Dissertations / Theses: 'Éolienne offshore'

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Boujelben, Abir. "Géante éolienne offshore (GEOF) : analyse dynamique des pales flexibles en grandes transformations." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2442.

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Abstract:

L’objectif de ce travail porte sur le développement d’un modèle d’interaction fluide-structure adapté à la dynamique des éoliennes de grandes tailles avec des pales flexibles qui se déforment de manière significative sous l’effet de la pression exercée par le vent. Le modèle développé est basé sur une approche efficace d’IFS partitionnée pour un fluide incompressible et non visqueux en interaction avec une structure flexible soumise a des grandes transformations. Il permet de fournir une meilleure estimation de la charge aérodynamique et de la réponse dynamique associée du système (pales, mat, attachements, câbles) avec un temps de calcul raisonnable et pour des simulations sur des longues périodes. Pour la modélisation structurale, un élément fini de type solide 3D est développé pour l’étude dynamique des pales d’éolienne soumises à des grands déplacements et des grandes rotations. Une amélioration du comportement en flexion est proposée par l’introduction des degrés de liberté en rotation et l’enrichissement du champ de déplacements afin de décrire plus précisément la flexibilité des pales. Cet élément solide est apte de capter des modes de hautes fréquences qui peuvent s’avérer néfastes pour la stabilité du calcul. Deux techniques sont donc proposées pour les contrôler : la régularisation de la matrice masse et le développement des schémas d’intégration robustes de conservation et de dissipation d’énergie. Les chargements aérodynamiques sont modélisés en utilisant la Panel Method. Il s’agit d’une méthode aux frontières, relativement rapide par rapport à la CFD mais suffisamment précise pour calculer la distribution de la pression exercée sur la pale. Les modèles fluide et structure interagissent via un algorithme de couplage partitionné itératif dans lequel des considérations particulières sont prises en compte dans le contexte des grandes transformations. Dans un effort visant à instaurer un indicateur de fatigue dans la méthodologie proposée, des câbles précontraints sont introduits reliant le mat de l’éolienne au support. Une nouvelle formulation complémentaire en termes de contraintes est ainsi développée pour l’analyse dynamique des câbles 3D en comportement élasto-visco-plastique. Chaque méthode proposée a été d’abord validée sur des cas tests pertinents. Par la suite, des simulations numériques d’éoliennes avec des pales flexibles sont effectuées en vue d’affiner la compréhension de leur comportement dynamique et l’intérêt que la flexibilité des pales peut apporter à leur fonctionnement
In this work, a numerical model of fluid-structure interaction is developed for dynamic analysis of giant wind turbines with flexible blades that can deflect significantly under wind loading. The model is based on an efficient partitioned FSI approach for incompressible and inviscid flow interacting with a flexible structure undergoing large transformations. It seeks to provide the best estimate of true design aerodynamic load and the associated dynamic response of such system (blades, tower, attachments, cables). To model the structure, we developed a 3D solid element to analyze geometrically nonlinear statics and dynamics of wind turbine blades undergoing large displacements and rotations. The 3D solid bending behavior is improved by introducing rotational degrees of freedom and enriching the approximation of displacement field in order to describe the flexibility of the blades more accurately. This solid iscapable of representing high frequencies modes which should be taken under control. Thus, we proposed a regularized form of the mass matrix and robust time-stepping schemes based on energy conservation and dissipation. Aerodynamic loads are modeled by using the 3D Vortex Panel Method. Such boundary method is relatively fast to calculate pressure distribution compared to CFD and provides enough precision. The aerodynamic and structural parts interact with each other via a partitioned coupling scheme with iterative procedure where special considerations are taken into account for large overall motion. In an effort to introduce a fatigue indicator within the proposed framework, pre-stressed cables are added to the wind turbine, connecting the tower to the support and providing more stability. Therefore, a novel complementary force-based finite element formulation is constructed for dynamic analysis of elasto-viscoplastic cables. Each of theproposed methods is first validated with differents estexamples.Then,several numerical simulations of full-scale wind turbines are performed in order to better understand its dynamic behavior and to eventually optimize its operation

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Ikni, Djamel. "Production d’énergie marine : intégration de la production éolienne offshore dans un bouquet énergétique décentralisé." Thesis, Le Havre, 2014. http://www.theses.fr/2014LEHA0020/document.

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Abstract:

ACette thèse s’inscrit dans la continuité des travaux menés sur les problématiques des énergies renouvelables par le laboratoire GREAH. Elle est financée par la communauté de l’agglomération havraise (CODAH). Les taux de fluctuation de la puissance sont réglementés dans des codes de réseaux établis par des gestionnaires de réseau électrique dans le but de minimiser l’impact de ces fluctuations sur la fréquence et la tension du réseau. Comme l’énergie éolienne est de nature fluctuante, nous proposons dans ce rapport des solutions dans le cas où les taux de fluctuations de la production éolienne offshore dépassent ces limites. Parmi ces solutions, la capacité du parc éolien à lisser sa propre puissance ou par intégrations des unités de stockage; dans le premier cas l’utilisation d’une réserve de puissance dans les éoliennes est possible, pour créer cette réserve deux méthodes sont proposées et leurs performances évaluées. Pour deuxième solutions, une méthodologie sera proposée pour déterminer la technologie du stockage. Des propositions pour construire des parcs éoliens offshore avec des technologies en courant continu sont apparues. Pour permettre un couplage répondant et une bonne fiabilité des dispositifs d’électroniques de puissance utilisés dans la conception de ces nouveaux parcs, nous proposons dans ce rapport des convertisseurs adéquats et des stratégies de commandes qui assurent leurs stabilités
The research work performed in this thesis is in the framework of issues related of renewable energies led by GREAH laboratory. The research work has been funded by Le Havre Municipality Assembly (CODAH). The requirements of power fluctuations in the grid are given by the grid code established by the electricity utilities companies in order to mitigate the impact of the wind power fluctuation on frequency and voltage in electrical grid. As wind energy has a fluctuating behavior, solutions have been proposed in this thesis for the situation where the power produced by an offshore wind power plant exceeds the threshold given by the grid code. Among the solutions, we can quote the ability of the wind power plant to smooth its own power production or integrate storage units. In the first case, the use of power reserve in wind turbines is possible and two methods have been proposed, and their performance evaluated. For the second solution, a methodology to find and to choose out the storage technology has been discussed. Proposals to build offshore wind farms with technologies using direct current (DC) have emerged. To get a coupling which fulfills the requirement of good reliability of power electronic devices used for the design of new wind farms, it has been proposed in this thesis adequate converters and control strategies that ensure their stability

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Fichaux, Nicolas. "Évaluation du potentiel éolien offshore et imagerie satellitale." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2003. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001276.

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Abstract:

L'implantation d'éoliennes en mer permet de contribuer, notamment, au respect des objectifs de Kyoto par l'Europe. Ceci constitue une étape dans la lutte contre le changement climatique global. Pour localiser précisément les futurs lieux d'implantation des parcs éoliens, il est nécessaire de connaître la répartition spatiale du potentiel éolien en zones côtières. Nous démontrons que le potentiel éolien en mer doit être représenté sous forme de cartes de paramètres statistiques à haute résolution spatiale. La télédétection permettant la mesure de phénomènes physiques spatialisés, nous évaluons son apport à l'obtention de telles cartes. Les diffusomètres spatioportés permettent l'obtention de statistiques de vent, mais au large des zones d'intérêt, et à basse résolution spatiale. Les radars à ouverture synthétique (ROS) permettent, eux, l'obtention de cartes de vent à haute résolution spatiale sur les zones d'intérêt, mais ne sont pas adaptés à l'obtention de statistiques de vent. Nous définissons alors le cadre mathématique d'une méthode statistique. Cette méthode permet de tirer parti des avantages conjugués des diffusomètres et des ROS, afin d'obtenir des cartes de paramètres statistiques de vent à haute résolution spatiale sur les zones d'intérêt. Elle permet de rendre la télédétection utilisable de manière opérationnelle pour l'évaluation du potentiel éolien maritime.

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Benhamida, Mohammed Ali. "Investigation de nouvelles technologies de générateurs pour les éoliennes offshore." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMLH11/document.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse constitue une contribution à l'investigation des génératrices destinées à une application éolienne en mer. Le but est de rechercher les solutions optimales dans un domaine de recherche vaste contenant entre huit et onze variables d'optimisation, tout en respectant un cahier de charge bien précis. Afin d'y parvenir, un modèle multi-physique a été développé permettant la détermination des distributions du champ électromagnétique et de température dans les topologies de génératrices choisies avec prise en considération des non-linéarités des matériaux. La méthode des constantes localisées couplée aux fonctions d'interpolations a été choisie comme solution offrant un bon rapport temps de calculs/précision, prenant ainsi en considération les caractéristiques des matériaux (thermiques et magnétiques). Le modèle développé a été couplé à un algorithme d'optimisation génétique, NSGAII, permettant dans un premier temps ; d'investiguer le poids nécessaire des aimants permanents et des parties actives de deux topologies de génératrices synchrones à aimant permanent où dans la première les aimants sont montés en surfaces et dans la seconde insérés en concentration de flux, trois puissances différentes ont été investiguées 5, 8 et 15 [MW]. Dans un second temps, l'intégration d'un multiplicateur de vitesse magnétique dans la chaîne de conversion éolienne a été étudiée à travers la même approche optimale utilisée précédemment tout en comparant le poids nécessaires des aimants permanents pour ce type d'entrainement avec celle des topologies à attaque directe (sans multiplicateur de vitesse)
The aim of this PhD report is the investigation of electrical generators dedicated to an offshore wind turbine application. The main goal is to find optimal solutions in a vast research domain containing between eight and eleven optimization variables, while respecting a the imposed constraints. In order to achieve this goal, a multi-physics model was developed allowing the determination of the electromagnetic and temperature fields distributions in the selected topologies. Lumped models coupled to the interpolation functions were chosen as a solution offering a good computation time / precision ratio, thus taking into consideration the characteristics of the materials (thermal and magnetic). The developed model was coupled to a genetic optimization algorithm, NSGAII, allowing at first; the investigation of the necessary permanent magnets weight and the active parts one of two permanent magnet synchronous generator topologies where in the first the magnets are mounted in surfaces and in the second inserted in order to have flux concentration, three different powers have been investigated 5, 8 and 15 [MW]. Second, the integration of a magnetic gear in the wind energy conversion chain was studied using the same optimal approach previously used, while comparing the weight required of permanent magnets for this type of training with that of direct drive topologies (without gearbox)

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Isorna, Rocio. "Etude de l’interaction sol-structure et de la fondation d’une éolienne offshore soumise à des chargements statiques/cycliques." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0002/document.

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Abstract:

Les structures offshores sont conçues pour résister à des chargements environnementaux sévères. Des études expérimentales et numériques de la fondation d’une éolienne offshore soumise à des chargements statiques monotones/cycliques sont présentées dans ce manuscrit. Des pieux isolés (diamètre de 1,8 m et 40 m de longueur) et une structure en treillis fondée sur 4 pieux ont été testés à 100×g en centrifuge dans un massif de sable de Fontainebleau dense. Le comportement du pieu isolé a été identifié à travers des essais de chargement axial monotone. Différentes méthodes de mise en place de pieu ont été adoptées (installation à 1×g et à 100×g) et leur influence sur la capacité portante a été mesurée. Le diagramme de stabilité du pieu a été construit à partir des résultats des essais cycliques, des essais CPT ont été réalisés et l’influence des contraintes initiales a été étudiée. Des résultats expérimentaux de la fondation jacket soumise à des chargements latéraux cycliques sont enfin présentés. La méthode des éléments finis et un macro-élément pour des pieux ont été utilisés pour reproduire numériquement les résultats expérimentaux. Les lois de comportement adoptées sont basées sur la théorie d’hypo-plasticité et les contraintes initiales dans le sol sont issues de la méthode ICP-05. Les résultats numériques sont confrontés aux résultats expérimentaux et aux résultats analytiques obtenus à partir de la norme API
Offshore structures are designed to resist to severe environmental loads. This manuscript presents experimental and numerical studies on offshore wind turbine pile foundations submitted to static monotonic/cyclic loads. Isolated piles (diameter of 1.8 m and embedded length of 40m) and a four-legged truss structure installed in dense Fontainebleau sand have been tested at 100×g in a geotechnical centrifuge. The behavior of the isolated piles has been characterized under monotonic axial load. The piles have been jacketed at 1×g and 100×g and the influence of the setup method on the bearing capacity has been measured. The stability diagram of a pile has been constructed using cyclic tests, CPT experiments have been performed and the influence of the initial stresses has been studied. Finally, experimental results of the jacket foundation submitted to lateral cyclic loadings are presented. The finite element method and a macro-element for piles have been used to numerically reproduce the experimental results. Constitutive laws are based on the hypoplasticity theory and the initial stresses in the soil have been calculated using the IC-05 method. The numerical results are compared with the experimental and the analytical results from the API standards

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Lacaze, Jean-Baptiste. "Etude expérimentale et numérique du couplage des phénomènes aérodynamiques et hydrodynamiques sur une éolienne offshore flottante." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4735.

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Abstract:

Le présent travail est une étude sur la modélisation des éoliennes flottantes alliant à la fois des chargements hydrodynamiques et aérodynamiques. L’approche expérimentale a tiré profit de la grande soufflerie de Luminy opérée par le MIO (Institut Océanologique de Méditerranée), unissant une soufflerie de très bonne qualité avec un bassin équipé de systèmes de génération de houle et de courant. Les dimensions de cette installation imposent un travail à échelle très réduite introduisant ainsi les interrogations sur les similitudes à respecter (Reynolds, Froude) et les complexités de maquettage. Ces travaux ont permis de développer des outils numériques avec d’un côté une approche fréquentielle basé sur un code utilisant les éléments finis développé par l’IFP au début des années 70, et de l’autre, une approche temporelle basé sur les formulations de Morison ou de Rainey permettant l’introduction de méthodes avancées de calculs des efforts aérodynamiques
The present work focuses on the modeling of the hydrodynamic and aerodynamic loads on a floating wind turbine. The experimental approach took advantage of the wind and wave flume in Luminy operated by the MIO (Mediterranean Institute for Oceanography) comprising a wind tunnel with a very high flow quality blowing over a wave tank. The dimensions of the installation impose working at very small scales for which the similitudes (Reynolds, Froude) introduce high modeling complexities. This work allowed the development of numerical tools using one the one hand a frequency domain approach based on a finite element code developped by IFP¨in the early seventies, and in the other hand a time-domain approach based on Morison or Rainey formulation for hydrodynamic loads allowing the introduction of advanced methods for aerodynamic loads computation

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Coudurier, Christophe. "Conception, modélisation et contrôle d'un tube anti-roulis multidirectionnel pour une barge offshore portant une éolienne." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM054/document.

