Modelling of the wake effects of tidal turbines
Modélisation des effets de sillages d'hydroliennes
Résumé
Tidal turbines permit to produce renewable electricity from tidal currents, especially in macro-tidal environments (tidal straits, typically). Several technologies have been tested on site and the industry is currently preparing the commercial phase with the deployment of large tidal farms. However, advanced studies, accounting for the individual behaviour of the devices within a farm, are needed to estimate the annual energy production of future tidal arrays. Tidal turbines are located in shallow depths in relation to their dimensions. Constrained vertically by the water depth and laterally by the neighbouring turbines, the flow within a farm is thus subjected to blockage effects that influence the performance of the devices. The production of a tidal farm is also strongly dependent on the interactions between the wakes. The classical approach to estimate the tubines production is based on actuator disks implemented in coastal numerical models. The present work complements earlier studies (i) by integrating blockage effects and (ii) by implementing a blade element method in a regional model. These modifications are successively applied to the three-dimensional hydrodynamic model Telemac3D. Firstly, they are estimated and inter-compared by exploiting experimental data available in the near wake of a porous disc and a scaled tidal turbine. Secondly, the model is applied to the Alderney Race. The results obtained at this study site appear sensitive to the blockage effects, with an impact on both (i) the spatial distribution of currents within the farm and (ii) the overall energy production.
Les hydroliennes permettent de produire de l’électricité renouvelable à partir des courants de marée, notamment dans des environnements côtiers macro-tidaux (typiquement des détroits de marée). Plusieurs technologies ont été testées sur sites et la filière prépare actuellement la phase commerciale avec le déploiement de fermes hydroliennes. Cependant, des études avancées sont nécessaires pour estimer le productible de ces futures installations en tenant compte notamment du comportement individuel des machines au sein d’une ferme. En effet, les hydroliennes sont situées dans des profondeurs faibles par rapport à leurs dimensions. Contraint verticalement par la profondeur d’eau et latéralement par les turbines voisines, l’écoulement au sein d’une ferme est ainsi soumis à des effets de blocage qui vont influer sur les performances des dispositifs. La production d’une ferme hydrolienne va également être fortement dépendante des interactions entre les sillages. L’approche classiquement retenue pour estimer cette production est basée sur l’implémentation de disques d’action dans les modèles numériques côtiers. Ce travail complète cette approche en intégrant (i) les effets de blocage et (ii) une représentation des éléments de pale (méthode BEM) dans les modélisations. Ces modifications sont successivement appliquées au modèle hydrodynamique tridimensionnelle Telemac3D. Elles sont, dans un premier temps, estimées et inter-comparées en exploitant des données expérimentales disponibles dans le sillage proche d’un disque poreux et d’une maquette d’hydrolienne. Le modèle est, dans un second temps, appliqué au Raz Blanchard. Les résultats obtenus dans ce cas d’application apparaissent sensibles à l’effet du blocage avec un impact sur (i) la distribution des courants au sein de la ferme et (ii) la production énergétique globale.
Fichier principal
sygal_fusion_31307-djama_dirieh-nasteho_635a948a3ae02.pdf (18.08 Mo)
Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)