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Le Houlomoteur

Présentation option énergie
by

Antoine Blondeau

on 18 January 2015

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Transcript of Le Houlomoteur

Longueur :
120 m
Diamètre :
3,5 m
Poids :
750 tonnes
Un Pelamis :
750 kW (consommation de 500 foyers)
Un parc de Pelamis d’un km² :
23,25 MW
(consommation de 20 000 foyers)
Sommaire
Transformation de la force
Mouvement oscillant de la vague en mouvement linéaire (Structure du pélamis)
Mouvement linéaire en mouvement rotatif (circuit hydraulique : (vérin + turbine)
II) Une diversité des systèmes houlomoteurs
Il existe différents systèmes capables de récupérer l'energie de la houle et pour l'instant, aucun ne présente assez d'avantages pour s'élever au-dessus des autres. On peut les classer en 3 catégories :
rampe de déferlement, ou type A
colonne d’eau oscillante, ou type B
corps oscillants ,ou type C
Le Houlomoteur
I - INTRODUCTION 
:

Présentation de la houlomotricité :
Définition
Origine de l’énergie (vagues, type d'énergie)
Zones d'application

II - DIFFERENTS SYSTEMES HOULOMOTEURS :
La paroi oscillante immergée
La colonne oscillante
Le capteur de pression immergé
Le piège à déferlement
La colonne d'eau
III - ETUDE POUSSEE DU PELAMIS :

Présentation générale
Structure
Étude mécanique
Étude de la conversion électrique
Avantages et inconvénients

IV - CONCLUSION :

Chiffres clés
Impacts avérés sur l'environnement
I - INTRODUCTION
La Houlomotricité
L'energie houlomotrice
La houle est considérée une onde mécanique progressive.
C'est aussi une onde transversale.
Comme une onde, la houle est caractérisée par 3 grandeurs :

La hauteur de crête à creux ;
La longueur d'onde
La profondeur
Du point de vue énergétique, on parle d'énergie potentielle des particules d'eau lorsqu'elles se déplacent par rapport à leur position d'équilibre.
Ces particules ont donc aussi une énergie cinétique. L'energie mécanique de la houle utilisée va donc être la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.
Finalement, on arrive à une Energie mécanique sous la forme :
Avec :
p : la masse volumique
H : La hauteur des vagues
On dit d'une centrale qu'elle est houlomotrice si cette installation exploite l’énergie des vagues, plus précisement de la houle, pour produire de l’électricité.
La houle est définie comme un train de vagues régulier, de longue période, non pas générée par le vent local mais formée par un vent soufflant sur une grande étendue de mer sans obstacles.
La houlomotricité exploite donc une des énergies marines renouvelables :
L'énergie des courants
L'énergie thermique
L'énergie osmotique
L'énergie marémotrice
Les pertes d'énergie de l'onde qui avance dépendent de la profondeur. Ainsi, pour une profondeur très grande devant la longueur d'onde, elles sont quasi-nulles.
Puissance
La puissance houlomotrice se définit par le flux d’énergie à travers une surface verticale perpendiculaire
à sa direction de propagation. Elle s'exprime en W.m-1
Dans le cas d’une profondeur d’eau infinie, la vitesse de groupe (c'est-à-dire la vitesse de propagation de
l’énergie), s’écrit :
v (T ) =g*T/4*pi
, ou T est la période de l'onde
La puissance par mètre de front d’onde d’une houle idéale est donc égale à :
Pw = Em*v(T)*g = ( ro*g²/ 32pi) * H²T ≈ 980H²T (W.m−1)
Si on considère l'onde unidirectionnelle et monochromatique.
(Si on prend en compte le caractère multifrequentiel de cette houle, on arrive à une nouvelle puissance : Pw =
(ro*g² /64pi)*H²s Te ≈ 490H²s Te
, avec
Hs la variation de la hauteur, et Te la période énergétique )

Avantages :
lissage de la puissance, à l'aide d'un reservoir d'énergie
production relativement régulière
Inconvénients :
Seuil de démarrage
Développement futur :
Auparavant, ils étaient cantonnés aux côtes en
exploitant la configuration naturelle du terrain
pour créer le bassin à moindre frais (lagon par exemple)
mais il existe maintenant des systèmes flottants (offshore).
La colonne d'eau :

1)L'eau monte le long de la paroi

2) La vague arrive à la hauteur maximale, puis des trappes s’ouvrent pour laisser tomber l’eau dans des bassins à différentes hauteurs.

