Contexte Dans le cadre des nouvelles directives sur l
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Titre : Etude d’une architecture Série-Parallèle de ferme éolienne offshore Financement prévu : Lille1 Cofinancement éventuel : Directeur de thèse : Christophe SAUDEMONT E-mail : [email protected] Co-directeur de thèse : E-mail : Laboratoire : L2EP - EA 2697 Equipe : RESEAUX Descriptif : Contexte Dans le cadre des nouvelles directives sur l’utilisation des énergies renouvelables, l’Union Européenne a fixé à 21 % la part de sa consommation d’électricité d’origine renouvelable en 2010 contre 6 % en 2000 et 8,5 % en 2005. De son côté, la France s’est fixé pour objectif de passer, en termes d’énergie renouvelable, de 9,6 % en 2005 à 23 % en 2020 (Directive CE du 23/01/2008). L’éolien offshore y contribuera pour une part importante (40 %) avec comme objectif pour 2020, une puissance installée de 40 GW selon l’EWEA (European Wind Energy Association) en Europe (contre 4,9 GW en 2012). Les énergies issues des courants marins peuvent aussi contribuer à la production d’énergie renouvelable car représentant une source d’énergie peu exploitée, abondante et donc prometteuse. Objectifs L’objectif de cette thèse est d’étudier une architecture HVDC de ferme éolienne où les clusters d’éoliennes sont réalisés par la mise en série de plusieurs éoliennes, et où la ferme éolienne est réalisée par la mise en parallèle de plusieurs clusters, comme le montre la Figure 1. Par rapport à la solution proposée figure 2 étudiée dans [5] où les éoliennes sont connectées en série, la solution de la figure 1 permet de réduire significativement la quantité de câble sous-marin à mettre en œuvre, ces câbles étant coûteux et d’une maintenance difficile en milieu marin. Dans une telle structure, l’objectif principal est d’assurer l’extraction maximale de puissance éolienne, tout en assurant le fonctionnement de l’architecture complète, quelque soit les conditions de présence de l’énergie primaire éolienne. Une difficulté, en effet, liée à la mise en série des éoliennes et en parallèle des clusters, est l’équilibre des courants et tensions en différents points de la structure, en toutes conditions de présence du vent. L’étude portera tout d’abord sur la détermination des différentes caractéristiques de l’architecture (convertisseurs, niveaux de tension en entrée-sortie des différents étages, isolement, …). Ensuite, la question de la gestion des flux de puissance au sein de l’architecture sera étudiée, depuis la production jusqu’au raccordement au réseau AC en mode normal, et en mode « défaillant », correspondant à un défaut sur l’un des éléments de la structure. Pour chaque configuration, l’ajout et l’apport d’une solution de stockage seront investigués. Dans ces travaux, une comparaison avec la solution présentée à la Figure 2 sera systématiquement réalisée. De plus, la collaboration avec d’autres équipes du L2EP (Electronique de puissance, …) pourra être envisagée. Déroulement Le travail se structurera selon les phases suivantes : 1) Etude bibliographique. 2) Etude de l’architecture de la Figure 1 : a. Choix des différents niveaux de tension aux différents étages, b. Identification des structures de conversion de l’énergie les mieux adaptées (électronique de puissance), c. question de l’isolement électrique des différents étages, … 3) Commande de cette ferme éolienne, selon les différentes configurations de force du vent (faible à fort). a. Interaction avec le réseau AC. b. Etude du comportement en cas de vents trop faibles ou trop forts. 4) Intégration, dans l’architecture de la Figure 1 de dispositifs de stockage, en vue d’assurer différents objectifs à déterminer (lissage de la puissance envoyée au réseau, stabilité du bus de tension DC, maintien en fonctionnement des éoliennes malgré des conditions extrêmes de vents, réserve d’énergie, …etc). Etude de la disposition, au sein de l’architecture, la plus pertinente en fonction des objectifs à atteindre. 5) Développement d’une stratégie de gestion des flux de puissance au sein de la ferme ainsi développée, en ayant recours à la méthodologie développée au sein de l’équipe RESEAUX du L2EP. 6) Validation par simulations numériques, sous un environnement logiciel qu’il s’agira d’identifier (MATLAB/SIMULINK, EMTP, …). Des validations expérimentales seront réalisées, sur la plateforme Energies Reparties de l’équipe RESEAUX du L2EP. 7) Valorisation scientifique du travail par communications et publications internationales. 8) Rédaction du mémoire de thèse. Figure 1 Figure 2 Bibliographie: [1] "Innovative DC connections for offshore wind and tidal current farms". Third EPE-Wind Energy Chapter, Staffordshire, 15-16 avril 2010, Pascal MONJEAN, Christophe SAUDEMONT, Jonathan SPROOTEN, Benoît ROBYNS, Loic LECLERE, Abdollah MIRZAIAN. [2] "Topologies Comparison of Multi-cell Medium Frequency Transformer for Offshore Farms", ACDC 2010, The 9th International Conference on AC and DC Power Transmission, 20-21 October 2010, IET: London, UK, Pascal MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jérôme AUGUSTE, Christophe SAUDEMONT, Jonathan SPROOTEN, Abdollah MIRZAIAN, Benoît ROBYNS. [3] "Comparison methodology of offshore wind farm architectures", Electrimacs 2011, Cergy-Pontoise, France, Pascal MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jonathan Sprooten, Christophe SAUDEMONT, Benoît ROBYNS. [4] "Control strategies of DC-based offshore wind farm", EPE 2011, Birmingham, UK, Pascal MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jérôme AUGUSTE, Daniel MARIN, Christophe SAUDEMONT, Benoît ROBYNS. [5] “Optimisation de l’architecture et des flux énergétiques de centrales à Energies Renouvelables offshore et onshore équipées de liaisons en continu », Thèse de Doctorat, soutenue le 26/09/2012 à Lille. [6] Stefan LUNDBERG. Wind Farm Configuration and Energy Efficiency Studies – Series DC versus AC Layouts, Thesis, Chalmers University of Technology, Sweden, 2006.
