de production d’énergie est sujet à des pannes aléatoires perturbant les plans de production. Le vieillissement, les pannes ainsi que les durées de maintenance sont des exemples de phénomènes aléatoires souvent observés dans ces systèmes. Dans le cas particulier des éoliennes, la nature hautement volatile et incertaine du vent implique que la durée des actions de maintenance doit être minimisée afin de maximiser la disponibilité de l’éolienne et donc sa production énergétique. D’autant plus que les risques liés à la maintenance font de ce celle-ci la cause majeure des accidents survenant dans le secteur éolien. A ceci, s’ajoutent le manque de formation des techniciens de maintenance et l’absence de plan de prévention. Ainsi l’élaboration d’un plan de maintenance est nécessaire, pour optimiser le nombre d’interventions et leur durée et réduire considérablement les conséquences techniques, économiques et humaines liées à ces opérations. La maintenance et la production représentent deux fonctions principales pour tout type de production. Dans la pratique, ces deux fonctions sont souvent gérées séparément malgré qu’elles soient en réalité étroitement liées. En effet, les politiques d’intégration permettent d’améliorer la productivité et de diminuer considérablement les coûts. Dans ce cadre, le travail de recherche proposé dans cette thèse consiste à déterminer de nouvelles politiques de maintenance intégrées à la production d’énergie pour un parc éolien. Deux stratégies de maintenance intégrée ont été testées : parfaite puis combinée imparfaite/sélective avec couplage à la production d’énergie satisfaisant un taux de service tout en tenant compte des contraintes environnementales et opérationnelles et. En effet, pour chaque stratégie développée, le but est de déterminer simultanément un plan de production d’énergie économique et un plan de maintenance optimal minimisant un coût total de production d’énergie et de maintenance. La particularité de cette étude est de considérer l’impact de la variation de production d’énergie sur la dégradation de l’éolienne. Le problème a été modélisé par le développement et l’optimisation de modèles analytiques, puis validé par des exemples numériques et des études de sensibilité prouvant la robustesse des modèles analytiques développés.
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Dates et versions

tel-03719754 , version 1 (11-07-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03719754 , version 1

Citer

Maryem Bouzoubaa. Stratégies de maintenance intégrée à la production d'énergie dans un parc éolien sous contraintes opérationnelles et environnementales. Automatique / Robotique. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0351⟩. ⟨tel-03719754⟩
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