3) L’eau provenant des bassins alimente des turbines et est rejeté dans la mer de l’autre côté.
Les systèmes à rampes de déferlement :
Définition :
L’eau de mer déferle sur une rampe, franchit son seuil et remplit un réservoir situé derrière, elle est ensuite turbinée à « basse chute » pour retourner à la mer.
Les houlogénérateurs à colonne d’eau oscillante exploitent les variations de pression de l’air contenu dans une cavité.
Principe :

• Les vagues font monter et descendre la colonne
d’eau,qui compresse et décompresse l’air au-dessus.
• L’air active une turbine bidirectionnelle
• Technologie onshore, nearshore ou offshore
Avantages :

La vitesse élevée des turbines autorise l’utilisation de génératrices tournantes avec des vitesses
de rotation de l’ordre de 1500 tr/min ou 3000 tr/min.

Pas de contact entre les turbines et l'eau de mer
Colonne Kvaerner en Norvège

Parmi les systèmes utilisant une colonne, on compte :
La colonne oscillante verticale :
Structure flottante mise en place à la surface de la mer et transformant tous les mouvements horizontaux ou verticaux en déplacements de masselottes (éléments utilisant la force centrifuge pour créer un travail). L’énergie liée aux masselottes en mouvement est utilisée pour actionner une pompe et mettre sous pression un fluide hydraulique qui permet ensuite de faire tourner une turbine entraînant à son tour un alternateur.
Les capteurs de pression immergée
Le système est composé de bouées reliées à des pompes, elles-mêmes reliées à un système hydraulique
En termes de fonctionnement, les bouées oscillent sous l’effet de la houle et actionnent des pompes hydrauliques.
Ces pompes mettent vont mettre un fluide sous pression. Celui-ci passe alors dans une turbine qui en tournant produit de l’électricité, qui est ensuite acheminée sur la terre ferme.
Situé sur des fonds entre 25 et 30 mètres de profondeur
Contraintes de localisation : nécessité d'un site avec une suffisante ressource en houle et une géologie assurant un solide ancrage et une liaison à la cote acceptable.
Et enfin, les corps oscillants :
Parmis ceux-ci, on compte :
Les systèmes oscillants immergés, ou systèmes à réference externe
Des panneaux articulés posés sur le fond marin oscillent et compriment de l’eau. Ce système exploite le mouvement orbital de l’eau abordé plus haut.
Ces oscillations permettent d’actionner des pompes pour comprimer et turbiner un fluide hydraulique.
Exemple : Le prototype Oyster, développé par Aquamarine Power et testés en Écosse
Coût initial de la construction
Le mur de la chambre doit être élevé en raison du manque d'accès aux falaises côtières
Dans beaucoup de zones,des règlements protégeant la vie marine empêchent souvent l'implantation
Le dispositif doit être très résistant
Contraintes :
Et enfin, les systèmes oscillants émergés, ou à réference interne :

Exemple : Le PELAMIS
Développé par la société
Ocean Power Delivery.

En 2008, une ferme a déjà été installé le long des côtes du portugal, qui produit jusqu'à 2,25 MW d'électricité
Structure :
5 flotteurs
Longueur d’un flotteur : 24 mètres
Diamètre : 4 mètres
4 caissons articulés : les blocs "Energie"
Un cable d'ancrage
Un transormateur
Conversions d'énegie du bloc "Energie'"
Conversion de L'Energie mécanique résultante du pélamis en énergie hydraulique (Vérin)
Conversion de l'énergie hydraulique en Energie mécanique (turbine)
Conversion de l'Energie mécanique en Energie Electrique (Alternateur)
Etude du Bloc énergie
Action subie par le vérin
P = f.d (avec f la force en Newtons et d la distance parcouru en mètres)

qui devient :
Action effectuée par le vérin
P = Δp.Q (Avec Δp la différence de pression en deux point du circuit (Pa ou N/m²) et Q le Débit en m³/s)

qui devient ensuite :