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Abstract:

Suite à la mise en place de politiques publiques favorisant les énergies renouvelables, la construction de fermes éoliennes offshore est en plein essor aux quatre coins du monde. Or, la technique de l'éolienne offshore posée, la seule utilisée actuellement, n'est pas viable économiquement dans des eaux trop profondes. Ceci représente un sérieux frein au développement de l'énergie éolienne. Pour cette raison, la communauté scientifique s'intéresse depuis plusieurs années aux éoliennes sur plates-formes flottantes. En eau profonde, cette technologie est intéressante. Mais le fait que l'éolienne ne soit pas encastrée au fond de la mer augmente très significativement les sollicitations mécaniques induites par les vagues.Pour réduire ces sollicitations qui ont de nombreux effets néfastes, différentes approches sont possibles. Essayer de compenser les oscillations « avant-arrière » du mât de l'éolienne en pilotant la force de poussée exercée au niveau du rotor a déjà été écarté dans la littérature. Nous nous sommes concentrés sur l'ajout d'un dispositif de stabilisation interne à la plate-forme, de type Tuned Liquid Column Damper (un tube en U contenant un liquide, TLCD, encore appelé tube anti-roulis), utilisé dans d'autres contextes. Le dispositif que nous proposons est un dispositif actif où les paramètres du TLCD sont ajustés en temps réel, au cours du mouvement induit par les vagues. La mise à jour des paramètres suit une stratégie reposant sur une analyse des interactions entre le TLCD et la plate-forme (appelée ici barge) sur laquelle est installée l'éolienne. Nous avons modélisé le mouvement de la barge seul et son couplage avec le TLCD dans le plan grâce à une approche Lagrangienne. Nous avons étudié les effets des interactions du TLCD avec la barge dans le cas où le coefficient de perte de charge dans le tube était constant. Les limites de cette approche ont été détaillées grâce aux résultats classiques de la littérature sur les oscillateurs mécaniques couplés. Nous nous sommes ensuite concentrés sur une approche active consistant à modifier les caractéristiques du système en temps réel. Nous avons proposé des stratégies de type Linear Quadratic Regulator et de type Model Predictive Control agissant sur le coefficient de perte de charge. Dans un deuxième temps, les simulations nous ont ensuite permis d'écarter la commande MPC dont le rapport performance / complexité n'est pas favorable par rapport à la commande LQR dans ce cas précis.Une étude plus générale du système, en trois dimensions, nous a permis de vérifier que le TLCD classique dans sa version passive ou dans la version active que nous proposions n'est pas du tout robuste à l'incidence de la houle. Nous avons donc imaginé et modélisé des dispositifs inspirés du TLCD mais permettant d'amortir les oscillations de la houle de manière efficace, indépendamment de l'incidence de la houle. Nous avons nommé ces dispositifs TLMCD, pour Tuned Liquid Multiple Columns Damper.Les dispositif que nous proposons sont des systèmes TLMCD actifs. Ils sont conçus d'après les modélisations 3D que nous avons développées et une étude des coûts. Pour ces dispositifs, nous avons aussi détaillé les spécificités de la synthèse des stratégies LQR pour amortir les oscillations de la barge indépendamment de l'incidence de la houle.La performance de ces solutions d'amortissement a finalement été évaluée par simulation pour un large éventail de conditions de houle, couvrant les spécifications d'un “ cahier des charges ” que nous présentons. On observe une réduction des oscillations en roulis de la barge qui peut atteindre un facteur 4 par rapport à l'éolienne flottante sans TLCD. Ces résultats nous montrent que le dispositif TLMCD que nous proposons est un dispositif intéressant pour amortir de manière significative, robuste et économiquement abordable notre système
Thanks to the recent policies of subsidizing renewables energies, constructions of oﬀshore wind farms are booming all over the world. Yet, fixed-bottom wind turbine technology, the only one currently deployed, are too costly for deep waters. This hinders the development of wind power. This is why the scientific community has an interest in floating wind turbines (FWT). The cost of these wind turbines does not depend much on water depth. But since the wind turbine is not fixed into the seabed, the mechanical stress caused by the waves significatively raises.To reduce these detrimental loads, different approaches can be used. The litterature already discarded the control of the wind thrust applied on the rotor to compensate the "fore-aft" oscillations of the tower. We focused on stabilizing floating wind turbine by means of an attached damping system placed inside the float, it is a Tuned Liquid Column Damper (a U-tube containing a liquid, TLCD, also known as anti-roll tank), used in other areas. The damper we propose is an active system where TLCD parameters are continuously modified. Parameters are updated according to a strategy defined thanks to an analysis of the interactions between TLCD and the float (referred to as barge) supporting the wind turbine. We modelled the coupled dynamics of the barge and the TLCD in the vertical plan using a Lagrangian approach. We studied the motions of the damped system for a constant head-loss coefficient in the TLCD. The limits of this approach were detailed thanks to the classic results in double oscillators literature. Then, we focused on an active approach involving a time varying of the head-loss coefficient. We proposed Linear Quadratic Regulator and Model Predictive Control strategies to determine the head-loss coefficient. At a later stage, simulations enabled us to discard the MPC strategy as its complexity/performance ratio is rather bad compared to the LQR strategy in this particular case.A more general study of the system, in three dimensions, showed us that the TLCD is not robust against wave incidence. Therefore, we imagined and modeled new dampers inspired by the TLCD, which can damp the float effectively, regardless of the wave incidence. We named those dampers Tuned Liquid Multiple Column Damper (TLMCD).The dampers we propose are active TLMCD. Their designs are based on their dynamic properties and a cost study. We also detailed the specificities of LQR design to ensure the best possible robustness against wave incidence.The performance of the proposed TLMCD dampers was assessed through numerical simulations for a wide range of sea conditions. We observe that barge roll can be reduced by a factor of four compared to the undamped FWT. These results show us that the TLMCD we propose is interesting to damp significantly, robustly and economically our FWT

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Binti, Abd Jamil Roshamida. "Optimization of the capacity factor of energy ships for far-offshore wind energy conversion using weather-routing." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0002.

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Abstract:

Le navire à énergie est un concept relativement nouveau pour la récolte d'énergie éolienne offshore. Il s'agit d'un navire propulsé par le vent qui produit de l'électricité à l'aide de turbines hydrauliques fixées sous sa coque. Étant donné que le navire énergétique n'est pas connecté au réseau, l'énergie générée est stockée à bord (par exemple, à l'aide de batteries ou par conversion en hydrogène à l'aide d'un électrolyseur). Un avantage clé du navire énergétique est qu'il est mobile. Par conséquent, sa trajectoire peut être optimisée à l'aide d'un routage météorologique afin de maximiser la production d'énergie, ce qui est l'objet de cette thèse. L'analyse de la thèse est basée sur des simulations numériques. Le logiciel de routage météo est une versionmodifiée de QtVlm dans laquelle l'objectif d'optimisation a été remplacé par la maximisation de la production d'énergie. Le vaisseau énergétique est modélisé dans le logiciel par une polaire de vitesse et une polaire de production d'énergie. Les données de vent sont basées sur le jeu de données de vent ECMWF ERA-5. Le concept de navire à énergie est particulièrement bien adapté à la récolte de la conversion d'énergie éolienne dans le lointain au large. Par conséquent, le facteur de capacité des navires à énergie déployés dans l'océan Atlantique Nord est d'abord étudié. Les résultats montrent qu'un facteur de capacité de 70 % peut être atteint (moyenne annuelle). Elle est similaire à celle des parcs éoliens offshore flottants qui seraient déployés dans la même zone. Les navires à énergie peuvent également être utilisés pour l'alimentation électrique des îles et des communautés côtières. Par conséquent, le facteur de capacité des navires à énergie déployés à proximité du littoral est également étudié. Deux études de cas sont envisagées : l'île de « l'Ile de Sein » et l'archipel de « Saint-Pierre-et-Miquelon ». Les résultats montrent que le facteur de capacité est de l'ordre de 50 %. Dans ce cas, elle serait de 10 à 20 % inférieure à celle des parcs éoliens offshore. L'optimisation du routage météo dépend de paramètres physiques (par exemple, capacité de stockage, puissance nominale) et numériques. Des analyses de sensibilité sont effectuées afin de comprendre leur effet sur la production d'énergie. Les résultats montrent que l'algorithme d'optimisation dans QtVlm tend à converger vers les maxima locaux. Par conséquent, les travaux futurs devraient être orientés vers le développement de meilleures méthodes d'optimisation
The energy ship is a relatively new concept for offshore wind energy harvesting. It consists of a windpropelled ship that generates electricity using water turbines attached underneath its hull. Since the energy ship is not grid-connected, the generated energy is stored aboard (for instance, using batteries or through conversion to hydrogen using an electrolyzer). A key advantage of the energy ship is that it is mobile. Therefore, its trajectory can be optimized using weatherrouting in order to maximize energy production, which is the focus of this thesis. The analysis in the thesis is based on numerical simulations. The weather-routing software is a modified version of QtVlm in which the optimization objective has been replaced by the maximization of the energy production. The energy ship is modelled in the software by a velocity polar and a power production polar. The wind data is based on the ECMWF ERA-5 wind dataset. The energy ship concept is particularly well-suited for the harvesting of the wind energy conversion in the faroffshore. Therefore, the capacity factor of energy ships deployed in the North-Atlantic Ocean is investigated first. Results show that a capacity factor of 70% can be (annual average). It is similar to that of floating offshore wind farms which would be deployed in the same area. Energy ships may also be used for the power supply of islands and coastal communities. Therefore, the capacity factor of energy ships deployed nearshore is also investigated. Two case studies are considered: the island of “Ile de Sein” and the “Saint-Pierre-et-Miquelon” archipelagos. Results show that the capacity factor is in the order of 50%. In this case, it would be 10 to 20% smaller than that of offshore wind farms. The weather-routing optimization depends on physical (e.g. storage capacity, rated power) and numerical parameters. Sensitivity analyses are performed in order to understand their effect on energy production. Results show that the optimization algorithm in QtVlm tends to converge to local maxima. Therefore, future work should be directed towards the development of better optimization methods

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Kerner, Laura. "Interaction sol-structure sous sollicitations cycliques dynamiques : Application aux éoliennes offshore fondées sur monopieu." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1118/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’articule autour de la problématique de l’évolution de la première fréquence propre d’une éolienne en mer au cours de sa durée d’exploitation. Ce type de structure élancée est soumis à des chargements cycliques et dynamiques tels que le vent, les vagues, les courants marins, la rotation des pales. Ces chargements ont des fréquences de sollicitation proches de la première fréquence propre de l’éolienne, celle-ci s’inscrivant dans un intervalle restreint entre la fréquence du rotor et celle des pales. Afin d’éviter tout phénomène de résonance, il convient d’évaluer précisément à la fois la première fréquence propre de l’éolienne juste après son installation ainsi que son évolution au cours de son exploitation. Ces deux problématiques ont été considérées dans cette étude.Dans ce contexte, un travail expérimental a été réalisé autour de deux modèles physiques 1g d’éolienne en mer fondée sur monopieu et installée dans un massif de sable de Fontainebleau. En se basant sur une modélisation de la fondation à l’aide d’un ensemble de ressorts, latéral et de torsion, une série d’essais a été réalisée afin d’évaluer à la fois la raideur de ces ressorts, mais aussi la fréquence propre du modèle physique considéré. Cette méthode a été comparée à des méthodes existantes et a aussi permis le développement de méthodes originales. Réaliser les essais sur deux modèles à échelle différente (1/60 et 1/120) a permis d’adapter les résultats obtenus aux cas d’une éolienne à échelle 1. Enfin, dans le cadre de l’étude de l’évolution de la structure au cours de son exploitation, des essais de sollicitations cycliques ont été réalisés. Une étude paramétrique se concentrant sur l’influence de la fréquence de la sollicitation et de la force globale appliquée a été proposée. Les résultats obtenus permettent d’analyser le comportement des modèles réduits, soumis à un maximum d’un million de cycles, en se concentrant sur l’évolution du déplacement, de la rotation et de la fréquence propre de ces structures. Ces résultats sont comparés aux limites imposées pour l’état limite de service d’une éolienne grandeur réelle
This PhD thesis deals with the main issue which is the evolution of the first natural frequency of an offshore wind turbine. These slender structures are submitted to cyclic and dynamic loads such as wind, waves, currents, and the blade rotations. The frequencies related to these loads are close to the first natural frequency of the turbine, which lay in a narrow interval between the frequencies of the rotor and the blades. In order to avoid any resonance phenomenon, one needs a precise evaluation of not only the natural frequency of the wind turbine after its installation but also its evolution during the operation of the turbine. These two issues are considered in this work.In this context, an experimental work was developed considering two 1g physical models of an offshore wind turbine with a monopile foundation installed in Fontainebleau sand. Based on the modelling of the foundation as a set of lateral and rotational springs, an experimental program was developed in order to evaluate the stiffness of these springs and the natural frequency of the scaled models. This method was first compared to the existing methods and has allowed to develop some original methods to evaluate the natural frequency of the considered scaled model. The tests, conducted on two physical models with different scales (1/60 and 1/120), also allowed us to adapt the obtained results to a real offshore wind turbine. As a part of the study of the turbine’s evolution during its operation, cyclic load tests were conducted. A parametric study is proposed with a focus on the influence of the load’s frequency and its amplitude. The obtained results allowed us to analyze the behavior of the scaled models submitted up to one million cycles considering, mainly, the evolution of the displacement, the rotation, and the natural frequency of the structures. These results were then compared to the limits imposed by the serviceability limit state of a real offshore wind turbine

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Ramachandran, Ragavendran. "Gestion des flux énergétiques d'une ferme éolienne offshore connectée à un système HVDC au travers d'un redresseur à diodes." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0015.

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Abstract:

La transition énergétique pour un monde plus durable est désormais la priorité de nombreux pays. Dans cet objectif, notamment en Europe, le développement de l’énergie éolienne en mer (offshore) a été rapide. Le transport de l’électricité en Courant Continu Haute Tension (HVDC) basé sur un convertisseur électronique à source de tension (VSC) est la solution de transport, pour les fermes éoliennes en mer éloignées de plus de 50 km de la côte. La solution d’un redresseur à diodes dans les stations de conversion en mer est plus compacte, robuste et moins cher. Cette thèse porte sur les divers problèmes technologiques et scientifiques liés au contrôle du réseau alternatif isolé en mer permettant le raccordement des fermes éoliennes. Ces verrous sont d’abord examinés en détail dans l’état de l’art. Ensuite, une organisation du contrôle de la tension et de la fréquence de ce réseau (dit Grid Forming) est proposée en utilisant les caractéristiques techniques P-V et Q-f avec une solution pour la synchronisation entre les éoliennes. Certaines des solutions de contrôle en Grid Forming sont comparées et évaluées à l'aide de simulations dans le domaine temporel, pour un cas d'étude donné. Puis, une nouvelle solution est proposée pour le démarrage du réseau offshore (black start) et un contrôle automatisé de la supervision, basé sur la modélisation sous forme d’un système à événements discrets (SED). La théorie du contrôle par supervision (TCS) est implémentée et testée pour un cas d'étude. Ensuite, les différents types de défauts du système sont analysés à l’aide de la littérature; et le schéma de contrôle du Grid Forming conçu dans cette thèse est complétée pour apporter une capacité de fonctionnement lors d’un défaut du réseau AC offshore. Enfin, une brève analyse est faite sur les défis pour l’intégration de ce type de ferme au réseau MTDC
Energy Transition for a more sustainable world is now the priority in societies. Towards this objective, especially in Europe, the offshore wind energy development has been fast. For Offshore Wind Power Plants (OWPP) farther from the shore (50 km and beyond) Voltage Source Converter (VSC) based High Voltage DC (HVDC) Transmission has become a the prominent solution. Replacement of offshore VSC station by multiple Diode Rectifier Units (DRUs) led to a cheaper, more compact and robust solution. This thesis focusses on various technological and scientific problems involved in the control system of the Offshore Wind power Plant with Diode Rectifier (DR) based HVDC transmission. These challengess are first reviewed in detail along with the state of the art. Then, based on the system dynamics, a grid forming control scheme is proposed by using the P-V and Q-f droop relationships with a solution for the synchronization of the wind generators. Following this, some of the selected control solutions in the literature for this topology are reviewed, compared and assessed by using time domain simulations of a study case. Following this, a novel black start strategy is devised for the offshore network and a Supervisory Control is implemented for a study case by using a Discrete Event System (DES) based modeling and Supervisory Control Theory (SCT). The various faults in the offshore system are then analyzed and the above designed Grid forming control scheme is extended with Fault Ride through (FRT) capability, for offshore AC grid faults. Finally, a brief analysis is done on the challenges for the integration of this OWPP topology into a Multi Terminal DC (MTDC) network

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Courbois, Adrien. "Étude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne offshore flottante soumise à l'action conjuguée de la houle et du vent." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00840511.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne flottante sous l'action conjuguée de la houle et du vent. Pour cela, un nouveau moyen d'essai permettant la génération de vent a été développé sur le bassin de houle de l'École Centrale de Nantes. La qualification aérodynamique de ce dispositif a mis en évidence un faible taux de turbulence et une bonne homogénéité spatiale. Ce dispositif permet également la génération de fluctuations de vitesse basses fréquences par contrôle de la vitesse de rotation des ventilateurs. Dans un second temps, un modèle réduit d'éolienne flottante a été dimensionné à l'échelle du 1/50e suivant une méthodologie adaptée à ce type d'essai. Cette maquette a ensuite été étudiée en bassin afin de caractériser son comportement sous l'action de la houle et du vent. L'influence de la direction principale de la houle par rapport au vent ainsi que d'un vent fluctuant possédant les caractéristiques d'un spectre de vent marin est aussi évoquée dans ce document. Les résultats de ces essais ont finalement fait l'objet d'une première comparaison avec un modèle numérique développé au LHEEA. Parallèlement, les résultats des essais ont également été comparés avec une approche simplifiée remplaçant le rotor par un disque équivalent en termes de traînée aérodynamique afin de valider ou non ce type de simplification.

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Courbois, Adrien. "Etude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne offshore flottante soumise à l'action conjuguée de la houle et du vent." Ecole centrale de Nantes, 2013. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00840511.

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Ben, Ticha Mohamed Bassam. "Fusion de données satellitaires pour la cartographie du potentiel éolien offshore." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00198912.

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Abstract:

L'énergie éolienne est une des composantes d'une politique énergétique permettant de réaliser un développement durable. Ces dernières années, des parcs éoliens offshore ont été installés. Ces parcs bénéficient d'un vent plus fort et plus régulier en mer que sur terre. Pour un choix judicieux des lieux d'implantation des parcs éoliens, il est nécessaire de disposer d'une cartographie du potentiel éolien. Ces cartes doivent être à haute résolution spatiale pour détecter les variations du potentiel à l'échelle d'un parc éolien. La cartographie du potentiel éolien se fait au travers de la description de la variation spatiale des paramètres statistiques caractérisant la climatologie du vent. Pour une estimation précise de ces paramètres statistiques, il est nécessaire d'avoir des mesures de vitesse et de direction du vent à haute résolution temporelle. Cependant, aucune source de données, actuelle, n'allie la haute résolution spatiale et la haute résolution temporelle. On propose une méthode de fusion de données permettant de tirer profit de la haute résolution spatiale de certains instruments de télédétection (les radars à ouverture synthétiques) et de la haute résolution temporelle d'autres instruments de télédétection (les radars diffusomètres). La méthode de fusion est appliquée à un cas d'étude et les résultats sont évalués. Les résultats montrent la pertinence de la fusion de données pour la cartographie du potentiel éolien offshore.

