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SALOME
Surveillance dynamique des éoliennes offshore soumises aux phénomènes Atmosphériques pour La participation Optimisée aux Marchés de l’Electricité
Objectif du projet
Dans la perspective de répondre à une demande croissante en énergie et réduire l’importation des sources d’énergies souterraines manquantes (gaz, pétrole), ou mieux encore, pour réussir la transition énergétique et atteindre la neutralité carbone d’ici 2050, la mer du Nord a été identifiée comme « la centrale électrique verte » de l’Europe. Dans ce contexte, les pays autour de la mer du Nord dont la France et la Belgique ont lancé des projets ambitieux d’installations d’éoliennes en mer pour exploiter le plein potentiel de la mer du Nord pour la production d’électricité verte. Ces nouveaux parcs offshore (à installer en mer du Nord) seront équipés d’éoliennes de dernière génération qui sont généralement très hautes (allant jusqu’à près de 300 mètres de hauteur avec une longueur de pale avoisinant les 180 mètres). Ces nouveaux ouvrages en mer nécessiteront un contrôle prédictif et une gestion dynamique en continu, étant donné qu’ils seront soumis à des phénomènes atmosphériques et forçages mécaniques très conséquents, notamment quand ces éoliennes seront tenues de fournir des services auxiliaires au réseau électrique (‘réglage fréquence-puissance’). En effet, ce dernier nécessitera une modification brusque du point de fonctionnement d’éoliennes qui va générer une charge structurelle supplémentaire importante accélérant la fatigue et le vieillissement des éoliennes.
Le projet SALOME vise à développer des modèles atmosphériques et mécaniques innovants qui peuvent représenter l’environnement et la charge structurelle auxquelles sont soumises les éoliennes en mer en exploitant des données de mesure pertinentes. Ces dernières seront fournies en temps réel par des capteurs de température, de vibration et des jauges de contrainte répartis le long de fibres optiques déployées sur les éoliennes au site pilote choisi en Belgique et/ou en France. Elles seront incorporées dans un outil (dont l’horizon temporel va d’un jour à l’avance jusqu’au temps réel) d’aide à la décision visant à assurer une participation, à moindre coût, à l’équilibrage du système électrique. Il permettra d’assurer la gestion dynamique et le contrôle prédictif d’éoliennes offshore en incorporant les contraintes mécaniques telles que le vieillissement et la fatigue afin de fournir les services auxiliaires au réseau électrique.
SALOME propose une nouvelle stratégie scientifique de gestion dynamique et maintenance prédictive des éoliennes offshore, en considérant de manière fine l’ensemble des paramètres physiques impactant les éoliennes en mer et leur durée de vie. Par conséquent, ce projet se distingue de la bibliographie scientifique et des projets de recherche existants qui se focalisent principalement sur les stratégies d’optimisation pour la participation au marché de l’électricité ou le mécanisme de contrôle approprié, en négligeant l’environnement fortement turbulent des couches basses atmosphériques et la charge structurelle auxquelles sont soumises les éoliennes en mer.
Afin d’atteindre les objectifs précités, une collaboration transfrontalière est nécessaire combinant l’expertise et le savoir-faire présents dans les 3 régions concernées, dans le domaine des capteurs distribués et quasi-distribués à fibres optiques (Service d’Advanced Photonic Sensors, Université de Mons, et Centre de Recherches Multitel, Belgique), de la modélisation de l’environnement atmosphérique maritime et de la mécanique des fluides (Laboratoires des LPCA et LOG, Université du Littoral Côte d’Opale, France), du contrôle des éoliennes en mer (Université de Gand, Belgique) et de la prise de décision sur les marchés de l’électricité (Service de Génie Electrique, Université de Mons, Belgique).
