Optimization of the localization of a wave energy converter : cross analysis of wave energy resource versus wave loading
Optimisation de la position d'un système houlomoteur : étude comparative des impacts de vagues et de la ressource disponible.
Résumé
Wave energy conversion is considered as one of the possible marine renewable energy contributions to a sustainable energy mix in the future. One of the key aspect of a wave energy project is obviously its location. It should answer to different objectives such as a high level of electrical production, low risk levels for the WECs, low environmental impacts, social acceptance among others. The goal of the PhD is therefore to propose a methodology to optimize the localization of WECs over a nearshore area. This work will tackle two of the aforementioned objectives : the resource and the risks.This manuscript is divided into eight chapters, the first one being a quick introduction. The second chapter aims at introducing the basic knowledge on wave modelling and computing, necessary to understand the manuscript. In Chapter 3, a literature review will be carried out, to present the current state of the art and to define the scientific questions that will be addressed later on. Chapter 4 presents the construction and analysis of a 44-year wave energy hindcast over the South Aquitaine nearshore area. This hindcast was built with the numerical code SWAN. The spatio-temporal variability of the wave energy resource will be highlighted throughout the chapter. As this chapter raises additional questions on the variability of the wave energy resource, Chapter 5 will answer those, specifically on the reasons for the variability observed in Chapter 4 (i.e., the influence of a major bathymetric feature, Capbreton's submarine canyon, will be studied) and on the variability of the estimated energy output of a WEC (i.e.,a comparison of computation method for wave energy extraction will be done, highlighting the interest of having the spectral information). Then, Chapter 6 will focus on the survivability aspect of the WECs. First long term sea state parameters will be derived from environmental contours. Then the loads are studied over the complete domain thus giving valuable knowledge on the risks that could face the WECs in the area. The philosophy behind this methodology is to compute loads from the wave hindcast's statistical parameters. This will ensure that the methodology developed here is applicable to areas where the full spectral information of the sea states may not be available. The spatial variability of the loading is then studied and influence of the hindcast size and the return period is analyzed. Finally, Chapter 7 aims at studying the relation between the resource and the the loading by proposing indexes that qualify a point with respect to its quality for WEC installation. A last chapter will finally summarize the work conducted during the PhD and present the perspectives that are open.
L'énergie houlomotrice est une des énergies marines renouvelables permettant d'assurer un mix énergétique soutenable pour le futur. Un des aspects essentiels de tout projet houlomoteur est de toute évidence sa localisation. Elle doit répondre à plusieurs critères parmi lesquels on peut citer le niveau de production électrique, le risque pour les convertisseurs, l'impact environnemental ou bien l'acceptation sociale du projet. Le but de ces travaux de recherche est donc de présenter une méthodologie d'optimisation de la position de convertisseurs houlomoteurs dans une zone côtière. Ces travaux s'intéressent à deux des aspects évoqués plus haut : la production électrique des convertisseurs et le risque associé aux impacts de vagues.Le manuscrit est divisé en 8 chapitre, le premier étant une brève introduction. Le second chapitre vise à introduire les concepts basique associées à la modélisation des vagues ainsi qu'au calcul numérique de ces dernières. Une revue de la bibliographie sera effectuée dans le chapitre 3 en vu de présenter l'état de l'art et de définir les questions scientifiques qui seront traitées plus tard. Le chapitre 4 présente la construction et l'analyse d'une base de données d'états de mer d'une durée de 44 ans sur l'ensemble de la côte Sud-Aquitaine. Ce rejeu de donnée a été construit à l'aide du code numérique SWAN. La variabilité spatio-temporelle de la ressource en énergie houlomotrice est mise en évidence tout au long du chapitre. Le chapitre 5 va s'attacher à répondre aux questionnements mis en évidence par le Chapitre 4, notamment les raisons de la variabilité de la ressource (i.e. l'influence du gouf sous-marin de Capbreton sera étudiée) et de la production d'un convertisseur houlomoteur (deux méthodes de calculs seront comparées). Ensuite, le chapitre 6 étudiera la survivabilité des convertisseurs. Dans un premier temps, des états de mers extrêmes seront déduits des contours environnementaux associés à des périodes de retour. Ensuite, la force associée aux impacts de vagues sera calculée sur l'ensemble du domaine, donnant ainsi une information importante vis-à-vis du risque encouru par un convertisseur dans une zone donnée. La philosophie derrière cette méthodologie est de permettre le calcul des forces d'impacts à partir des paramètres statistiques du rejeu de données. Cela permettra d'appliquer la méthodologie développée ici à des zones pour lesquelles on ne dispose pas d'information spectrale sur l'état de mer. La variabilité spatiale des forces d'impacts est ensuite étudiée ainsi que l'influence de la taille du rejeu de données utilisée et de la période de retour choisie. Enfin, le chapitre 7 vise à étudier la relation entre la ressource houlomotrice et les impacts de vagues en proposant des index qualifiant un point par rapport à sa pertinence pour un projet houlomoteur. Un dernier chapitre de conclusion résumera le travail effectué et présentera les perspectives de ces travaux.
Domaines
Génie civilOrigine | Version validée par le jury (STAR) |
---|