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El, Haj Abdul Kader. "Enhanced kriging-based approaches for the probabilistic analysis of a large diameter offshore monopile in a spatially varying soil." Thesis, Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019NANT4036.

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Abstract:

Cette thèse a pour but de réaliser une analyse probabiliste d'une fondation d’éolienne offshore de type monopieu encastrée dans un sol argileux spatialement variable. L'analyse probabiliste des structures géotechniques impliquant des propriétés de sol variant spatialement est généralement effectuée à l'aide de méthodes de simulation telles que la méthode classique de Monte Carlo ou les techniques de réduction de variance. Ces méthodes ne sont pas suffisantes pour estimer les faibles valeurs de la probabilité de ruine rencontrées dans la pratique avec une grande précision, surtout lorsqu’on considère un modèle mécanique très couteux en temps de calcul, comme c’est le cas dans cette thèse. L’approche AK-MCS basée sur le Krigeage est une approche d’apprentissage actif combinant un métamodèle de Krigeage avec la technique de simulation de Monte Carlo. Dans le cadre de cette approche, la technique de simulation de Monte Carlo est effectuée sans évaluer l'ensemble de la population. En effet, la population est prédite à l'aide d'un méta-modèle de Krigeage qui est défini sur la base d’un nombre réduit de points de la population, ce qui permet de réduire considérablement le temps de calcul par rapport à la technique de Monte Carlo. Notons cependant que l’approche AK-MCS pose des problèmes liés (i) à la stratégie de sélection de nouveaux échantillons d’apprentissage lors de l’enrichissement du méta-modèle et (ii) au critère d’arrêt correspondant. Trois approches basées sur le Krigeage (GSAS, AK-MCSm et AK-MCSd) ont été développées afin de surmonter ces problèmes. GSAS est une approche basée sur une analyse de sensibilité globale. AK-MCSm est une approche utilisant une technique d’enrichissement multipoint. Enfin, AK-MCSd est une approche basée sur le Krigeage et prenant en compte la dépendance entre les prédictions du modèle de Krigeage. Les approches proposées se sont avérées fournir des outils efficaces pour le calcul de la faible probabilité de ruine de fondations d’éoliennes offshore dans un temps de calcul raisonnable
This thesis aims at performing a probabilistic analysis of an offshore monopile foundation embedded in a spatially varying clayey soil. The probabilistic analysis of geotechnical structures involving spatially varying soil properties is generally performed using simulation methods as the conventional Monte Carlo Simulation MCS methodology or the variance reduction techniques. These methods are not suitable for the accurate assessment of the small values of the failure probability encountered in practice when considering a computationally expensive mechanical model as is the case in this thesis. The traditional Kriging-based approach AK-MCS is an Active learning approach combining Kriging metamodeling and MCS simulation technique. Within AK-MCS, Monte Carlo simulation is performed without evaluating the whole MCS population. Indeed, the population is predicted using a Kriging meta-model which is defined on the basis of only a few points of the population, thus significantly reducing the computation time with respect to the crude MCS. Notice however that AK-MCS approach presents some issues related to (i) the strategy of selection of new training samples when performing the enrichment process of the Kriging meta-model and (ii) the corresponding stopping criterion. Three Kriging-based approaches (namely, GSAS, AK-MCSm and AK-MCSd) were developed in order to overcome these issues. GSAS is a Global sensitivity analysis-enhanced surrogate modelling approach, AK-MCSm is a multi-point enrichment approach and AK-MCSd is a Kriging-based approach that takes into account the dependency between the Kriging predictions. The proposed approaches were found to provide efficient tools for the computation of the small failure probability of complex offshore foundations within a reasonable computation time

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Arnal, Vincent. "Modélisation expérimentale d'une éolienne flottante par une approche "sofware-in-the-loop"." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0037.

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Abstract:

Les outils de calcul actuels pour la modélisation numérique multi-physique (vent, vagues, courant, etc.) d’une éolienne flottante ont besoin de validations par des campagnes expérimentales. L’objectif de ce travail est le développement et la validation d’un dispositif expérimental dédié aux essais en bassin à houle d’une éolienne flottante, en se concentrant sur la représentation des efforts du vent. Pour cela, une approche hybride combinant modélisations physique et numérique est développée, appelée “software-in-the-loop” (SIL). Le développement des différentes briques composant un système SIL inclut (i) la sélection et le développement du modèle numérique (ii) le dimensionnement du système de reproduction des efforts (actionneurs) et (iii) la définition de l’environnement temps-réel pour l’intégration du modèle numérique, le contrôle des actionneurs, et l’acquisition des grandeurs mesurables. Pour caractériser et identifier les performances du système SIL, des méthodologies dédiées sont développées. Des bancs d’essais spécifiques sont construits, et des essais en bassin d’une éolienne flottante sont réalisés. Ces essais en bassins sont ensuite comparés à des simulations couplées aéro-hydro-servo structure pour investiguer les hypothèses du modèle d’efforts hydrodynamiques
Actual calculation tools for the multi physical numerical modeling (wind, waves, current, etc.) of a floating wind turbine need validation through experimental campaigns. The objective of this work is the development and validation of an experimental apparatus dedicated to floating wind turbines wave tank testing, focusing on the representation of wind turbine forces. A hybrid approach combining physical and numerical modeling is developed, called “software-in-the-loop” (SIL). The development of the different subsystems of an SIL system includes (i) the selection and development of the numerical model (ii) the design of the force reproduction system (actuators) and (iii) the definition of the real time environment for the integration of the numerical model, the control of actuators, and the data acquisition. To characterize and identify the performances of the SIL system, dedicated methodologies are developed. Specific test benches are built, and wave tank tests of a floating wind turbine are carried out. These wave tank tests are then compared to coupled aero-hydro-servo structure simulations to investigate the hypotheses of the hydrodynamic force model

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Monjean, Pascal. "Optimisation de l'architecture et des flux énergétiques de centrales à énergies renouvelables offshore et onshore équipées de liaisons en continu." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00749737.

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Abstract:

Les objectifs concernant la part des énergies renouvelables dans la production d'électricité sont de 20 % en 2020 en UE. L'éolien offshore principalement ainsi que les ressources hydroliennes et les panneaux photovoltaïques, vont contribuer à cet objectif. Les améliorations récentes dans le domaine de l'électronique de puissance amènent à repenser les architectures électrotechniques des fermes éoliennes de plus en plus éloignées du continent et présentant des puissances de plus en plus importantes. Plusieurs topologies électrotechniques de fermes éoliennes offshore sont comparées afin de définir la plus intéressante d'un point de vue faisabilité, efficacité et fiabilité. La solution de connexion retenue est entièrement en DC car elle présente des pertes diminuées et des convertisseurs DC-DC avec transformateurs haute-fréquence apportant un gain d'encombrement comparé à une topologie classique en AC. La topologie DC est alors modélisée avec une attention particulière portée aux convertisseurs DC-DC Full-Bridge, cœur technologique de la ferme. Un contrôle du convertisseur par entrelacement des commandes du convertisseur est explicité afin de réduire la taille du filtre en sortie. Deux expérimentations à échelle réelle (2 MW) et réduite (4 kW) permettent de valider le modèle, les pertes et les contrôles implantés sur le convertisseur. Les protections qui peuvent être mises en place pour un réseau de distribution DC sont aussi étudiées avec une proposition de disjoncteur statique DC. Une connexion entre un simulateur temps réel et le banc d'essai 4 kW est réalisée afin de comparer le comportement des convertisseurs de la ferme sur des échelles de temps importantes. Différents contrôles sont testés, et plus particulièrement ceux permettant de valider la capacité de la ferme à rester connectée au réseau pendant les défauts AC. L'ensemble des théories développées sur le cas d'étude éolien offshore sont étendues à des fermes solaires de fortes puissances afin de mettre en évidence les analogies entre ces deux énergies renouvelables.

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Ladeira, Icaro. "Développement d'un solveur rapide et fiable basé sur des formules simplifiées pour évaluer la réponse des supports tubulaires d'éoliennes offshore soumis à l 'impact d'un navire." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2023. http://www.theses.fr/2023ECDN0016.

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Abstract:

Cette thèse traite du développementde méthodes analytiques pour l’analyse de laréponse aux collisions de navires d’éoliennesoffshores tubulaires telles que les monopieux etles flotteurs de type Spar, en considérant lesdéformations non seulement plastiques maisaussi élastiques, ceci afin de traiter des impactsà faible et à haute énergies.Le travail de recherche s’articule en deuxparties. La première concerne la réponse àl’impact d’éoliennes classiques tubulaires endéformation élastoplastique quasi-statique. Unalgorithme « pas à pas » est développé sur labase de formulations théoriques puisimplémenté dans un solveur permettant deprédire le processus de déformation complet del'éolienne.Dans la seconde partie, la réponse dynamiqueélastique d’un monopieu impacté par un navireest étudiée. Une méthode basée sur desmatrices de transfert est développée pourquantifier la réponse de l'éolienne à une chargeimpulsionnelle donnée et en particulierl'accélération vue par la nacelle.Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre duprojet de recherche ColFOWT, qui vise àdévelopper un outil complet et rapide d'analysede collisions navire-éolienne offshore. L'outilpermettra à terme de modéliser le processusde transfert d'énergie multi-mécanismes qui alieu lors d'une collision de navire, y compris lesmodes de déformation locaux et globaux ainsique l’effet des chargements hydrodynamiqueset des lignes d’ancrage
This thesis focuses on thedevelopment of simplified methodologies toassess the ship collision response of offshorewind turbines (OWT) supported by standalonetubular members such as monopiles and sparfloaters, with the inclusion of elasticcontributions, and the capability to address bothlow and high-energy impactsThe research is divided into two parts. The firstpart concerns the quasi-static elasto-plasticimpact response of typical OWTs. A timesteppingalgorithm was developed based ontheoretical formulations and implemented in astructural solver that is capable of predicting theOWT’s complete deformation process.The second part examines the dynamic elasticresponse of a monopile to a ship impact. Asimplified two-step framework based ontransfer matrices was developed to assess theresponse of the OWT to a given collision load,in particular the RNA acceleration.This thesis was conducted in the framework ofthe ColFOWT project, which aims to develop acomprehensive and rapid assessment tool forship-OWT collisions. The tool will be capable ofmodelling the multi-mechanism energy transferprocess that takes place during a collisionevent, including local and global deformationmechanisms, hydrodynamic effects, andmooring response

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Tekobon, Jerry. "Système multi physique de simulation pour l'étude de la production de l'énergie basée sur le couplage éolien offshore-hydrolien." Thesis, Le Havre, 2016. http://www.theses.fr/2016LEHA0031/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse concernent le développement d’une plateforme d’émulation temps réel destinée aux études théoriques et expérimentales des systèmes hybrides éolien- hydrolien. Diverses architectures de couplages énergétiques sont traitées sur la base des similitudes fonctionnelles des deux systèmes et par des concepts d’émulation à la fois numériques et expérimentaux. La notion de simulation en temps « accéléré » a été développée. Le concept a été validé sur la plateforme expérimentale en utilisant l’évolution de la puissance moyenne délivrée par une turbine éolienne de petite puissance. Cette approche pourra permettre de réduire les temps d’observation des campagnes de mesure, d’accélérer les études sur le potentiel éolien des sites en développement. Nous avons développé également deux types de couplage du système hybride éolien-hydolien. Un couplage électrique basé sur la connexion en parallèle sur un bus continu des deux turbines. Nous avons développé un concept innovant d’un couplage électromécanique basé sur l’utilisation d’une seule génératrice asynchrone sur laquelle sont simultanément couplés les arbres de la turbine éolienne et de la turbine hydrolienne. Pour cela, un servomoteur à commande vectorielle nous a servi à émuler la turbine éolienne pendant qu’un moteur synchrone nous a servi d'émulateur de turbine hydrolienne. L’arbre de la génératrice sert de couplage mécanique entre les deux systèmes. Nous avons mis en évidence dans les expérimentations effectuées, la complémentarité des productions électriques des deux systèmes, et également le besoin de leur adjoindre un système de stockage pour palier à une baisse simultanée de deux productions d’énergie
The thesis work concerns the development of a real-time emulation platform for theoretical and experimental studies of offshore wind and tidal power hybrid systems. Various energy coupling architectures are processed on the basis of the functional similarities of two systems and by both numerical and experimental emulation concepts. The notion of accelerated time used for real time simulation has been developed. The concept was validated on the experimental platform using the evolution of the mean power delivered by a small wind turbine. This approach can reduce the observation times of the measurement campaigns and could accelerate the studies for the wind potential of developing sites. We have also developed two types of coupling of the wind-tidal hybrid system. An electrical coupling based on the connection in parallel on a continuous bus of two turbines. We have developed an innovative concept of an electromechanical coupling based on the use of a single asynchronous generator on which the wind turbine and tidal turbine are simultaneously coupled. For this purpose, a vector-controlled servomotor was used to emulate the wind turbine while a synchronous motor was used as a tidal turbine emulator. The generator shaft is used as a mechanical coupling between the two systems. We have demonstrated in the experiments that we have developed the complementarity of the electrical productions of the two systems; we highlighted the need to add a storage system to compensate the simultaneous decrease of the two energy productions. The real time simulations results allow us to validate the feasibility of such a coupling

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Bussolati, Federico. "Modèle multi-échelle de la fatigue des lignes d’ancrage câblées pour l’éolien offshore flottant." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN041/document.

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Abstract:

La fonction principale des systèmes d'ancrage des éoliennes offshore flottantes est de limiter les mouvements du support. Les lignes d'ancrage qui les composent sont typiquement constituées de chaînes, de câbles aciers, de câbles synthétiques ou d'une combinaison de ces composants.Dans cette thèse, on se concentre sur les câbles en acier qui permettent de réduire le poids et d'augmenter la résistance en tension par rapport aux chaînes. Leur dimensionnement dépend des chargements en tension et flexion, liés aux mouvements du flotteur sous l'action de la mer et du vent.L'objectif de la thèse est le développement d'un nouveau modèle numérique pour prédire la durée de vie en fatigue des câbles d'ancrage d'une éolienne offshore flottante. Il doit notamment simuler les glissements relatifs entre les fils au cours d'une flexion du câble. Des résultats d'essais de tension-flexion de la littérature ont en effet montré que la première rupture est localisée près du plan neutre de flexion, où ces déplacements relatifs sont les plus grands. Cet effet majeur sur la durée de vie du câble n'est pas pris en compte par les lois de fatigue en tension-tension des normes de design offshore actuelles.Il faut aussi remarquer que l'utilisation d'un modèle détaillé de câble dans une démarche de dimensionnement à la fatigue représente un vrai défi. Le nombre élevé d'interactions de contact à modéliser, de l'ordre de plusieurs milliers par mètre de câble, et le grand nombre de cas de chargement rendent ce type de calculs très coûteux.Les chargements qui sont utilisés dans le modèle local de câble sont issus de calculs globaux réalisés à l'aide d'un logiciel multiphysique (Deeplines). Ce logiciel permet de simuler les conditions environnementales (vent, houle, courant) appliquées sur l'ensemble de la structure offshore.Nous montrons que le comportement non linéaire en flexion du câble, lié aux interactions de contact entre les fils, n'influence pas significativement les résultats du modèle global. Cette observation justifie une démarche de type descendante, les calculs globaux pouvant être réalisés en première étape. Les évolutions temporelles des tensions et courbures globales sont appliquées uniformément sur le fil central du modèle local du câble. La continuité du câble est représentée par des conditions de périodicité reliant les sections de bord à des points internes du modèle situés sur la même position circonférentielle. Les fils sont modélisés par des éléments poutres. On obtient les contraintes généralisées sur les fils, les forces de contact et les glissements relatifs. Des premières analyses ont montré que les déplacements relatifs entre les fils restent petits dans notre cadre d'application. Afin de réduire le coût calcul, nous avons développé un nouvel élément de contact entre poutres non parallèles, avec un appariement fixe de contact, dans l'hypothèse de petits glissements mais en grands déplacements et grandes rotations. Des tests numériques montrent l'amélioration obtenue, avec un résultat plus proche d'un modèle de référence qui considère un contact surfacique. De plus, le nouveau modèle réduit significativement le coût calcul et se montre plus robuste en convergence, ce qui s'avère crucial pour un calcul de fatigue. Les sorties du modèle local sont ensuite utilisées pour prédire un état de contrainte 3D, en exploitant des solutions analytiques de contact entre corps cylindriques. Finalement, un critère de fatigue multiaxial de la littérature est appliqué pour évaluer le risque en dommage
The main function of mooring systems of floating offshore wind turbines is to ensure station keeping. The mooring lines can be composed of chains, wire ropes, synthetic ropes, or even a combination of them. In this thesis we focus on wire ropes, whose advantage over chain is to sustain high tension at a lower weight. Their design must consider the successive tension and bending loading induced by the floater movement for various wind and waves conditions.The thesis purpose is to develop a new numerical model, dedicated to the prediction of fatigue damage in mooring wire ropes of a floating wind turbine. In particular it has to simulate the relative movements between the wires when the rope is bent. Results from free-bending fatigue tests in the literature show the importance of these effects, since the first rupture is localized near the neutral plane, where fretting is more important. This phenomenon affecting the fatigue life is not considered by fatigue criteria of current offshore standards, which are related to tension-tension loading.It is worth noting that the use of a detailed model of wire rope in a fatigue design procedure represents a real challenge. The high number of contact interactions to be modeled, which are several thousands per meter of rope, and the large amount of loading cases make this type of computations extremely time-consuming.The loading used in the developed local model of wire rope is obtained from global computations performed with a dedicated multiphysics software (Deeplines). This software allows to simulate the environmental conditions (wind, waves, current) applied on the whole structural system.Some preliminary computations showed that the nonlinear bending behavior of the wire rope, linked to the wire contact interactions, does not significantly affect the output of the global model. This observation justifies the use of a top-down scheme, with a prior computation of the global scale.The global scale tension and curvature are then uniformly imposed on the central wire of the local model. The continuity of the rope is represented by periodic conditions which link the end sections to points within the model, at the same circumferential locations. The wires are modeled by beam elements. The outputs at the local scale are the stress resultants on the wires, and the contact forces and relative displacements at contact locations.Small sliding between the wires has been observed from first numerical analysis, for a representative loading case. Therefore, in order to reduce the computational cost of the wire rope model, a new node-to-node contact element has been developed, dedicated to the modeling of contact between non-parallel beams with circular cross section. It assumes fixed contact pairing and finite rotations. Numerical benchmarks and experimental tests on wire ropes show the improvement with results closer to a reference surface-to-surface model, when compared to standard algorithm for the simulation of contact between beams. Moreover, the new model reduces significantly the CPU cost and is also more robust, which is crucial for fatigue life estimates.The outputs of the local scale model are then used to obtain the complete 3D stress state by means of analytical solutions of contact between solids with cylindrical shape. Finally, a multiaxial fatigue criterion is applied in order to assess the safety of the system

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Douteau, Louis. "CFD simulation with anisotropic mesh adaptation : application to floating offshore wind turbines." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0003.