Action effectuée par la turbine
P=c.Ω (Avec c le couple en N.m et Ω la vitesse de rotation en rad/s)


Liaison entre deux caisson (pivot)
Etat des vérins en position neutre
Etat des vérins en position haute
Etat des vérins en position basse
Puis, l'energie électrique crée est envoyée
dans le transformateur
Celui-ci permet, de compenser la chute de tension due à la puissance consommée
lors du transport du courant
le long du cable sous-marin
L'energie hydraulique entraîne donc une turbine,
puis l'alternateur :
Turbine
Stator
Rotor
Transport de cette électricité jusqu'à la terre ferme :
Cette ressource est estimée à 29 500 TWh/an
v3(t)
v2(t)
v1(t)
p(t)= v1(t).i1(t) + v2(t)i2(t)+ v3(t).i3(t)
La loi de conservation de l'énergie:
Avantages et Inconvénients :
Impacts environnementaux :

Avantages :
Pas de fondations donc peu de frais d’installation, le Pelamis est remorqué et amarré en mer.
Sa mobilité permet une maintenance aisé et un remorquage facile.
Faible coût de réparations
Système actionné par télécommande. Donc pas besoin d'encourir des risques pour le désactiver
Non emploi de plongeurs
Maintenance rapide : environ deux heures à partir de l’arrivée sur site jusqu’à la remise en fonction du module.

Inconvénients :
Le Pelamis est sensible à la corrosion
Répartition ds ressources inégale sur le globe
Lourd coût d'installation (navires, câbles)
Selon le Ministère de l'énergie et du développement durable, la zone d'implantation des Pelamis peut créer une zone refuge pour la faune marine, cependant le bruit des machines pourrait compenser l'effet attractif de la zone 
Possible contamination du milieu (liquide contenus dans les pistons)
Chaînes d'ancrage et fonds marin (gène les sédiments)
Peu de recul sur les effets du magnétisme
Aucune augmentation de la température à cause des cables
L’installation de fermes houlomotrices, pourrait gêner certaines espèces ( particulièrement les cétacés )
Ressource théorique mondiale: 80 000 TWh/an.
Ressource techniquement exploitable : 1 400 TWh/an.
(soit 10 % de la demande électrique mondiale annuelle)

En France, on en peut exploiter jusqu'à 40 TWh/an à l’aide de 10 à 15 GW de puissance installée.
(soit 7% de la production annuelle)
Les DOM TOM affichent aussi un fort potentiel.

L'exploitation de l'énergie houlomotrice reste avant tout un projet constitué de nombreux prototypes. (plus de 50 dans le monde, avec 30 méthodes d'exploitation distinctes)
De plus l'étude de ces prototypes est très couteuse, car elle doit être réalisée dans des bassins internes, seules de grandes structures peuvent donc se le permettre. D'autant plus que son exploitation reste bien moins rentable que celle des moyens actuels (nucléaire, ect.) ce qui freine les investisseurs.
CONCLUSION :
Poussée d'Archimède :
Poussée d'Archimède :
Pa = -M * g
Attraction gravitationnelle :
P = m * g
M = masse du contenu dans le volume v déplacé
g = valeur du champ de pesanteur
m = masse de l'objet

Dans le cas du Pélamis :
Comme c'est un objet flottant sur un liquide, on peut appliquer la somme des forces lorsque le liquide est à l'état calme :
somme
F = -M * g + m * g
or ici : M = m
sommeƩ
F = 0

Donc, on a démontré que le pélamis flotte.
Ainsi, lorsque la mer est agitée, la somme des forces appliquées au Pélamis est équivalente à l'énergie des vagues.

Merci de votre attention !

(le houlomoteur, c'est cool )
Full transcript