En résumé, SALOME va faciliter le développement, l’adaptation et l’intégration des éoliennes offshore en offrant une optimisation de leur durée de vie et une minimisation de leurs coûts d’exploitation et de maintenance. SALOME contribue également à rendre les prix d’électricité plus abordables grâce à une gestion optimale des éoliennes offshore. L’analyse technico-économique telle que visée dans le projet permettra de quantifier les bénéfices (techniques et économiques) d’un contrôle prédictif et d’une gestion dynamique d’éoliennes offshore afin de fournir une énergie électrique sûre et fiable. Particulièrement, cette analyse va servir aux gestionnaires de parcs éoliens comme Engie, éoliennes en mer de Dunkerque (EMD) en France et Aspiravi, C-Power, Parkwind en Belgique ainsi que les sociétés de maintenance comme John Cockerill en Belgique et EDF Renouvelables en France d’optimiser l’exploitation des futures éoliennes offshore en Mer du Nord.
Enfin, le projet SALOME se positionne clairement comme un facilitateur dans le cadre de la mise en place du Pacte vert pour l’Europe qui vise notamment à « fournir l’énergie propre, abordable et sûre » à l’ensemble de l’UE tout en étant en lien avec les développements attendus en Mer du Nord (e.g. zone Princesse Elisabeth) d’ici à 2030.
Budget total du projet (Multitel): 419 987,50 €
- financement UE (FEDER): 251 992,50 €
- financement Wallonie : 62 998,13 €
Contribution de Multitel
MULTITEL interviendra dans le projet SALOME au travers de son département de recherche en Photonique Appliquée. Ce département a plus de 20 ans d’expérience dans le domaine des technologies optiques sur fibre optiques comme les lasers, les amplificateurs ou encore les capteurs (réseaux de Bragg sur fibre optique ou FBG). Le département inclut des experts en optique capables de concevoir un système complexe d’interrogation de multiples capteurs sur fibres optiques combinés par des méthodes temporelles, spatiales ou spectrales ; des experts en électronique qui seront en mesure de réaliser les différentes cartes nécessaires au pilotage des source laser et à la collection des signaux ; des experts en traitement des signaux et également en conception mécanique et prototypage qui permettront d’aboutir à des solutions pratiques, transportables et utilisables par les partenaires du projet.
Dans le cadre du projet SALOME, un nouveau type de système de détection sera développé dans le Module de Travail 5.
Celui-ci sera basé sur les effets de rétrodiffusion de la lumière le long de la fibre plutôt que sur des capteurs ponctuels (FBG) comme développés par l’UMONS-APS dans le MT4.
Ici nous utiliserons des sources laser (développées en interne) d’une grande finesse spectrale et donc d’une grande cohérence afin de détecter des variations de phase sur le signal rétrodiffusé tout au long de la fibre. Cette mesure de la phase optique sera très sensible à tout élément extérieur à la fibre comme la température, les vibrations et même des changements de pression. Ce type de capteur sera déployé le long d’un mât d’éolienne et permettra de suivre en temps réel les sollicitations sur celui-ci mais également d’autres éléments qui pourront être caractéristiques de l’état de fonctionnement du système comme le mouvement des pales, les fréquences acoustiques, les vibrations…
Le dispositif qui sera développé devra être validé en laboratoire tout d’bord (en collaboration avec l’UMONS) puis sur site pilote dans le cadre du MT8, avec les autres partenaires du projet. Ainsi MULTITEL contribuera aux campagnes de mesures qui seront réalisées avec ses capteurs.
Afin de recueillir des informations sur les types de signaux que l’on souhaite détecter et aussi d’informer les partenaires sur les possibilités et limites des capteurs qui seront développés, MULTITEL interviendra également (à titre plutôt informatif/consultatif) dans les MT2, 3, 6 et 7 afin d’échanger avec les autres membres du consortium.
Ainsi le rôle de MULTITEL s’inscrit dans le développement d’une nouvelle expertise dans la continuité de ses sujets de recherche précédents et en complémentarité des travaux qui seront menés par les autres membres du consortium.