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Abstract:

Le calcul des performances et des efforts appliqués sur une éolienne offshore est actuellement réalisé à l'aide d’outils basés sur des approches quasi-statiques. Ces approches sont intéressantes pour leur vitesse de calcul, elles sont cependant perfectibles suivant la méthode de mise en oeuvre et suivant les cas de chargement étudiés. Une approche alternative consiste à utiliser la modélisation CFD. Cette thèse s’intéresse à des méthodes d’une haute précision, ayant le potentiel de fournir des écoulements et efforts précis. La plateforme logicielle hautement parallélisée ICI-tech est utilisée dans cette thèse. Elle se base sur une résolution des équations de Navier-Stokes dans une approche multi-échelle, effectuée à l’aide d’éléments finis stabilisés. La représentation des phases dans le domaine de calcul est réalisée grâce à une méthode frontières immergées. Des implémentations ont été réalisées dans ICI-tech afin de pouvoir simuler des éoliennes flottantes. L’interaction fluide-structure et un bassin de houle numérique ont notamment été considérés. Un processus de vérification et validation s’est intéressé au comportement du solveur dans des conditions reproduisant celles impactant des éoliennes flottantes. Le niveau de précision atteint par les écoulements à haut Reynolds et la propagation de champs de houle s’est avéré être décevant. L’influence du maillage anisotrope sur les résultats obtenus a été quantifiée. Plusieurs pistes visant à améliorer la précision des simulations ont été introduites
The simulation of Floating Offshore Wind Turbines (FOWTs) is a tool to help this technology reach an industrial scale. Nowadays, low-precision numerical methods are used for the dimensioning of the structures, as they involve a reduced computational effort. This PhD thesis focused on the development of highly-accurate numerical methods, with a potential to provide a thin description of the flows and efforts around FOWTs. The simulations presented in this thesis have been realized on the highly-parallelized software platform ICI-tech. A resolution of the Navier- Stokes equations in a Variational MultiScale formulation is performed using Stabilized Finite Elements. The representation of the different phases in the computational domain is achieved using immersed boundary methods. Several numerical tools have been implemented in ICItech towards an application to the simulation of FOWTs. A fluid-structure interaction paradigm has been set up, and a numerical wave tank has been defined. Verification and validation studies have been realized to assess the solver results for environmental conditions representative of those observed for operating FOWT. The accuracy achieved for both the aerodynamics at high Reynolds numbers and the propagation of wave fields has been disappointing. The influence of the anisotropic meshing on the results presented has been quantified. Several options aiming at increasing the accuracy of the simulations have been discussed

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Célie, Sabrina. "Détermination des zones d'implantation d'éoliennes offshore flottantes en zone côtière Méditerranéenne à partir d'un modèle atmosphérique." Toulon, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUL0004.

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Abstract:

La part des énergies renouvelables dans la production électrique française devrait augmenter de façon importante dans les années à venir, encouragée en cela par la politique de l'Union Européenne en matière de sauvegarde de l'environnement. La forme d'énergie renouvelable la plus facilement exploitable, en terme de rentabilité et de solutions technologiques, est celle fournie par les éolicnncs. Les zones maritimes ont l'avantage d'offrir un meilleur potentiel éolien, pour un coût plus élevé toutefois, mais sont limitées assez rapidement par la bathymétrie dans le cas d'éoliennes sur pieux. Les éolicnnes offshore flottantes permettront d'augmenter les distances à la côte en repoussant la limite de profondeur, avec l'avantage d'offrir une meilleure exposition au vent, de permettre l'exploitation de champs plus importants et de diminuer l'impact visuel. Une étude climatologique est menée sur !es vingt dernières années (à partir des données ECMWF et de la station météorologique de Marignane), afin de connaître l'occurrence des différentes situations météorologiques types de la côte méditerranéenne (mistral, vent d'est, vent d'ouest, brise de terre et brise de mer. Vent nul). Le code de calcul météorologique à méso-échelle RAMS 4. 3 est utilisé pour obtenir une meilleure compréhension de la climatologie de la région méditerranéenne et la structure spatio-temporelle détaillée des champs de vents dans la troposphère. L'accent est mis sur les niveaux d'altitude 10m (pour l'interaction avec le champ de vagues). La modélisation du champ de vent dans le domaine étudié comporte de nombreuses difficultés liées à la présence de zone côtière et d'une topographie très accidentée. Une adaptation du modèle au site est effectuée en entrant de façon précise la topographie et la végétation. Afin de valider les modélisations, les résultats sont comparés avec les données expérimentales mesurées pendant les campagnes de FETCH (1998), Map(1999) et ESCOMPTE (2001). La modélisation atmosphérique est utilisée pour évaluer le potentiel éolien de la région Provence-Alpes-Côte-d'Azur. Préalablement une estimation des ressources éoliennes de la région à partir des paramètres de Weibull est établie. Puis l'association de l'analyse statistique et de la modélisation complète ces résultats en déterminant les champs de potentiel éolien moyen annuel et mensuel ainsi que la densité de puissance de la zone. A partir de ceci, les lieux les plus rentables pour l'exploitation d'ëoliennes offshore flottantes ont été sélectionnés
The part of the renewable energies in the French electric production should increase in a important \vay in the years to corne, encouraged in it by the policy of the European Union in protection of the environment. The most easily exploitable kind of renewable energy most easily exploitable in term of profitability and technological solutions is supplied by windmills. The maritime zones have the advantage to offer a better wind potential even for a higher cost but are rather quickly limited by the bathymetry. The floating offshore windmills will allow to increase the distances from the coast by pushing away the deep limit, with the advantage to offer a better exposure to the wind, to allow the exploitation of more powerful! wind fields and to decrease the visual impact. A climatological study is led over the last twenty years (from the data ECMWF and from the meteorological station of Marignane), to know the occurrence of the various typical meteorological situations of the Mediterranean coast (mistral, East wind. West wind, breeze of earth and sea breeze, no wind). The meteorological modelling w:ith mesoscale model RAMS 43 is used to obtain a better understanding of the climatology of the Mediterranean region and the detailed spatiotemporal structure of the wind fields in the troposphere. The attention is focus on the 10 m levels (for the interaction with the waves field) and 100 m levels (height foreseen by the axis of windmills). The modelling of the wind field in the zone of study presents various problems due to the presence of coastal zone and a very damaged topography. An adaptation of the model to the site is made by entering in the model a precise topography and vegetation. To validate the simulations, the results are compared with the experimental data measured during the campaigns of FETCH (1998), Map (1999) and DISCOUNT (2001). Then, the atmospheric modelling is used to estimate the wind potential of the region Provence-Alpes-Cote-d'Azur. Beforehand an estimation of the wind resources of the region from the parameters of Weibull is established. Then the association of the statistical analysis and the modelling completes these results by determining the fields of annual and monthly average wind potential as well as the power density of the zone. From this, the most profitable places for the exploitation of floating offshore windmills were selected

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Ahayan, Sanae. "A constitutive Model for natural Clays : From Laboratory Testing to Modelling of Offshore Monopiles." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0027.

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Abstract:

La contribution des parcs éoliens offshore en termes d’énergie renouvelable ne cesse de croître. L’électricité produite notamment par les éoliennes en mer du Nord représente de ce fait une part importante de l’énergie consommée en Europe. Pourtant, les objectifs de la Commission Européenne en termes de transition énergétique à l’horizon de 2020 sont loin d’être réalisés sans l’optimisation des techniques existantes et le développement de technologies de plus en plus innovantes. Les monopieux sont les fondations les plus populaires dans l’industrie des éoliennes offshores. Ce sont des pieux larges supportant des éoliennes de fortes puissances et situées dans des eaux plus profondes. L’objectif général de cette thèse de doctorat est d’étudier les interactions solstructure des monopieux sous sollicitation latérale, fondés dans les sols argileux. Une attention particulière est donnée aux comportement du sol dans le but de modéliser finement le comportement des sols argileux
Nowadays, offshore wind energy industry is developing exponentially, due to the significant contribution of the North Sea wind turbines energy production to the total consumed energy in Europe. Given that the EU's energy target is to increase the share of renewable energy by 2020, there is a great potential of the offshore wind energy applications towards this direction. In order to achieve this, the support of scientific research is crucial. Monopiles have been by far the most support structure for offshore turbines, nowadays becoming applicable also for complex site conditions. The main objective of this PhD thesis is to study the soil-foundation interaction problem for offshore wind turbines monopiles embedded in clays. We focus therefore on the numerical modelling of natural clay behavior. We aim to develop a constitutive model for clay soils, which allow developing new p-y curves that could be widely applied in offshore wind turbines monopiles

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Aimene, Merzak. "Services au système et gestion d'interactions énergétiques transitoires dans un parc éolien offshore." Thesis, Le Havre, 2016. http://www.theses.fr/2016LEHA0020/document.

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Abstract:

L’intégration massive de la production d’énergie éolienne intermittente au niveau des réseaux électriques pose un problème de stabilité du système électrique. En effet les caractéristiques sont très différentes de celles de sources conventionnelles maîtrisées par les gestionnaires de réseau. Par conséquent, l’injection de cette énergie induit de nouveaux challenges pour les gestionnaires de réseaux électriques. De plus, les conditions de raccordement évoluent et tendent à ce que toutes les sources participent aux services rendus aux systèmes électriques. Les travaux de cette thèse sont focalisés sur la proposition d’une nouvelle stratégie de commande non-linéaire basée sur la commande par « platitude à une boucle » d’un système de conversion d’énergie éolienne. Cette stratégie de contrôle vise la gestion des interactions au point de connexion par la génération et le suivi de trajectoires de références. De par le fait que toutes les variables du système sont liées à la « sortie plate » de ce système, cette commande procure une rapidité de réponse et une bonne maitrise des régimes transitoires. La mise en œuvre de cette nouvelle stratégie de contrôle pour la constitution d’un parc éolien offshore, capable de satisfaire différentes conditions de raccordement a été simulée avec succès. Plus particulièrement, l’évaluation de l’impact de différents défauts du réseau sur les services proposés (Régulation de fréquence et de tension, la tenue aux creux de tension.) a été réalisée
The massive integration of intermittent production of wind energy in electrical networks creates an electrical system stability problem. Indeed, its characteristics are very different from those of conventional sources controlled by Grid managers. Therefore, the injection of this energy makes new challenges for power Grid operators. Moreover, the connection conditions are evolving and go towards the situations that all different sources participate into services of electrical systems. This thesis proposes a new nonlinear control strategy based on a « one loop flatness control » of a wind energy conversion system. This control strategy has aim of energy interactions management at the connection point through generation and tracking of reference trajectories. As all system variables are functions of the « flat output » of the system, this control provides fast response and good control in transient state. The application of this new control strategy into an offshore wind farm which is able to satisfy different connection conditions was simulated successfully. Specifically, effects of various grid faults on the proposed ancillary services (frequency and voltage regulation, and low-voltage ride through capabilities) were performed

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Ech, Cheikh Fouad. "Modélisations numérique et analytique du comportement mécanique et multiphysique d'une phase haute-tension pour fermes offshores." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0004.

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Abstract:

Les travaux menés dans cette thèse visent à étudier le comportement mécanique sous sollicitations quasi-statiques et en fatigue cyclique afin de corréler les niveaux de déformation atteinte aux mécanismes d’endommagement opérants et qui reflètent la prolifération des défauts microstructuraux au sein des composants de la phase (Conducteur et isolants). Pour ce faire, nous proposons une modélisation numérique à l’aide d’Abaqus. Ensuite, toujours à l’aide de modélisations numériques, cette fois-ci utilisant Comsol, nous avons essayé de montrer l’impact des endommagements mécaniques sur les propriétés physiques (électrique et thermique) de la phase. Il est très important de préciser que dans toutel’étude proposée, nous nous sommes concentrés sur le conducteur cuivre. Ce choix est justifié par le caractère crucial du conducteur dans ce type de câble… Un endommagement partiel et/ou total de cet élément conduirait inévitablement à de graves conséquences (court-circuit ou shut-down !) avec interruption totale de conduction d’électricité et donc des pertes financières énormes. Il est bien entendu que l’isolant ou les isolants revêtent une influence critique également. Néanmoins, gardons en mémoire que la thèse proposée ne peut pas s’attaquer exhaustivement à l’ensemble des variables et un choix de priorisation devait être fait, à savoir de travailler sur le conducteur
OTDR-based electrical cable diagnostic methods exist that allow the detection and localization of faults, but the analysis of the measured signals needs to be improved, particularly through the use of models. The link between the physical degradation of the cable and the values of the electrical parameters has, to our knowledge, never yet been realized. As a result, we are not able to know the actual condition of the cable in its natural evolution environment, let alone its residual life. The work carried out in this thesis aims at studying the mechanical behavior in both quasistatic and cyclic fatigue loadings in order to correlate the deformation levels reached to the operating mechanisms of damage and which reflect the proliferation of microstructural defects within the components of the phase (Conductor and insulators). To do this, we propose a numerical modeling using Abaqus. Then, again using numerical modeling, this time using Comsol, we tried to show the impact of mechanical damage on the physical properties (electrical and thermal) of the phase, emphasizing the role of copper. Insulators are playing a key role as well. However, the contour of the thesis had to be well defined in accordance with the time allocated and it seemed to us that a lot of information can be got out of the study of the conductor

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Zhang, Haibo. "Analysis and performance enhancement of a series parallel offshore wind farm topology integrated into a HVDC grid." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10156/document.

