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Conférence sur l'éolien offshore français - C.BERHAULT 05/06/2018 1

EOLIENNES FLOTTANTES

Du prototype

à la technologie fiable

Christian BerhaultCentrale Nantes

Essais sur modèle

Démonstrateur 2MW

Ferme pilote 4x6MW

Ferme commerciale

50x10MW ?

Hywind Scoland

pilote park - Statoil

©EOLFI


Background Intervenant

IFPEN (1976-1990) : • PhD e, Hydrodynamique Marine (ex-ENSM, Centrale Nantes)

• Départements environnement marin puis structures flottantes de production (supports flottants et SURF)

Principia (PME) (1990-2012) : • Responsable Département Hydrodynamique

• Directeur scientifique et technique

• Développeur axe EMR (>2007)

• R&D : CEP&M, CITEPH, CLAROM (EVOLEN)

Centrale Nantes (2012-2018) : • Directeur du site d’essais SEM-REV

• Comité de Pilotage FLOATGEN

• Pilotage scientifique projets de France Energies Marines

• Consultant Centrale Nantes et France Energies

3Conférence sur l'éolien offshore français - C.BERHAULT 05/06/2018

Centrale Nantes

• Grande Ecole d’Ingénieurs (French Engineering school)

• Over 2000 students

• 500 Master and PhD students

• Staff: 300

• 5 Research Labs (JRUs with CNRS)

• LS2N: Digital Sciences

• LHEEA: Hydrodynamics, Energetics & Atmospheric Environment

• GeM: Civil & Mechanical Engineering

• Jean Leray: Mathematics Institute

• ICI: High Performance Computing lnstitute.

Specific strategy to support MRE development

• Validation of numerical methods and model tests vs results in real conditions

• Multiphysics interactions in marine environment

• Support to marine social sciences (consenting, permitting, environment, safety)

NumericalModelling

Model Test

In situ monitoring and survey


Contexte de l’éolien flottant

• Eolien flottant vs éolien posé : spécificités

• La ressource : zones propices, qualification

• L’environnement marin : connaissance

• La durée de vie et le LCOE : 25 ans, > ?

• La composante flottante : architecture, matériaux, ancrage

• Le raccordement : ombilical dynamique, connecteurs

• La ferme : emprise et impact, architecture, espacement,

• L’installation : assemblage au port, remorquage, raccordement

• Les O&M : suivi, interventions, monitoring,

• Le démantèlement : quoi, comment dans 25 ans ?


La Ressource

Profondeur

d’eau

Vent


Fermes commercialesZones propices et concertation


• Vent : de la surface à 250m

Ressource et productible

Efforts sur les composants : durée de vie

Interaction avec la houle, corrosion (salinité) • Houle : de la surface au fond

Productible : mouvements, contrôle

Composants : durée de vie

• Courant : de la surface au fond

Composants : durée de vie

Transport sédimentaire, érosion

Stabilisation des câbles

• Nature des fonds :

Ancrage : géotechnique

Protection des câbles

Evolution bathymétrie et géotechnique

• Qualité de l’eau

Corrosion, bio-fouling

Composants : durée de vie vs matériaux

Contexte de l’éolien flottant


Eolien flottant vs Eolien posé

En commun : • turbine et ses composants

• raccordement au réseau

• architecture ferme

Spécificités : • plus profond, plus loin : ancrage

• fondation flottante : mouvements / contrôle commande

• raccordement : partie « flexible »

• assemblage et installation

• architecture de ferme : contrainte

Montée en puissance des turbines : quid ?

Nouveaux concepts de turbine ?


Flotteur type spar :

Faibles mouvements

Grande profondeur > 100m

Grand tirant d’eau > 50m

Diamètre : 6m à 10m

Turbine standard : 6MW à 8MW

Démonstrateur Hywind

Statoil / Technip

Mer du Nord, 220m d’eau,

2MW , > 2010

Architectures et Composants

Source Statoil

Source Statoil


Flotteur type Semisubmersible multi-colonnes:

Profondeur à partir de 40m

Tirant d’eau : 10m à 15m

Diamètre colonne : 8m à 10m

Entre-axes : 25m à 40m

Démonstrateur Windfloat

(Principle Power: EDPR)

Ouest Portugal, 50m d’eau, 2MW

Eolienne décentrée

Stabilisation par ballasts actifs

« Heave plates »

2011 à 2016

https://www.youtube.com/watch?v=Yh9tC5Y_iCo

Architectures et Composants

Source Principle Power

13

Floatgen ProjectFloating wind prototype (2MW)

• 2-years testing program connected to the grid : 2017-2019

• R&D on monitoring and fatigue life survey : mooring, cables

• ECN : electrical connection, mooring system, tests

(conception, procurement, installation, O&M)

Video

Video

Video

Video

Source Centrale Nantes


Principaux composants et matériaux

Acier

Béton

© EOLFI

Composite

plastique


Le Raccordement

Source NREL


Le Raccordement





© Bernard Biger / STX France

Sous-stations : fixes, flottantes ?

