Une machine régressive

Jul 09, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1499 (2023) Citer cet article

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L'énergie éolienne offshore fait l'objet d'une attention croissante en tant qu'alternative propre aux combustibles fossiles actuellement rares, principalement utilisés pour l'approvisionnement en électricité de l'Europe. La poursuite du développement et de la mise en œuvre de ce type de technologie contribuera à lutter contre le réchauffement climatique, en permettant une production d’électricité plus durable et décarbonée. En ce sens, l’intégration d’éoliennes offshore flottantes (FOWT) avec des dispositifs à colonnes d’eau oscillantes (OWC) apparaît comme une solution prometteuse pour la production d’énergie renouvelable hybride. Dans ces systèmes, les modules OWC sont utilisés non seulement pour la production d'énergie houlomotrice, mais également pour la stabilisation et la rentabilité des FOWT. Néanmoins, analyser et comprendre les performances de contrôle des structures flottantes aéro-hydro-servo-élastiques constitue une tâche complexe et difficile. Encore plus, compte tenu de l’augmentation dynamique de la complexité qu’implique l’incorporation des OWC au sein de la plateforme FOWT. À cet égard, bien que certains modèles dans les domaines temporel et fréquentiel aient été développés, ils sont complexes, inefficaces sur le plan informatique et ne conviennent ni au contrôle en temps réel ni au contrôle par rétroaction. Dans ce contexte, ce travail présente un nouveau modèle régressif orienté contrôle pour les plates-formes hybrides FOWT-OWC. L'objectif principal est de tirer parti des capacités de prédiction et de prévision des réseaux de neurones artificiels (ANN) en couches profondes, conjointement à leur simplicité de calcul, pour développer un modèle léger et orienté contrôle réalisable par rapport aux modèles dynamiques complexes susmentionnés. Afin d'atteindre cet objectif, un modèle ANN à couches profondes a été conçu et formé pour correspondre aux performances structurelles de la plate-forme hybride. Ensuite, le schéma obtenu a été comparé aux données de sortie standard Multisurf-Wamit-FAST 5MW FOWT pour différents scénarios difficiles afin de valider le modèle. Les résultats démontrent les performances et la précision adéquates du modèle orienté contrôle ANN proposé, offrant une excellente alternative aux modèles non linéaires complexes traditionnellement utilisés et permettant la mise en œuvre de schémas de contrôle avancés d'une manière informatiquement pratique, directe et simple.

En raison du changement climatique, la consommation énergétique des marchés émergents et des économies en développement a augmenté de 4,6 % en 2021, selon Global Energy Research1. Par conséquent, le monde se précipite vers des ressources énergétiques propres pour répondre à la demande énergétique, comme l’illustre la figure 1. L’énergie éolienne et l’énergie houlomotrice sont deux des sources d’énergie renouvelables les plus importantes pour l’industrie électrique. Selon la feuille de route stratégique du système marin européen, l'infrastructure énergétique des océans pour l'Europe permettra de répondre à près de 10 % de la consommation électrique européenne provenant de l'énergie éolienne, houlomotrice et marémotrice d'ici 20502. C'est pourquoi plusieurs pays, dont le Royaume-Uni et l'Espagne, ont été impliqué dans divers projets basés sur le développement de l’énergie éolienne3 et des convertisseurs d’énergie houlomotrice (WEC)4. Les éoliennes offshore constituent la meilleure alternative, avec une qualité de vent supérieure à celle des éoliennes terrestres. En conséquence, la production d’électricité offshore a remarquablement augmenté5,6.

Croissance de la production d’électricité renouvelable par scénario technologique net, 2010-2030.

Les FOWT fonctionnent sur le principe de la loi de conservation de l'énergie en convertissant l'énergie mécanique en énergie électrique qui est ensuite utilisée pour faire tourner des générateurs électriques afin de produire de l'énergie électrique. La vitesse des vents offshore est souvent plus élevée, et même une légère augmentation de la vitesse peut entraîner une croissance significative de la production d’énergie7. Par ailleurs, un type spécifique de WEC appelé OWC peut être intégré dans la structure FOWT. Le principe de fonctionnement de l'OWC consiste en une chambre fermée avec une ouverture en dessous, qui permet à l'eau de s'écouler de haut en bas, en fonction des vagues entrantes. De cette manière, l'air à l'intérieur de la chambre est comprimé et décomprimé, propulsant des turbines à air auto-rectifiantes situées dans la partie supérieure des chambres. Cette même technologie est actuellement utilisée dans la centrale houlomotrice MOWC de Mutriku8,9. Par conséquent, les FOWT et les OWC constituent certaines des technologies les plus prometteuses pour exploiter l’énergie propre et pourraient être combinées dans une plate-forme hybride, comme le montre la figure 2.