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Abstract:

L'exploitation de l'énergie éolienne loin des côtes, bien qu'abondante, dépend du transport de puissance en Courant Continu Haute Tension (HVDC) qui nécessite une sous-station placée sur une plateforme dédiée. Cette plate-forme offshore étant volumineuse, son cout d'installation est élevé et sa mise en œuvre est compliquée. Cette thèse s'intéresse à une topologie de ferme éolienne offshore DC qui transporte son énergie vers l'onshore sans utiliser de sous-station offshore. Ce type de Ferme Eolienne est appelé Ferme Eolienne Série Parallèle (SPWF). Il est composé de plusieurs grappes d'éoliennes interconnectées en série, de sorte que cette interconnexion engendre directement un niveau de tension adapté à la tension du réseau HVDC. Cependant, la connexion en série implique que la tension de chacune d'entre elle n'est plus constante. Un déséquilibré de production d'énergie conduit à des variations des tensions en sortie des éoliennes. Ces variations de tension peuvent engendrer des surtensions aux bornes d'une éolienne dans la grappe et l’endommagé. Une stratégie permettant de limiter la surtension d'éolienne est proposée et développée. Cette stratégie est d'abord validée dans un contexte de connexion point à point avec la prise en compte de la transmission HVDC basée sur des câbles DC et un Convertisseur Modulaire Multiniveaux (MMC) permettant de la connecté au réseau onshore. Dans un second temps, la ferme SPWF est intégrée dans des systèmes DC multi-terminaux (MTDC). Les résultats de simulation démontrent la faisabilité de la stratégie et montrent qu'aucune réduction de puissance n'est alors nécessaire pour limiter les tensions en sortie des éoliennes
The massive exploitation of far offshore wind energy relies heavily on the High Voltage Direct Current (HVDC) transmission system, in which dedicated offshore substations for converting power from AC into DC are necessary. However, the bulky offshore platform is costly and its installation is complicated. This thesis aims to contribute to the study of a pure DC offshore wind farm topology which exports its energy to onshore without using an offshore centralized power conversion substation. The examined wind farm topology is called Series Parallel Wind Farm (SPWF), which comprises several clusters of wind turbines connected in series, so that the output converters of the wind turbines step up the voltage to a higher level for direct power transmission. However, due to this distinctive feature, unbalanced power production of wind turbines leads to output voltage variation of wind turbines, which is harmful to the wind turbines. The work carried out in this thesis begins with the identification of the basic elements to constitute the SPWF. Afterwards, the operation of the SPWF is explained and its overvoltage characteristic is described and emphasized. An overvoltage limitation control strategy is developed, which requires an active participation of the onshore converter. Hence, the onshore Multilevel Modular Converter (MMC) as well as the HVDC cables models are examined. The control strategy is applied to both Point-to-Point (P2P) HVDC transmission system and Multi-Terminal DC (MTDC) systems. The results validate the feasibility of the proposed strategy, and demonstrate its advantage of no power curtailment requirement to limit the wind turbines output voltage

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Wuillaume, Pierre-Yves. "Simulation numérique des opérations d’installation pour les fermes d’éoliennes offshore." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0003/document.

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Abstract:

L’éolien offshore est l’énergie marine la plus avancée et utilisée dans le monde. Afin d’accroître l’énergie extraite du vent, les dimensions des éoliennes deviennent plus importantes et les parcs éoliens sont installées de plus en plus loin des côtes, où les mers sont plus agitées et les vents plus forts. De fait, les opérations marines sont plus complexes et plus chères et les fenêtres météo sont écourtées et se raréfient. Dans le cadre de cette thèse, un logiciel de simulation numérique des opérations marines est développé, en particulier pour des applications de descentes et de remontées de colis lourds. L’Algorithme aux Corps Rigides Composites, implémenté dans le logiciel InWave, est utilisé pour modéliser le système multicorps. Un modèle de câble et de treuil est développé, suivant la théorie multicorps utilisée, et comparé à la théorie câble classique dite « lumped mass ». Les efforts hydrodynamiques ainsi que les interactions hydrodynamiques sont modélisés par une théorie potentiel instationnaire satisfaisant l’hypothèse de faible perturbation, dite « weak-scatterer ». L’approche « weak-scatterer » du logiciel WS_CN est étendue aux simulations multi-flotteurs et validée par comparaison avec des données expérimentales. InWave et WS_CN sont couplés afin de résoudre l’interaction houle-structure pour des systèmes multicorps articulés en mer. Un couplage fort est adopté pour sa robustesse. L’équation de couplage est établie et validée via des comparaisons avec WS_CN. Le logiciel ainsi crée se nomme InWaveS_CN et utilise un code d’intégration en Python. Une nouvelle stratégie de maillage, basée sur un algorithme de découpe de maillages et une méthode par avance de front, est développée dans WS_CN. Enfin, des essais en bassin d’une opération de redressement ont été menés à l’ECN. La comparaison entre les simulations numériques et les données expérimentales offre une première et prometteuse validation d’InWaveS_CN
Offshore wind represents the most advanced and used marine energy in the world. To increase the wind power extraction, turbines grow in size and wind farms are installed further offshore in presence of rough seas and strong winds. Marine operations become more challenging and expensive, weather windows are shorter and less frequent. This PhD work focuses on the development of a numerical tool to simulate marine operations with consistency, in particular lowering and lifting operations. The Composite-Rigid-Body Algorithm, implemented in the numerical tool InWave, is used to model multibody systems. A cable model and a winch model are developed following this multibody approach and compared to the classical low-order lumped mass theory. Hydrodynamic loads and hydrodynamic interactions are simulated using an unsteady potential flow theory based on the weakscatterer hypothesis, implemented in the numerical tool WS_CN. This approach is extended to multibody simulations and validated with comparisons to experimental data. InWave and WS_CN are coupled to solve wavestructure interaction for articulated multibody systems with large relative motions in waves. A tight coupling is selected for its robustness. The coupling equation is derived and validated from comparisons with WS_CN. This leads to the creation of a new numerical tool, InWaveS_CN, using Python as glue code language. A new mesh strategy, based on the coupling between a panel cutting method and an advance front method, is developed in WS_CN. Experiments of an upending operation were conducted at Ecole Centrale de Nantes. The comparison between the numerical simulations and the experimental data leads to a first and promising validation of InWaveS_CN

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Pham, Hong-Duc. "Modélisation et Suivi en Service des Lignes d’Ancrages des Éoliennes Flottantes." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0030.

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Abstract:

On propose dans ce travail une méthodologie pour le suivi en service des lignes d'ancrage des éoliennes flottantes. Tout d’abord, une expression empirique de la raideur dynamique d'un câble en nylon est obtenue à partir des données d'essais dans la littérature. Une procédure pratique de modélisation est proposée en tenant compte de la raideur axiale dynamique non-linéaire des câbles en nylon. La deuxième partie est consacrée à la prédiction de la durée de vie des lignes d’ancrages. Des méthodes avancées pour l’analyse de fatigue dans le domaine fréquentiel et la simulation des réponses non-linéaires sont donc également étudiées afin de réaliser une estimation rapide de la fatigue et de la résistance dans un cadre fiabiliste. La présente méthodologie vise à faciliter la prise de décisions concernant la maintenance ou le remplacement des lignes en fonction du niveau de fiabilité estimé à différents instants
In this work a methodology for service life monitoring of mooring lines of floating wind turbines is proposed. First, an empirical expression of dynamic stiffness of a nylon rope is obtained from the testing data in the literature. A practical modeling procedure is proposed which allows accounting for the non-linear dynamic axial stiffness of nylon mooring ropes. The second part is devoted to the prediction of fatigue life of mooring lines. Cutting-edge methods for fatigue analysis in frequency domain and for simulation of nonlinear mooring response are investigated in order to perform a quick fatigue estimate and strength check in a reliability framework. The present methodology aims to support making decisions regarding maintenance or replacement of lines based on the level of reliability estimated during the expected service life

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Pezy, Jean-Philippe. "Approche écosystémique d'un futur parc éolien en Manche orientale : exemple du site de Dieppe-Le Tréport." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMC262.

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Abstract:

Le gouvernement français a fixé pour objectif que 23% de la consommation énergétique proviendraitdes énergies renouvelables, y compris les énergies renouvelables marines pour 2020. Huit parcs éoliensen mer sont prévus le long des côtes françaises Atlantique-Manche, parmi lesquels le site de Dieppe-LeTréport dans la partie orientale de la Manche. Afin de mieux connaître la structure et le fonctionnementde cet écosystème avant l'installation du parc éolien, ma thèse est axée sur la construction de modèlesde réseau trophique à l’aide du logiciel Ecopath sur ce site d’implantation en comparaison avec deshabitats benthiques similaires en Manche. La collecte de nouvelles données sur les compartimentsbiologiques (zooplancton, suprabenthos, méiofaune, benthos et poissons démersaux) est essentielle.Ainsi, quatre campagnes (étés 2014/2015, hivers 2015/2016) ont permis d'estimer la contribution dechaque groupe zoologique dans deux habitats benthiques principaux : les graviers ensablés/sablesgraveleux et les sables moyens sur le site (environ 30 km²) correspondant à deux communautésbenthiques largement répandues en Manche. La macrofaune a été échantillonnée avec une benne VanVeen, le suprabenthos avec un traîneau Macer-Giroq modifié avec une station dans chaque habitatbenthique (échantillonnage jour et nuit) et les poissons avec un chalut à perche. Au total, 1 584 poissonsdémersaux ont été recueillis et leurs contenus stomacaux ont été examinés. Les résultats montrent quele site se distingue par la forte contribution des bivalves en termes de biomasses et que les crustacés sontdes proies préférentielles des poissons. Ce lien est discuté à travers l’analyse du réseau trophique avecun focus sur les espèces consommées et non consommées de communautés benthiques, et la notion decul de sac trophique
The French government has set a target of 23% of energetic consumption derived from renewable energysources including Marine Renewable Energy for 2020. Eight offshore wind farms (OWF) are plannedalong the Atlantic-English Channel French coasts and among them Dieppe-Le Tréport site in the easternpart of the English Channel. In order to gain further knowledge on the ecosystem structure andfunctioning before the OWF installation, my PhD thesis is focused on the construction of an EcopathModel on the wind farm site in comparison with similar benthic habitats from the English Channel. Thecollection of new data on biological compartments (zooplankton, suprabenthos, meiofauna, benthos anddemersal fishes) are essential. Four cruises (summers 2014 /2015 and winters 2015 /2016) allowed toestimate the contribution of each zoological group in two main benthic habitats: i.e. sandy gravels andmedium clean sands, founded on the site (about 30 km²), corresponding to two microbenthiccommunities well represented in the English Channel. Macrofauna was sampled with a Van Veen grab,suprabenthos with a modified Macer-Giroq sledge in one station from each benthic habitat (day andnight sampling) and fish with a beam trawl in ten stations. A total of 1,584 demersal fishes has beencollected and their stomach contents has been examined. The results show the importance of largebivalves in the benthic biomass whereas the crustaceans are preferential preys of fishes. This link isdiscussed within the trophic network between consumed and non-consumed species of benthiccommunities, and the concept trophic ‘cul de sac’

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Raman, Venkadesh. "A smart composite based on carbon fiber and epoxy matrix for new offshore wind-turbines. Multi-scale numerical and analytical modelings." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0016.

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Abstract:

Les structures intelligentes fondées sur des matériaux composites ont été développées pour surveiller les structures qui doivent fonctionner dans des applications industrielles exigeantes, dans des environnements difficiles comme c’est le cas de l’aéronautique, de l’aérospatiale, du génie civil, des centrales nucléaires et chimiques ...). L'étude actuelle est axée sur la suggestion d’un nouveau matériau composite intelligent qui peut être utilisé avec succès dans les pâles d’éoliennes offshore de nouvelle génération. En effet, pour accentuer leur rendement, les pales de nouvelle génération doivent dépasser une longueur de 100m, ce qui représente actuellement une cible hors d’atteinte étant donné que les matériaux composites constitutifs sont fondés sur des fibres de verre, notamment connues pour être lourdes et dépourvues de rigidité significative. Par conséquent, le passage aux fibres de carbone (plus légères et 3 fois plus rigides) devient obligatoire. Dans cette thèse, nous proposons la mise en place d'un matériau composite intelligent à base de fibres de carbone et de matrice époxy (ici appeler matériau parent). Les capteurs à fibre optique (FOS) et les capteurs à résistance quantique (QRS) seront utilisés pour la détection de déformation dans toute la structure. Ce choix devrait permettre une documentation précise et un envoi instantané d'informations critiques aux ingénieurs. Pour atteindre cet objectif de développement d'un nouveau matériau intelligent pour une application critique dans la production d’énergie éolienne offshore, nous avons choisi de proposer un document de recherche regroupant plusieurs aspects du sujet, résumés en 5 chapitres. La thèse est fondée sur des modélisations numériques et analytiques. Le document n'a pas l'ambition d'être exhaustif. Il est destiné à présenter une recherche pragmatique qui met l'accent sur la façon dont les domaines de faiblesse mécanique peuvent être diagnostiqués, quelles sont les solutions qui peuvent être suggérées et comment nous pouvons les soutenir, quelles sont les questions relatives à l'utilisation de capteurs intégrés et les résultats expérimentaux qui permettent l'évaluation du statut actuel de la performance du matériau et les moyens d’en améliorer les performances
Smart structures have been developed as to monitor structures that have to operate in demanding industrial applications with includes harsh environments (Aeronautics and aerospace, Civil engineering, nuclear and chemical power plants…), too. Current study is focused on the suggestion of new smart composite materials that can be successfully used for wind blade structures in offshore energy generation farms. Indeed, to bring expectable energy-generation performances, new generation wind blades have to exceed 100m length, which is a hardly achievable target given that actual constitutive composite materials are based on glass-fibers, that are notably known to be very heavy and lacking stiffness. Therefore, the switch to carbon fibers (lighter and stiffer) becomes mandatory. In this thesis, we propose the implementation of a smart composite material that is based on carbon fibers and epoxy matrix (here called parent material). Fiber Optic Sensors (FOS) and Quantum-Resistive Sensors (QRS) will be used for detection of over-strained areas all over the structure. This choice is expected to enable for accurate documentation and instant sending of critical information to engineers. To achieve this goal of development of a new smart material for a critical application in offshore wind generation, we have chosen to illustrate it in a research document that is grouping several aspects, summarized in 5 chapters. The thesis is conducted using numerical and analytical modelings. The document is not having the ambition to be exhaustive. It is intended to present a pragmatic research that emphasize how areas of mechanical weakness can be diagnosed, what are the solutions that can be suggested and how we can support them, what are the issues pertaining to the use of embedded sensors and some experimental results that give appraisal of current performance status and what could be future trends

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Bidaud, Pierre. "Analysis of the cyclic behavior of an adhesive in an assembly for offshore windmills applications." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0119/document.

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Abstract:

L’une des principales exigences d’utilisation d’un adhésif est son aptitude à conserver sa capacité à supporter des efforts, appliqués de manière répétée, tout au long de sa vie en service. Toutefois, on dénombre peu d’études sur le comportement en fatigue des assemblages collés. De plus, ces études concernent majoritairement la propagation de fissures et non l'amorçage. Le comportement en fatigue d’assemblages collés est généralement caractérisé grâce à des essais simple-recouvrement auxquels sont associés des états de contrainte complexes présentant de fortes concentrations de contrainte. Le but de ce travail est de développer un outil prédictif du comportement cyclique d’un adhésif dans un assemblage soumis à un chargement de fatigue, en utilisant des essais basés sur l’utilisation d’un montage Arcan modifié. Ce type de montage utilise des éprouvettes générant un état de contrainte avec peu d’effets de bord et un maximum au centre du joint de colle. Une base expérimentale constituée d'essais monotones, cycliques et de fluage pour différents modes de chargement sont présentés. Les résultats expérimentaux concernant un adhésif bi-composant polyuréthane SikaForce®-7817 L60MR permettent de caractériser un comportement reproductible. Ces résultats soulignent une évolution non-linéaire des déformations et fortement dépendante du type de chargement. Ce comportement peut être décrit par l’utilisation d’un modèle visco-élastique-visco-plastique. Implanté dans un code de calcul par éléments finis, ce modèle a permis d’analyser l’influence des phénomènes visqueux. Afin de limiter les temps d'essais, une identification inverse des paramètres a été menée à partir d'une campagne d'essais Arcan en fluage/recouvrement. Les simulations par éléments finis ont permis de décrire le comportement cyclique de structures collées et en utilisant un critère de rupture pertinent, d'effectuer un calcul de durée de vie à l'amorçage d'une fissure. Ce travail a été appliqué à l’étude du comportement en fatigue d'assemblages collés pour applications éoliennes offshores. Aussi, à partir de la stratégie développée, des estimations de la durée de vie de structures composites collés ainsi que d’un cas d’application représentatif ont été réalisées
Estimating capacities of adhesives to endure repetitive loadings is an essential point to perform fatigue assessments. Nevertheless, few studies have been performed on the cyclic behaviour of adhesively bonded structures. Moreover, fatigue crack initiation is less studied for adhesives than the fatigue crack propagation. Fatigue behaviour is mainly analysed using lap-shear type specimens, which are associated with complex stress states and stress concentrations. The aim of this work is to develop a predictive tool describing the cyclic behaviour of an adhesive in an assembly under fatigue loading using an experimental approach based on modified Arcan tests. Such a device is associated with low edge effects and a maximum stress state in the centre of the adhesive. Accurate experimental results under monotonic, creep and cyclic loading are presented for several load amplitudes, mean loads and loading rates. For a two-component polyurethane SikaForce®-7817 L60 MR adhesive, experimental results led to reproducible behaviour. These results underline that the evolutions of the non linear strains strongly depend on the loading type. This behaviour is well described using a visco-elastic-visco-plastic model with non-linear viscous parameters. This model, implemented in 3D finite element simulations, allows analysing the influence of viscosity. In order to limit the experimental test time the inverse identification of the model parameters is performed from modified Arcan creep-relaxation tests. The finite element simulations of bonded structures allowing an efficient description of the cyclic behaviour and using an adequate failure criterion based on the viscous strains evolutions, a validation on fatigue life predictions is performed. This work is dedicated to the study of fatigue of bonded structures in offshore windmills applications. From this strategy a fatigue life estimation of composite structures tests and on an application test is proposed

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Leroy, Vincent. "Aérodynamique instationnaire pour l'analyse de la tenue à la mer des éoliennes flottantes." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0050/document.