SOUS-STATION

18

Lay-out et schéma de raccordement

Innosea

Centrale Nantes

Centrale

Nantes

Centrale Nantes

Comportement global

(statique/dynamique)

Environnement

(biocolonisation)

Performance global et sécurité

Durée de vie des composants

Impact environnemental

Architecture

FermeSystème

d’ancrage

Câbles (statique,

dynamique

Conception

multi-critères


Hywind

Norvège

2009 � en cours (R&D)

Ideol

Le Croisic

2018-2020

Vertiwind

Fos-sur-Mer :

Arrêt du projet

Windfloat

Portugal

2011 � 2017

Sea Reed

Groix : non

déployé

Eolien flottant en Europe


AAP ADEME EOLFLO : Fermes “pilote” Zones d’implantation

Groix - Belle-île Bretagne

Faraman

PACA

Gruissan

Occitanie

Leucate

Occitanie

Source ADEME


Faraman: EDF-EN,

Siemens/8MW,

SBM/IFPEN

Groix: Eolfi/CGN,

GE/6MW, Naval

Energies

Ferme “pilote” (AAP ADEME EOLFLO)

3 à 5 machines, 6MW à 8MW

Leucate: Engie,

GE/6MW, PPI

Gruissan: Quadran,

Senvion/6MW, IDEOL


La logistique :

au coeur du développement

Source FEE


Les Opérations en mer

Conditions meteocean

admissibles ?


Source IDEOL


Conditions contractuelles

• Choix des moyens vs Opération : ingénierie

• Conditions océano-météo : transit et site / saisons

• Disponibilités / Mobilisation

• Conditions contractuelles

• Contrat de moyen, multi-intervenants et interface

• Stand-by météo : limites opérationnelles, prise en charge

• Assurance, certification et Warranty Marine Surveyor

• Règlementation

• Déclaration d’activité, législation du travail, sécurité

• Coûts des moyens navals : 10k€ à 300k€/ jour


Risques et Sécurité

2014

JAPAN: A planned 5MW

floating platform set for a site

near Fukushima has keeled to

a 45 degree angle in the seas

of Osaka bay in southern

Japan

2016


Impact Environnemental


HEXICON

Dounreay Tri Floating

Demonstration Project –

Scoland (starting construction in

2017)

Future ? Tests en mer à faible

échelle

Projet EOLINK / 1/10ème

Installé en rade de Brest en 2018

© Eolink

Source Hexicon


Outils numériques et Moyens d’essais

Modélisation hydro-mécanique

(Ifremer, Centrale Nantes, IFPEN, K)

Bancs d’essais

mécaniques

(IFSTTAR, IFPEN,

Technip, K)

Souffleries

(CSTB)

Ifremer

Technip

TDHVL - Southampton

Centrale Nantes

Centrale Nantes

Source IFPEN / Principia

30

Essais en mer SEM-REV

Research center

Le Croisic

Power export cable

8MVA, 20kV, 24 optical fibers

Cable protection

Subsea hub

Dynamic power cableMain steps :

2009 – Test site monitoring,

2012 – Export cable,

2015 – Subsea hub,

2017 – Floatgen

Onshore substation

France West coast, 12nm from Le Croisic

Open to Atlantic ocean’s conditions

CAPEX: 20 M€ (including FEDER)

Owner and Exploitation: Centrale Nantes

1 km2 restricted area, 36m LAT

Video


Monitoring et suivi en service

Mesures courbure, contrainte ( Source : DLM http://www.dlm-

uk.com

Mesures tensions,

déplacements,

angles

MHM-EMR

Mooring health monitoring

Source : Carlier et. al. (2015)

SPECIES

Submarine PowEr Cables

Interactions with Environment

& associated Surveys

Source : Cybernetix


Conclusions

• Connaissance de l’environnement marin

• Sécurité vs autres usages : surveillance

• Fiabilité des composants : monitoring et survey

• Augmentation de puissance des turbines : quid ?

• Evolution des normes et méthodes de conception

• Nécessité de disposer de REX


EERA DeepWind'18,

Trondheim, 17 - 19

January 2018

MERCI – QUESTIONS ?

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