Lissage de la puissance produite par des houlogénérateurs

Le lissage de la puissance produite par les houlogénérateurs semble constituer une probléma-tique scientifique assez récente même si certains auteurs ont soulevé le problème il y a déjà une vingtaine d’années. Citons par exemple [Salter89] : "[. . .] The combination of 64 separate devices [. . .] would still be unacceptable input for a small island network. However about one hundred seconds of storage will produce a completely steady output from a single device in any typical wave spectrum". Cette "recette", semble-t-il d’ailleurs pertinente, résulte peut-être de l’expérience ou de l’intuition de l’auteur mais n’a pas été justifiée à l’époque par une analyse plus approfondie.

Pour fixer les idées sur la nécessité d’aborder ce problème dans le cas de la production des hou-logénérateurs, nous avons recensé dans la littérature quelques profils de puissance mesurés en si-tuation ou simulés. Les figures1.57à1.62présentent différents profils. Grâce à l’énergie cinétique stockée dans les parties en rotation continue, les systèmes à colonne d’eau oscillante (type B1) per-mettent de produire une puissance électrique lissée par rapport à la puissance pneumatique inci-dente. Ce moyen de stockage doit cependant être contrôlé pour permettre un lissage plus perfor-mant. Dans une autre catégorie, le Pelamis (type C3) est un exemple de houlogénérateur direct avec une chaîne de conversion électrique indirecte incluant des accumulateurs hydropneumatiques qui

tamponnent la puissance incidente. La puissance électrique produite bénéficie donc d’un lissage très important. En outre, les modules de conversion répartis tout au long du Pelamis produisent un effet de foisonnement qui participent aussi au lissage de la puissance électrique. AWS, Seabased et SEAREV fournissent quant à eux une puissance électrique dont les fluctuations sont à l’image de la houle inci-dente. Pour ces houlogénérateurs à entrainement direct, seul un stockage électrique peut permettre de lisser la puissance électrique produite. La technologie qui semble la plus adaptée à un stockage embarqué est celle des supercondensateurs. Le lissage à court-terme ne demande pas une grande capacité énergétique mais la puissance nécessaire est importante (ordre de grandeur du temps spé-cifique de décharge 10s correspondant à une période typique de houle) et la tenue en cyclage doit être élevée.

Le stockage de l’énergie est donc un premier moyen de lisser la production électrique d’un houlo-générateur. Amundarain et al. [Amundarain11] ont ainsi montré qu’un élément de stockage permet-tait effectivement de lisser la production de systèmes OWC par l’utilisation de contrôle de la vitesse de la turbine et/ou de l’ouverture d’une valve du caisson de l’OWC. Wang et al. [Wang08a] ont eux aussi travaillé sur les OWC mais dans le contexte d’un système électrique hybride avec des éoliennes et différentes technologies de stockage ainsi que des générateurs diesel. Ran et al. [Ran11] ont proposé un contrôle d’un convertisseur électronique de puissance pilotant un générateur électrique linéaire destiné à la conversion de l’énergie des vagues permettant le lissage à court terme de la puissance produite puis ils l’ont validé sur un banc expérimental. Molinas et al. [Molinas07a] ont d’ailleurs mon-tré l’intérêt des interfaces actives électroniques de puissance pour lisser la puissance ainsi que pour respecter les contraintes réseau. Selon Murray et al. [Murray09], les supercondensateurs seraient ca-pables d’atteindre les niveaux de puissance et d’énergie requis pour lisser la puissance produite par des OWC. Mais en calculant le nombre de cycles que subirait le système de stockage (21 millions de cycles tous les 5 ans) et en le comparant au chiffre d’1 million de cycles habituellement donné pour ce type de technologie, il n’est pas en mesure d’affirmer que les supercondensateurs permettraient d’avoir une durée de vie suffisante pour limiter les intervalles de maintenance. Dans [Aubry10b], à la suite d’une pré-étude de dimensionnement avec prise en compte du vieillissement, nous montrons cependant la faisabilité économique sur cycle de vie d’un tel moyen de stockage appliqué au système

SEAREV.

De cette brève revue de la littérature dans le contexte de l’énergie des vagues, on peut constater que les travaux sur le stockage sont aujourd’hui plutôt orientés sur des études de faisabilité permet-tant de montrer simplement la mise en œuvre et l’intérêt du lissage de la puissance. Il n’existe à notre connaissance que très peu de travaux couplant gestion de l’énergie et dimensionnement [Daratha08] d’un tel système de stockage et encore moins prenant en compte une analyse sur cycle de vie [ Au-bry10b].

FIGURE1.57: DWEC : Profil mesuré de puissance électrique fournie par l’AWS à une charge résistive de 2.75Ω [Cruz08]

FIGURE1.58: DWEC : Relevé de puissance produite sur le site de Lysekil du prototype L1 (Seabased) alimentant une charge resistive de 2.2 Ohm [Leijon08] (Attention : durée du relevé : 20 s)

FIGURE 1.59: OWC : Exemple de profil de puissance produite par la centrale LIM-PET [Alcorn01] (la puissance devient néga-tive à certains instants probablement afin de maintenir une vitesse de base pendant une période calme)

FIGURE1.60: OWC : Exemple de profil de puis-sance produite par la centrale de Pico. L’iner-tie des parL’iner-ties tournantes permet de lisser la puissance pneumatique et mécanique inci-dente [Cruz08].

FIGURE1.61: OWC : Profils simulés de puissance mécanique incidente et électrique fournie pour un émulateur de colonne d’eau oscillante ainsi que de la vitesse de rotation de la turbine [Duquette09]

FIGURE1.62: Profils mesurés de puissance hydraulique incidente et électrique produite par le pro-totype du Pelamis le 08/07/2007 [Cruz08]

1.5.2 Optimisation du dimensionnement et de la stratégie de contrôle d’un système de