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Abstract:

La simulation numérique des éoliennes flottantes est essentielle pour le développement des Energies Marines Renouvelables. Les outils de simulation classiquement utilisés supposent un écoulement stationnaire sur les rotors. Ces théories sont généralement assez précises pour calculer les forces aérodynamiques et dimensionner les éoliennes fixes (à terre ou en mer) mais les mouvements de la plateforme d’une éolienne flottante peuvent induire des effets instationnaires conséquents. Ceux-ci peuvent par exemple impacter la force de poussée sur le rotor. Cette thèse de doctorat cherche à comprendre et à quantifier les effets de l’aérodynamique instationnaire sur la tenue à la mer des éoliennes flottantes, dans différentes conditions de fonctionnement. L’étude montre que les forces aérodynamiques instationnaires impactent les mouvements de la plateforme lorsque le rotor est fortement chargé. Les modèles quasi-stationnaires arrivent néanmoins à capturer la dynamique des éoliennes flottantes avec une précision suffisante pour des phases de design amont. Les éoliennes flottantes à axe vertical sont elles aussi étudiées pour des projets offshore puisqu’elles pourraient nécessiter des coûts d’infrastructure réduits. Après avoir étudié l’influence de l’aérodynamique instationnaire sur la tenue à la mer de ces éoliennes, une comparaison est menée entre éoliennes flottantes à axe horizontal et à axe vertical. Cette dernière subit une importante poussée aérodynamique par vents forts, induisant de très grands déplacements et chargements
Accurate numerical simulation of thesea keeping of Floating Wind turbines (FWTs) is essential for the development of Marine Renewable Energy. State-of-the-art simulation tools assume a steady flow on the rotor. The accuracy of such models has been proven for bottom-fixed turbines, but has not been demonstrated yet for FWTs with substantial platform motions. This PhD thesis focuses on the impact of unsteady aerodynamics on the seakeeping of FWTs. This study is done by comparing quasi-steady to fully unsteady models with a coupled hydro-aerodynamic simulation tool. It shows that unsteady load shave a substantial effect on the platform motion when the rotor is highly loaded. The choice of a numerical model for example induces differences in tower base bending moments. The study also shows that state of the art quasi-steady aerodynamic models can show rather good accuracy when studying the global motion of the FWTs. Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs) could lower infrastructure costs and are hence studied today for offshore wind projects. Unsteady aerodynamics for floating VAWT sand its effects on the sea keeping modelling have been studied during the PhD thesis,leading to similar conclusions than for traditional floating Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs). Those turbines have been compared to HAWTs. The study concludes that, without blade pitch control strategy, VAWTs suffer from very high wind thrust at over-rated wind speeds, leading to excessive displacements and loads. More developments are hence needed to improve the performance of such floating systems

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Paniah, Crédo. "Approche multi-agents pour la gestion des fermes éoliennes offshore." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112067/document.

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La raréfaction des sources de production conventionnelles et leurs émissions nocives ont favorisé l’essor notable de la production renouvelable, plus durable et mieux répartie géographiquement. Toutefois, son intégration au système électrique est problématique. En effet, la production renouvelable est peu prédictible et issue de sources majoritairement incontrôlables, ce qui compromet la stabilité du réseau, la viabilité économique des producteurs et rend nécessaire la définition de solutions adaptées pour leur participation au marché de l’électricité. Dans ce contexte, le projet scientifique Winpower propose de relier par un réseau à courant continu les ressources de plusieurs acteurs possédant respectivement des fermes éoliennes offshore (acteurs EnR) et des centrales de stockage de masse (acteurs CSM). Cette configuration impose aux acteurs d’assurer conjointement la gestion du réseau électrique.Nous supposons que les acteurs participent au marché comme une entité unique : cette hypothèse permet aux acteurs EnR de tirer profit de la flexibilité des ressources contrôlables pour minimiser le risque de pénalités sur le marché de l’électricité, aux acteurs CSM de valoriser leurs ressources auprès des acteurs EnR et/ou auprès du marché et à la coalition de faciliter la gestion des déséquilibres sur le réseau électrique, en agrégeant les ressources disponibles. Dans ce cadre, notre travail s’attaque à la problématique de la participation au marché EPEX SPOT Day-Ahead de la coalition comme une centrale électrique virtuelle ou CVPP (Cooperative Virtual Power Plant). Nous proposons une architecture de pilotage multi-acteurs basée sur les systèmes multi-agents (SMA) : elle permet d’allier les objectifs et contraintes locaux des acteurs et les objectifs globaux de la coalition.Nous formalisons alors l’agrégation et la planification de l’utilisation des ressources comme un processus décisionnel de Markov (MDP), un modèle formel adapté à la décision séquentielle en environnement incertain, pour déterminer la séquence d’actions sur les ressources contrôlables qui maximise l’espérance des revenus effectifs de la coalition. Toutefois, au moment de la planification des ressources de la coalition, l’état de la production renouvelable n’est pas connue et le MDP n’est pas résoluble en l’état : on parle de MDP partiellement observable (POMDP). Nous décomposons le POMDP en un MDP classique et un état d’information (la distribution de probabilités des erreurs de prévision de la production renouvelable) ; en extrayant cet état d’information de l’expression du POMDP, nous obtenons un MDP à état d’information (IS-MDP), pour la résolution duquel nous proposons une adaptation d’un algorithme de résolution classique des MDP, le Backwards Induction.Nous décrivons alors un cadre de simulation commun pour comparer dans les mêmes conditions nos propositions et quelques autres stratégies de participation au marché dont l’état de l’art dans la gestion des ressources renouvelables et contrôlables. Les résultats obtenus confortent l’hypothèse de la minimisation du risque associé à la production renouvelable, grâce à l’agrégation des ressources et confirment l’intérêt de la coopération des acteurs EnR et CSM dans leur participation au marché de l’électricité. Enfin, l’architecture proposée offre la possibilité de distribuer le processus de décision optimale entre les différents acteurs de la coalition : nous proposons quelques pistes de solution dans cette direction
Renewable Energy Sources (RES) has grown remarkably in last few decades. Compared to conventional energy sources, renewable generation is more available, sustainable and environment-friendly - for example, there is no greenhouse gases emission during the energy generation. However, while electrical network stability requires production and consumption equality and the electricity market constrains producers to contract future production a priori and respect their furniture commitments or pay substantial penalties, RES are mainly uncontrollable and their behavior is difficult to forecast accurately. De facto, they jeopardize the stability of the physical network and renewable producers competitiveness in the market. The Winpower project aims to design realistic, robust and stable control strategies for offshore networks connecting to the main electricity system renewable sources and controllable storage devices owned by different autonomous actors. Each actor must embed its own local physical device control strategy but a global network management mechanism, jointly decided between connected actors, should be designed as well.We assume a market participation of the actors as an unique entity (the coalition of actors connected by the Winpower network) allowing the coalition to facilitate the network management through resources aggregation, renewable producers to take advantage of controllable sources flexibility to handle market penalties risks, as well as storage devices owners to leverage their resources on the market and/or with the management of renewable imbalances. This work tackles the market participation of the coalition as a Cooperative Virtual Power Plant. For this purpose, we describe a multi-agent architecture trough the definition of intelligent agents managing and operating actors resources and the description of these agents interactions; it allows the alliance of local constraints and objectives and the global network management objective.We formalize the aggregation and planning of resources utilization as a Markov Decision Process (MDP), a formal model suited for sequential decision making in uncertain environments. Its aim is to define the sequence of actions which maximize expected actual incomes of the market participation, while decisions over controllable resources have uncertain outcomes. However, market participation decision is prior to the actual operation when renewable generation still is uncertain. Thus, the Markov Decision Process is intractable as its state in each decision time-slot is not fully observable. To solve such a Partially Observable MDP (POMDP), we decompose it into a classical MDP and an information state (a probability distribution over renewable generation errors). The Information State MDP (IS-MDP) obtained is solved with an adaptation of the Backwards Induction, a classical MDP resolution algorithm.Then, we describe a common simulation framework to compare our proposed methodology to some other strategies, including the state of the art in renewable generation market participation. Simulations results validate the resources aggregation strategy and confirm that cooperation is beneficial to renewable producers and storage devices owners when they participate in electricity market. The proposed architecture is designed to allow the distribution of the decision making between the coalition’s actors, through the implementation of a suitable coordination mechanism. We propose some distribution methodologies, to this end

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Paskin, Liad. "On the interaction of fast traveling Ocean Waves and the Atmospheric Boundary Layer : A Mechanistic Approach combining Field Measurements and High-fidelity Simulations." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0012.

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Dans les zones côtières, l’industrie de l’énergie éolienne migre vers l’environnement marin, où de vastes espaces sont encore disponibles avec des conditions de vent plus fort et mieux contrôlé. L’environnement marin impose de nouveaux défis à une industrie éolienne pourtant bien établie. Il est impératif de prédire et de décrire avec précision la ressource éolienne en mer afin de concevoir des solutions techniques rentables. L’écoulement concerné est caractérisé par une couche limite atmosphérique (CLA), turbulente, où la dynamique de l’océan modifie considérablement l’écoulement atmosphérique par une capacité thermique plus élevée, et par des interactions vent-vagues complexes, importantes dans des situations assez courantes. Cette thèse passe en revue et étend les connaissances actuelles concernant les interactions vent-vagues dans la partie inférieure de la CLA Marine (CLAM), où elles peuvent être importantespour la caractérisation de la ressource éolienne. La CLAM est étudiée par des expériences physiques et numériques, afin de révéler le rôle des mouvements Induits par les Vagues (IV) transférés de la mer vers l’atmosphère. Grâce à l’utilisation d’expériences physiques et numériques complémentaires, de nouvelles perspectives sur les processus d’interaction vent-vague sont obtenues
In coastal areas, the wind energy industry migrates to the offshore environment, where huge spaces are still available in stronger and better behaved wind conditions. The offshore environment imposes new challenges to a well established wind energy industry. It is imperative to accurately predict and describe the offshore wind resource in order to design cost efficient solutions. The concerned flow is characterized by a turbulent Atmospheric Boundary Layer (ABL) where the ocean’s dynamics significantly alter the atmospheric flow through higher heat capacity and complex wind-wave interactions important in fairly common situations.So this Thesis reviews and extends the current knowledge regarding Wind-Wave interactions in the lower part of the Marine ABL (MABL), where they are possibly significant in the characterization of the wind resource. The MABL is investigated through physical and numerical experiments, to reveal the role of Wave Induced (WI) motions transferred from the sea into the atmosphere. Thanks to the use of complementary physical and numerical experiments, new insights on the wind-wave interaction processes are obtained

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Spraul, Charles. "Suivi en service de la durée de vie des ombilicaux dynamiques pour l’éolien flottant." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0007/document.

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Abstract:

Le travail présenté vise à mettre en place une méthodologie pour le suivi en service de la fatigue mécanique pour l’ombilical dynamique d’un système EMR flottant. L’approche envisagée consiste à simuler à l’aide d’outils numériques la réponse de l’ombilical aux cas de chargement observés sur site. Le post-traitement des résultats de ces simulations devant permettre d’accéder à différentes quantités d’intérêt en tout point du câble. Pour quantifier et réduire l’incertitude sur la réponse calculée de l’ombilical ce dernier doit être instrumenté. Un certain nombre de paramètres du modèle numérique feront alors l’objet d’une calibration régulière pour suivre l’évolution des caractéristiques de l’ombilical susceptibles d’évoluer. Dans ce contexte ce manuscrit présente et compare différentes méthodes pour analyser la sensibilité de la réponse de l’ombilical aux paramètres susceptibles d’être suivis. L’objectif est notamment d’orienter le choix des mesures à mettre en oeuvre. L’analyse en composantes principales permet pour cela d’identifier les principaux modes de variation de la réponse de l’ombilical en réponse aux variations des paramètres étudiés. Différentes approches sont également envisagées pour la calibration des paramètres suivis,avec en particulier le souci de quantifier l’incertitude restante sur le dommage. Les méthodes envisagées sont coûteuses en nombre d’évaluations du modèle numérique et ce dernier est relativement long à évaluer. L’emploi de méta-modèles en substitution des simulations numériques apparait donc nécessaire, et là encore différentes options sont considérées. La méthodologie proposée est appliquée à une configuration simplifiée d’ombilical dans des conditions inspirées du projet FLOATGEN
The present work introduces a methodology to monitor fatigue damage of the dynamic power cable of a floating wind turbine. The suggested approach consists in using numerical simulations to compute the power cable response at the sea states observed on site. The quantities of interest are then obtained in any location along the cable length through the post-treatment of the simulations results. The cable has to be instrumented to quantify and to reduce the uncertainties on the calculated response of the power cable. Indeed some parameters of the numerical model should be calibrated on a regular basis in order to monitor the evolution of the cable properties that might change over time. In this context, this manuscript describes and compares various approaches to analyze the sensitivity of the power cable response to the variations of the parameters to be monitored. The purpose is to provide guidance in the choice of the instrumentation for the cable. Principal components analysis allows identifying the main modes of power cable response variations when the studied parameters are varied. Various methods are also assessed for the calibration of the monitored cable parameters. Special care is given to the quantification of the remaining uncertainty on the fatigue damage. The considered approaches are expensive to apply as they require a large number of model evaluations and as the numerical simulations durations are quite long. Surrogate models are thus employed to replace the numerical model and again different options are considered. The proposed methodology is applied to a simplified configuration which is inspired by the FLOATGEN project

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Morvan, Antoine. "Impact sur le pont mouillé d’un navire SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0003.

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Abstract:

L’objectif de ces travaux de thèse de doctorat est de développer des modèles simplifiés d’impact hydrodynamique sur le pont mouillé d’un SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore. La connaissance des chargements hydrodynamiques auxquels est soumis le pont mouillé est une étape primordiale lors de la conception de l’étrave du navire. Pour réaliser cette étude nous avons choisi une géométrie bidimensionnelle parabolique symbolisant le pont mouillé et une houle d’Airy régulière pour la surface libre. Les modèles développés reposent sur le modèle de Wagner qui permet d’obtenir des résultats pertinents pour un faible temps de calcul. Deux types de modèles d’impact ont été développés. Des modèles dits asymptotiques car ils reposent sur un développement de Taylor du profil de houle et des modèles non-asymptotiques car ils conservent la forme complète de la houle. Les distributions de pression sur le profil parabolique sont majoritairement calculées au moyen du formalisme Modified Logvinovich Model (MLM). Les résultats en termes de corrections de surface mouillée, de champs de pression et d’efforts hydrodynamiques sont comparés entre les deux types de modèles en fonction du rayon de courbure de la houle. Nous déterminons aussi quel est la configuration d’impact qui engendre les chargements hydrodynamiques dimensionnants en se basant sur des configurations de référence. Pour les modèles non-asymptotiques, la contribution de l’amplitude et de la vitesse de phase de la houle au sein des efforts hydrodynamiques est analysée. Pour les modèles asymptotiques, nous avons réalisé l’étude des variations spatiales et temporelles des champs de pression calculés avec l’équation de Bernoulli linéarisée. Nous avons aussi comparée les résultats du formalisme composite (COMP) au formalisme MLM et leurs conséquences sur les efforts hydrodynamiques d’impact. Enfin, dans le but d’avoir une base de comparaison pour ces modèles d’impact sur houle d’Airy régulière, nous avons implémenté des modèles numériques d’impact au moyen du logiciel commercial ABAQUS/CAE. Ces modèles reposent sur un couplage CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) et ont montré une bonne correspondance avec les résultats des modèles non-asymptotiques en termes d’écarts relatifs. Au sein d’un bureau d’étude, l’intégralité de ces résultats peut constituer une aide au dimensionnement du pont mouillé d’un navire SWATH
The aim of this PhD thesis is to develop simplified models about hydrodynamic impact (slamming) on the wet deck of a SWATH vessel for the maintenance of offshore wind turbines. The knowledge of the hydrodynamic loadings that the wet deck is subjected is an essential step in the design of the vessel’s bow. To realise this study we chose a parabolic twodimensional geometry which symbolises the wet deck and a regular Airy wave for the moving free surface. The models developed are based on the Wagner theory which provides relevant results for a low computational time. Two types of impact models have been developed. So-called asymptotic models, because they use a Taylor expansion of the wave profil and non-asymptotic models because they retain the whole shape of the wave. The pressure distributions on the parabolic shape are mainly calculated by the Modified Logvinovich Model (MLM). The results in terms of wetted corrections, pressure fields and hydrodynamic loadings are compared between the two types of models as a function of the wave radius of curvature We also determine the hydrodynamic impact arrangement which produces the highest hydrodynamic loadings by using reference configurations. For non-asymptotic models, the contribution of wave amplitude and phase velocity within hydrodynamic loadings is analysed in details. For non-asymptotic models, we made the study of the spatial and time variations of pressure fields computed with the linearized Bernoulli equation. We also compared the results of composite theory (COMP) to MLM theory and their consequences on hydrodynamic loadings. Finally, in order to get a basis of comparison for these regular Airy wave impact models, we implemented a numerical model using ABAQUS/CAE software. This model is based on a Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) coupling and show good matching with the results of non-asymptotic models in terms of relative errors. In a design office, all those results can be used to help design of the wet deck of a SWATH vessel

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Dahmani, Ouahid. "Modélisation, optimisation et analyse de fiabilité de topologies électriques AC de parcs éoliens offshore." Nantes, 2014. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=f600bf1d-f958-4169-862b-896e31b48209.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de concevoir des architectures électriques à courant alternatif optimisant l'efficacité énergétique de parcs éoliens offshore pour différentes gammes de puissance tout en prenant en considération des contraintes techniques telles que les pertes de puissance, la fiabilité mais également les aspects économiques. Premièrement, une plateforme d’optimisation en mono- et multi-objectif, basée sur l’algorithme génétique et l’algorithme de Prim a été développée et testée avec plusieurs fonctions objectifs. Une nouvelle technique de codage des architectures en binaire est proposée permettant de prendre en compte les trois parties du réseau électrique d’un parc éolien offshore, à savoir : le raccordement inter-éoliennes en MT, le positionnement des sous-stations électriques en mer et le raccordement HT jusqu’au poste de livraison à terre. Ensuite, une étude approfondie sur la fiabilité du système électrique a été présentée en considérant différentes topologies de raccordement, dont l’objectif est d’évaluer l’efficacité et les emplacements optimaux des redondances sur le réseau. Trois parcs éoliens offshore réels, dont celui du Banc de Guérande d’une puissance de 480 MW, ont été étudiés. Les résultats obtenus prouvent la performance de cette approche d’optimisation et son utilité dans la phase de planification du raccordement électrique AC de forme radiale ou maillée pour un parc éolien offshore
The aim of this thesis is to design connection topologies of AC power systems which optimize the energy efficiency of offshore wind farms with different power levels, taking into account technical constraints such as power losses, reliability and also economical aspect. First, a mono- and multi-objective optimization platform based on genetic algorithm and Prim’s algorithm was developed and tested with several objective functions. The suggested new technique of coding the network topology into a binary string enables to take into account the three parts of the electrical grid of an offshore wind farm, namely the connection among the wind turbines of the MV grid side, the locations of the offshore electrical substations and the connection map of the HV transmission system. Then, a comprehensive study is carried out on the power system reliability issues using several methods. Different electrical arrangements are analyzed according to both investment cost and energy loss in order to evaluate the effectiveness and the optimal locations of the redundant paths on the network. Three real offshore wind farms are studied, including the “Banc de Guérande” park with a capacity of 480 MW. The results prove the performance of this optimization approach and its usefulness during the planning phase of a radial or meshed electrical network in an offshore wind farm

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Westerberg, Vanja. "Evaluation économique des changements des paysages littoraux : le cas du développement des parcs éoliennes dans la Mer Méditerranée." Thesis, Montpellier, SupAgro, 2012. http://www.theses.fr/2012NSAM0033/document.

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Abstract:

Le gouvernement français s'est engagé sur un ambitieux objectif de développer l'éolien offshore pour atteindre une capacité de 6 GW d'ici 2020. La construction d'éoliennes terrestres, tout comme les éoliennes offshore, est très contestée en raison de leur impact visuel sur le paysage. Dans la région française du Languedoc Roussillon, les acteurs concernés (industrie touristique, commerces, pêcheurs, élus locaux), craignent que la construction de parc éoliens offshore aie des effets néfastes sur le tourisme, en donnant à la région une image industrialisée et « bétonnée ». Jusqu'à présent, en mer du Nord, il n'a jamais été mis en évidence que la construction de parcs éoliens offshore ait réellement affecté l'attractivité touristique des côtes environnantes. On peut se demander si ce constat peut être extrapolé à la cote méditerranéenne. Depuis une dizaine d'années, lorsqu'ont débuté les débats sur la possibilité d'exploiter les vents méditerranéens, beaucoup de préjugés sont apparus sur l'impact potentiel négatif que cela pourrait avoir sur le tourisme. La réticence a d'autant plus augmenté lorsque le Languedoc Roussillon a été inclus dans le zonage de l'appel d'offre concernant la construction de 2 GW de parcs éoliens.Il était donc pertinent de mener une enquête auprès des touristes du littoral pour évaluer comment l'installation de parcs éoliens, installés à des distances réalistes des côtés, pourrait affecter le tourisme balnéaire. Par ailleurs, il était également intéressant de proposer des stratégies que les stations balnéaires pourraient adopter pour augmenter le nombre de touristes et leurs profits, avec ou sans parc éolien. Pour répondre à ces questions, une enquête d'évaluation mobilisant la méthode des « choice experiment », a été réalisée durant l'été 2010, auprès de plus de 350 touristes, sur les plages languedociennes.Les résultats de cette enquête, présentés au chapitre 3, montrent que les coûts liés à la nuisance visuelle s'annulent lorsque le parc éolien est installé à des distances comprises entre 8 et 12 km de la côte. L'enquête a également mis en évidence une forte demande pour la mise en place de démarches éco responsable (favorisant les produits locaux, le vélo, les transports publics et les économies d'eau et d'énergie) par les stations balnéaires. Ainsi, nos résultats montrent que la nuisance vécue par l'installation d'un parc à 8 km de la cote serait compensée par la mise en place simultanée d'une « démarche verte ». Par ailleurs, la construction de récifs artificiels associé au parc éolien, qui permettrait l'accès à des loisirs récréatifs (plongée sous marine par ex.) générerait, d'après nos résultats, une augmentation des dépenses des touristes, si ce parc était installé à une distance d'au moins 5 km de la côte.De nos résultats émergent deux principaux constats :- L'implantation d'une éolienne à 12 km de la côte, sans aucune évolution de la station par ailleurs, n'aurait pas d'incidence négative sur le tourisme.- Si la station balnéaire met simultanément en place des actions environnementales et des activités récréatives, le parc éolien peut alors être conçu à partir d'une distance de 5 km de la côte.L'écart entre le Consentement à Payer pour un bien et le Consentement à Recevoir une compensation pour renoncer à ce même bien est un phénomène très largement mis en évidence en économie de l'environnement. Dans une seconde partie de la thèse, nous prenons en compte dans nos estimations économétriques cet écart entre les pertes et des gains dans la fonction d'utilité. En tenant compte de cette asymétrie, nous estimons une réduction de moitié de la nuisance vécue par rapport aux éoliennes si le parc éolien est déjà installé. D'un autre côté, les bénéfices liés aux activités récréatives et à une démarche éco responsable sont perçu comme plus élevés si ces activités étaient déjà mises en place
The French government has committed itself to an ambitious target of boosting the offshore wind power capacity to reach 6 GW by 2020. Wind turbines onshore as well as offshore are highly contested on visual grounds. Affected stakeholders, ranging from business and property owners, fishermen and elected municipal planners, fear significant negative economic impacts on their ‘business' or their ‘property'. In the French Mediterranean region of the Languedoc Roussillon, the expectation is that the tourist industry will be chagrined in the presence of an offshore wind farm – giving a windy and cemented image of the region. Since talks began about 10 years ago, on the potential for ‘harvesting' the winds of the Mediterranean Sea, many postulates have been made with regard to the impact on coastal tourism. In particular, resistance mounted when plans to include the Languedoc Roussillon in the 2011 tender for the construction of 2 GW wind power capacity were materialising. In this light, it was considered of pertinence to investigate how offshore wind farms, installed at realistic distances from the coast (5, 8 or 12 km), would affect coastal tourism. Additionally, it was considered of interest to help define strategies that coastal community resort may adopt to boost visiting numbers or profit margins with or without wind farms. To answer these questions a full-scale choice experiment valuation survey with over 350 tourists was undertaken in the summer of 2010 on Languedoc beaches.Our survey results show (in chapter 3) that average visual disamenity costs tends to zero, when an offshore wind farm is installed somewhere between 8 and 12 km from the shore. We also find that there is considerable demand for “sustainable” coastal community resorts that favours local produce, bicycling, public transport, energy and water saving devices. Thus, our estimates show that a wind farm installed 8 km from the shore could be ‘compensated for' through the simultaneous ‘greening' of the coastal community resort. If in addition a wind farm is associated with artificial reefs and recreational user access, our results point to an actual rise in tourist related revenues when the wind farm is located min. 5 km from the coast. The policy recommendation is thus two fold: Everything else equals, a wind farm located 12 km offshore will have no negative incidence on tourism. With simultaneous application of a coherent environmental policy and wind farm associated recreational activities, wind farm siting can be conceived from 5 km and outwards.In a latter stage (chapter 5) we explicit account for the well-established fact that humans' over-estimate losses compared with equal-sized gains, in our econometric estimations. By incorporating so-called gain-loss asymmetry in the utility function, we observe that the WTP to remove wind farms had they already been installed is half the compensation required to accept their presence during a vacation. The disamenity costs associated with wind farm installation are thus of a significantly smaller magnitude had the wind farms already been installed. On the other hand, the welfare benefits associated with eco-efficiency and wind farm associated recreational activities are larger had they already been invigorated. The verdict is that asymmetry should be accounted for, or at least recognised in stated preference valuation studies that simultaneously use utility increasing and utility decreasing attributes

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Huchet, Quentin. "Utilisation des méthodes de Krigeage pour le dimensionnement en fatigue des structures éoliennes posées en mer." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC074/document.

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Abstract:

Dans le contexte actuel de transition énergétique, les acteurs de la production électrique (dont EDF) s'orientent de plus en plus vers les technologies "bas carbone", permettant de développer leur mix énergétique et d'assurer une production toujours plus respectueuse de l'environnement. Parmi l'ensemble des alternatives progressivement industrialisées au cours de ces dernières décennies, l'énergie éolienne voit son développement s'accélérer. De nouveaux projets voient le jour, notamment avec le développement de parcs éoliens posés en mer le long des côtes françaises.Afin de garantir une sécurité maximale des installations vis-à-vis des défaillances mécaniques, les ingénieurs doivent mettre en place un ensemble de vérifications ayant pour but d'assurer l'intégrité structurelle pendant une durée de vie donnée. Cette étape, nécessaire à la certification et donc à l'industrialisation du projet, exige un investissement numérique important. Dans le cas particulier de l'estimation de l'endommagement à durée de vie, un ensemble complet d'analyses doit être effectué afin de simuler les réactions structurelles en différents points de la conception et ce, pour l'ensemble des conditions environnementales de chargement possibles (cas de charge). Au total, quelques milliers de simulations correspondant à l'ensemble des situations probables sont à prévoir pour la seule estimation de l'endommagement à durée de vie. De plus, la prise en compte des différents phénomènes physiques du problème (aérodynamique, hydrodynamique, mécanique élastique), ainsi que la considération des non-linéarités des réponses liées à l'asservissement de la turbine, impliquent l'utilisation de codes de résolution temporels et multi-physiques coûteux pour chacune des situations de chargement à simuler.Afin de réduire l'investissement lié à l'estimation de cet endommagement, l'utilisation de méthodes numériques de substitution (également appelées métamodèles) est une alternative prometteuse. Ces méthodologies ont montré leur efficacité dans divers domaines de l'ingénierie permettant d'approcher, par diverses hypothèses statistiques, la réponse de modèles numériques en ne considérant qu'un nombre réduit de simulations.Ce travail de thèse s'est focalisé sur le développement d'outils numériques pour le dimensionnement efficace des structures éoliennes en mer et plus particulièrement sur l'utilisation des métamodèles de Krigeage (ou méthode de régression par processus gaussien) pour l'estimation de l'endommagement mécanique. Sous certaines hypothèses, cette méthode de substitution se prête particulièrement bien à l'approximation des réponses de modèles physiques, notamment grâce à la mise en place facilitée d'architectures itératives d'enrichissement ("active learning strategy"). Deux domaines ont principalement été étudiés : l'estimation rapide des quantités d'endommagement structurel par le développement de la méthode "Adaptive Kriging for Damage Assessment" (AK-DA) et les possibilités d'utilisation de cette dernière dans le cadre d'études de la fiabilité conceptuelle au regard de la tenue à l'endommagement. L'applicabilité de ces méthodes a été illustrée via l'utilisation d'exemples numériques inspirés du contexte industriel et de ses contraintes
The mechanical certification of wind turbine structures is required for the funding of newoffshore projects on the French coasts. In order to ensure a maximal safety level of installations,a series of structural analyzes are required by the certification bodies. Amongst all, thedamage based computations represent an important numerical effort for EDF. The presentedworks focus on the applicability and the performances of Kriging metamodels for the estimationof the lifetime cumulated damage of offshore wind turbine structures (AK-DA approach)and the damage based reliability assessment of new designs (AK-MCS/AK-DA coupling)

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Barnaud, Félix. "Influence of advanced unsteady aerodynamic models on the aeroelastic response of an offshore wind turbine." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMIR31.

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Abstract:

Les éoliennes offshore modernes ont atteint ces dernières années de très grandes dimensions, qui ne cessent d’augmenter en vue de diminuer les coûts de production de l’électricité. Des designs innovants sont alors nécessaires afin d’améliorer les performances aérodynamiques et de réduire les charges structurelles. Les outils de l’état de l’art tels que la théorie de l’élément de pale couplée à la méthode de la quantité de mouvement (BEMT en anglais), utilisés pour la prédiction des charges et performances des rotors, ont été conçus pour des rotors de plus faibles dimensions et dans des conditions standards d’utilisation. Des conditions particulières comme les cas de désalignement du rotor par rapport à l’axe du vent sont a priori hors du domaine de validité des outils de l'état de l'art. Le but de cette thèse est d'étudier des modèles aérodynamiques plus poussés et de les comparer avec les outils de l'état de l'art sur des cas spécifiques. Les écoulements instationnaires sont particulièrement intéressants puisque difficiles à simuler avec les méthodes standards. Ainsi, un code de méthode des panneaux prenant en compte les phénomènes visqueux tels que le décrochage dynamique est comparé à un code BEMT dans des conditions de vent réalistes et avec un fort désalignement du rotor. Les calculs sont réalisés dans le cadre d'un couplage aéro-servo-élastique de manière à être le plus représentatif possible des calculs de chargement effectués dans l'industrie et nécessaires pour la certification des machines. L'impact du modèle de décrochage dynamique est étudié avec les deux méthodes, pour des cas de chargement extrêmes et en fatigue avec désalignement du rotor. Des différences ont été observées entre les deux méthodes et avec plusieurs paramétrisations du modèle de décrochage dynamique. De plus, la prise en compte du couplage servo-élastique modifie les observations faites sur les comparaisons aérodynamiques. De plus, les angles d'attaque observés sur les pales en cas de fort désalignement sont très élevés. L'écoulement autour de profils dans ces conditions est dominé par des effets visqueux non capturés par les méthodes des panneaux ou de BEMT mais modélisés via des modèles semi-empiriques. Des modèles alternatifs doivent donc être utilisés pour mieux prédire de tels phénomènes. Dans la seconde partie de cette thèse l'écoulement autour de profils aérodynamiques d'éoliennes, plus épais que dans l'aéronautique, est étudié à l'aide de Simulation aux Grandes Échelles avec loi de paroi. Plusieurs cas d'écoulement attachés et détachés sont simulés, pour des profils fixes et oscillants. De très grands angles d'attaque sont également simulés, jusqu'à 90°, à un nombre de Reynolds réaliste. Dans les cas attachés et très fortement détachés, la Simulation aux Grandes Échelles avec loi de paroi est capable de capturer correctement l'écoulement avec des maillages peu raffinés. Cependant les cas proches du décrochage se sont révélés plus difficiles à obtenir, et nécessitent des maillages très fins même en utilisant des lois de paroi adéquates. Enfin, des cas oscillants avec fréquence réduite élevée sont également étudiés et comparés avec d'autres modèles. La Simulation aux Grandes Échelles est alors particulièrement adaptée et donne des résultats prometteurs
The size of modern offshore wind turbine rotors has reached very large dimensions and keeps increasing in order to reduce the cost of electricity. More challenging designs are thus needed to improve the aerodynamic performances and reduce the structural loads. The state-of-the-art tools such as Blade Element Momentum Theory (BEMT) used to predict the loads and performances of wind turbines have been designed for much smaller rotors in standard operating conditions. Load cases in specific conditions such as yaw misalignment are a priori out of the validity range for such tools. The goal of the thesis is to investigate more advanced aerodynamic models in order to assess the differences in load predictions compared to state-of-the-art tools. In particular, this work focuses on unsteady flows which represent a challenge for engineering tools. For this purpose, a panel method code including viscous effects such as dynamic stall is compared to a BEMT code in realistic wind conditions with large yaw misalignment. The calculations are performed in the framework of aero-servo-elasto coupling in order to be represen¬tative of the load calculations performed in industry following certification standards. The impact of the dynamic stall model is investigated in particular for both BEMT and panel method, for extreme and fatigue loading in cases of yaw misalignment. Differences have been observed between both codes and for several parametrizations of dynamic stall model. In addition, it has been noticed that including the servo-elasto coupling changes a lot the observations regarding aerodynamic loading. Large angles of at¬tack are observed on wind turbine blades in yaw misalignment cases, and the flow around blade sections in such conditions is particularly affected by viscous effects such as dynamic stall or vortex shedding which are not inherently solved by panel methods nor BEMT but modeled with semi-empirical models. Alternative models such as Large Eddy Simulation (LES) that would capture these effects have to be considered. Wall-modeled LES (WMLES) is thus used in the second part of this thesis to investigate the flow around wind turbine dedicated airfoils, much thicker than airfoils used in aeronautics. Several cases are simulated, for attached and detached flows and in steady or oscillating cases. Angles of attack up to 90° are investigated at realistic Reynolds number. It appears that WMLES is able to capture correctly the main flow features in attached conditions and at very high angle of attack with coarse meshes. However, the near stall cases are more challenging to capture even with appropriate wall laws and require very fine meshes to be correctly solved. A comparison is also performed for motions with high reduced frequency and compared to other models, revealing the promising capacities of WMLES in such cases

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Tiegna, Huguette. "Contribution à la modélisation analytique des machines synchrones à aimants permanents, à flux axial, à entraînement direct en vue de leur dimensionnement : application aux éoliennes." Thesis, Le Havre, 2013. http://www.theses.fr/2013LEHA0017/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique de recherche de structures innovantes de génératrices pour les turbines de l’éolien offshore atteignant la dizaine de mégawatts et du dimensionnement de ces structures. À cet effet, les machines synchrones à aimants permanents, à flux axial, à entraînement direct sont celles qui ont plus de potentiel énergétique pour répondre aux besoins de ces futures turbines éoliennes offshore de grande puissance. L’étude de ces structures a rendu nécessaire le développement d’un outil de dimensionnement analytique multiphysique « léger » et suffisamment précis servant à l’analyse et l’exploration de l’espace de solutions. Une nouvelle approche de modélisation analytique magnétique quasi-3D qui prend compte des effets 3D (variations des formes d’aimants permanents au rotor et les effets de bords aux extrémités radiales), est développée à cet effet pour ces structures tridimensionnelles et confirmée par une modélisation tridimensionnelle par éléments finis. La modélisation magnétique est basée sur l’approche mathématique permettant la résolution formelle des équations de Maxwell par la méthode de séparation des variables dans les différentes régions à faible perméabilité de la machine. Couplé à une modélisation thermique nodale ainsi qu’une modélisation des pertes, ce travail aboutit à un modèle dimensionnant multiphysique des machines à flux axial avec un excellent rapport « temps de calcul/précision » servant pendant les phases préliminaires du dimensionnement
This work deals with the search for innovative structures of generators for the offshore wind turbines reaching about ten megawatts and their design. The direct drive, axial flux, permanent magnet synchronous machines are the ones which have more energy potential for these future high power offshore wind turbines. The study of these axial flux machines required the development of a fast analytical design help tool with a good accuracy for their analysis and their design. To do so, a new approach of quasi-3D magnetic analytical modeling, which takes into account 3D effects (end effects and variations of magnets forms in the rotor) is then developed and confirmed by a 3D finite elements method. Its mathematical approach is based on the formal solution of Maxwell’s equations, in low permeability regions of the machine, by the separation of variables method. Coupled with a nodal thermal modelling and the evaluation of losses, this work succeeds in a multi-physical design tool for axial flux machines with an excellent computation time to accuracy ratio

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El, Haffar Ismat. "Physical modeling and study of the behavior of deep foundations of offshore wind turbines in sand." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0021/document.

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Abstract:

La capacité axiale et latérale des pieux foncés dans du sable de Fontainebleau NE34 ont été étudié à l’aide d’essais sur modèles réduits centrifugés. L’effet de la méthode d’installation, de la densité et de la saturation du sable, du diamètre du pieu, de la géométrie de sa pointe (ouvert /fermé) et de sa rugosité sur la capacité axiale a été étudié. Une augmentation significative de la capacité en traction est observée dans les pieux foncés cycliquement, contrairement aux pieux foncés d’une manière monotone à 100 × g. La saturation du sable dense accélère la formation du bouchon lors de l'installation du pieu. L'augmentation de la rugosité du pieu et de la densité du sable accroissent significativement le frottement latéral des pieux testés. Dans tous les cas, les capacités de pieux sont comparées aux codes de dimensionnement des éoliennes offshore. Une étude paramétrique de l'effet de la méthode d'installation, de l'excentricité de la charge et de la saturation du sable sur la réponse latérale des pieux foncés est ensuite réalisée grâce à l'utilisation d'un pieu instrumentée. Le pieu est chargé d’une manière monotone puis un millier de cycles sont appliqués. Une nouvelle méthode a été développée pour la détermination des constantes d'intégration pour déterminer le profil de déplacement latéral du pieu. La méthode d'installation influence directement le comportement global (moment maximum et déplacement latéral) et local (courbes p-y) des pieux. L'effet de l'excentricité de la charge et de la saturation du sable sur le comportement des pieux est également présenté. Dans chaque cas, une comparaison avec les courbes p-y extraites du code DNVGL est réalisée
The axial and lateral capacity of piles jacked in Fontainebleau sand NE34 are studied using centrifuge modelling at 100×g. The effect of the installation method, sand density and saturation, pile diameter and pile tip geometry (open or closed-ended) and pile roughness on the axial capacity of piles are firstly studied. A significant increase in the tension capacity is observed in cyclically-jacked piles unlike piles monotonically jacked at 100×g. The saturation of dense sand accelerates plug formation during pile installation. The increase in pile roughness and sand density increases significantly the shaft resistance of the piles tested here. For all the cases, pile capacities are compared with the current design codes for offshore wind turbines. A parametric study of the effect of the installation method, load eccentricity and sand saturation on the lateral response of jacked piles is then realized using of an instrumented pile. The pile is loaded monotonically, then a thousand cycles are applied. A new methodology has been developed for determining of the constants needed in the integration procedure to identify the lateral displacement profile of the pile. The installation method influences directly the global (maximum moment and lateral displacement) and local behaviour (p-y curves) of the piles. The effect of the load eccentricity and sand saturation on the behaviour of the piles is also presented. In each case a comparison with the p-y curves extracted from the DNVGL code is realized

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Jin, Zhuang. "Numerical investigation of caisson foundations in sand under combined monotonic loadings for offshore wind turbines." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0002/document.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat porte sur la réponse des fondations caisson dans du sable pour les éoliennes en mer soumises à des chargements monotones et cycliques combinés. Le processus de défaillance et l’enveloppe de rupture (diagramme de capacité portante) d’une fondation en caisson dans du sable soumise à des chargements monotones combinés sont premièrement étudiés à l’aide du modèle constitutif de Mohr-Coulomb. La méthode Lagrangian-Smoothed Particle Hydrodynamics Combinée (CLSPH) est adoptée pour prendre en compte les grandes déformations et les limites de l'approche sont mises en évidence. Une loi constitutive basée sur la notion de l’état critique pour le sable récemment mis au point (SIMSAND) est ensuite introduite et utilisée avec la méthode CLSPH. Des tests d’effondrement du sol dans un canal rectangulaire et d’une colonne granulaire en prenant en compte différentes géométries sont simulés afin de valider l’approche en termes de morphologie de dépôt final, des profils d’écoulement et de zones non perturbées. La méthode CLSPH et le modèle SIMSAND sont ensuite utilisés pour étudier le diagramme de capacité portante des fondations caisson dans du sable. Différents paramètres ayant une incidence sur la forme et la taille de l'enveloppe de rupture sont pris en compte, tels que la densité et la rigidité du sol, la résistance au frottement, la rupture des grains, la géométrie et les dimensions de la fondation. Une formule analytique est introduite pour décrire la surface de rupture 3D capable à reproduire les résultats numériques. Sur la base de la formule analytique proposée, un macro-élément pour des fondations caisson dans du sable soumises à des chargements monotones et cycliques est finalement développé dans le cadre de l'hypoplasticité. L’outil numérique proposé est validé avec des résultats expérimentaux
This PhD thesis deals with the response of caisson foundations in sand for offshore wind turbines submitted to combined monotonic and cyclic loadings. First, the failure process and failure envelope (or bearing capacity diagram) of a caisson foundation in sand under combined monotonic loadings is investigated using the conventional Mohr-Coulomb constitutive model. A Combined Lagrangian-Smoothed Particle Hydrodynamics(CLSPH) method is adopted to consider large deformations and the limitations of the approach are highlighted. A recently developed critical state model for sand (SIMSAND) is then introduced and combined with the CLSPH method. Rectangular channel soil collapse tests and granular column collapse tests considering different aspect ratios are simulated to validate the approach in terms of final deposit morphologies, flow profiles and undisturbed areas.The CLSPH method and the SIMSAND model are then used to investigate the bearing capacity diagram of the caisson foundation in sand. Different parameters affecting the shape and size of the failure envelope are considered, as soil density and stiffness, friction strength, grain breakage, geometry and aspect ratio of the foundation. An analytical formula is introduced to describe the 3D failure surface reproducing the numerical results. Based on the proposed analytical formula, a macro-element for the caisson foundation in sand submitted to monotonic and cyclic loadings is finally developed within the framework of hypoplasticity. Validation is provided through comparison with experimental results

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Cathelain, Marie. "Développement d’un modèle de simulation déterministe pour l’étude du couplage entre un écoulement atmosphérique et un état de mer." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0001/document.

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Abstract:

La physique de la couche limite atmosphérique en domaine océanique est principalement régie par les processus couplés liés au vent, à l’état de mer local, et à des effets de flottabilité. Leur compréhension reste néanmoins parcellaire et leurs descriptions théoriques et stochastiques sont pour le moins lacunaires, lorsqu’elles ne sont tout simplement pas mises à mal par les rares observations. Dans un contexte d’exploitation croissante de la ressource éolienne offshore, la mise en place de méthodes numériques visant à une description plus fine des propriétés turbulentes de cette couche limite sera une étape déterminante dans la réduction des coûts et l’optimisation des structures pour des rendements de récupération d’énergie améliorés. Ainsi, un outil numérique a été mis en place afin d’étudier le couplage entre un écoulement atmosphérique et l’état de mer. Un code Large-Eddy Simulation massivement parallèle pour la simulation des écoulements atmosphériques incompressibles développé par P. Sullivan au National Center for Atmospheric Research est couplé à un code spectral d’états de mer non-linéaires développé au Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique. De nombreuses configurations de vents et d’états de mer sont modélisées. On montre que les lois semi empiriques souvent utilisées pour représenter la distribution verticale de la vitesse moyenne du vent sont une bonne approximation dans les situations où un petit état de mer est soumis à un fort vent. Néanmoins, dans le cas de houles très rapides se propageant dans des zones de faible vent, la création d’un jet de vent par la houle invalide ces lois semi-empiriques
Modelling the dynamic coupling of ocean-atmosphere systems requires a fundamental and quantitative understanding of the mechanisms governing the windwave interactions: despite numerous studies, our current understanding remains quite incomplete and, in certain conditions, sparse field observations contradict the usual theoretical and stochastic models. Within the context of a growing exploitation of the offshore wind energy and the development of met ocean models, a fine description of this resource is a key issue. Field experiments and numerical modelling have revealed that atmospheric stability and wave effects, including the dynamic sea surface roughness, are two major factors affecting the wind field over oceans. A numerical tool has been implemented in order to study the coupling between an atmospheric flow and the seastate. A massively parallel large-eddy simulation developed by P. Sullivan at the National Center for Atmospheric Research is then coupled to a High-Order Spectral wave model developed at the Hydrodynamics,Energetics & Atmospheric Environment Laboratory in Ecole Centrale de Nantes. Numerous configurations of wind and sea states are investigated. It appears that, under strongly forced wind conditions above a small sea state, the semi-empirical laws referred to as standards in the international guidelines are a good approximation for the vertical profile of the mean wind speed. However, for light winds overlying fast-moving swell, the presence of a wave induced wind jet is observed, invalidating the use of such logarithmic laws

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Kermagoret, Charlène. "La compensation des impacts sociaux et écologiques pour les projets d'aménagement : acceptation, perceptions et préférences des acteurs du territoire. Application au projet de parc éolien en mer de la baie de Saint-Brieuc (Bretagne,France)." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0126/document.

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Abstract:

Les politiques de développement durable ont fait émerger de nombreux outils qui visent à concilier les enjeux de développement économique et ceux de préservation des intérêts sociaux et environnementaux. Parmi eux, la compensation territoriale se matérialise par l’attribution, à un territoire subissant les impacts négatifs d’un aménagement déclaré d’utilité publique, d’un ensemble de mesures visant à maintenir à niveau acceptable le bien-être des individus et l’état écologique du milieu. Elle permet ainsi de rétablir un équilibre entre la dimension globale du projet, qui ne considère que ses effets positifs, et la dimension locale, dans laquelle les externalités positives et négatives du projet rentrent en jeu. Initié par un questionnement sur la mise en oeuvre d’un tel outil de politique publique au sein de territoires spécifiques, l’objectif principal de ce travail est de caractériser la demande de compensation par les acteurs du territoire au regard des impacts perçus dans un contexte de projet d’aménagement. Ce travail explore les perceptions des acteurs du territoire de la baie de Saint-Brieuc directement concernés par un projet de parc éolien en mer vis-à-vis de ce principe de compensation. Pour ce faire, des approches qualitatives et quantitatives ont été utilisées de manière complémentaire et font appel à des outils spécifiques tels que la cartographie cognitive floue et la méthode des choix expérimentaux. Cette démarche nous a permis de produire de nombreux éléments de compréhension quant à la manière dont ces acteurs perçoivent les impacts d’un tel projet d’aménagement, acceptent ou non le principe de compensation comme outil de réponse aux impacts négatifs du projet et envisagent la mise en oeuvre de la compensation à travers leurs préférences vis-à-vis de différentes types d’actions – indemnisations financières, investissements dans des biens communs, restauration écologique. Les résultats de ce travail montrent que les perceptions, très hétérogènes au sein des acteurs du territoire, s’expliquent en grande partie à travers le concept de Communautés de Pratiques. Finalement, lorsque le principe de compensation est accepté par les acteurs du territoire, la logique d’équivalence qui conditionne la demande de compensation peut s’expliquer de trois manières différentes : une équivalence territoriale dans laquelle les bénéfices issus de la compensation doivent profiter à l’ensemble de la population du territoire impacté ; une équivalence écologique dans laquelle le niveau de fonctions écologiques et de services écosystémiques est maintenu constant, une équivalence basée sur des valeurs économiques pour pallier le manque à gagner de certaines activités professionnelles
In the context of a territory suffering from the negative impacts of an infrastructure declared of public utility, territorial compensation consists of a set of measure that aims to help maintaining the level of well-being of each and every individual as well as a desirable ecological state. This way, territorial compensation allows to balance between the global scale of the project, in which only the positive impacts are taken into account, and the local scale where both positive and negative externalities of the project are running. Initiated by a questioning on how such a public policy tool can be deployed at the heart of specific territories, the main objective of this PhD work is to characterize the expectation of local stakeholders towards the perceived impacts awaited from the instatement of a development project. More specifically, this work relies on an analytical approach centered on the study of the perception of the stakeholders of the Bay of St-Brieuc territory (Western Brittany, France), who are directly concerned by an offshore wind farm project. To reach suchaims, complementary qualitative and quantitative methods are used such as fuzzy cognitive mapping and choice experiment method. Using this kind of approaches allowed us to better define several keys for understanding how local stakeholders perceive the impacts of such a project and agree or not with compensation being an appropriate answer regarding the negative impacts of the project and consider the implementation of compensation in reference to their preferences towards different types of action – monetary incentives, public goods investments, ecological restoration. Our results show very heterogeneous perceptions in between the different stakeholders that can in a large part beexplained using the concept of Communities of Practice. Finally, when the principle of compensation is accepted by allthe stakeholders of a territory, the equivalency logical that determines the compensation expectations can be of three types: a territorial equivalency, in which the benefits of compensation must be shared by all inhabitants of the impacted territory; an ecological equivalency, in which the level of ecological functions or ecosystem services is maintained constant; and an equivalency based on economic values that must balance the loss of benefits underwent by some professional activities

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Vaissière, Anne-Charlotte. "Le recours au principe de compensation écologique dans les politiques publiques en faveur de la biodiversité : enjeux organisationnels et institutionnels : cas des écosystèmes aquatiques marins et continentaux." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0028/document.

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Abstract:

La compensation écologique, envisagée dans le respect de la séquence éviter-réduire-compenser les impacts, cherche à apporter des réponses à la crise actuelle d’érosion de la biodiversité. L’objectif de la thèse est de comprendre quels sont les enjeux organisationnels et institutionnels de la mise en œuvre du principe de compensation écologique pour les impacts sur les écosystèmes aquatiques marins et continentaux en Europe et aux Etats-Unis. La thèse mobilise le cadre théorique de l’économie néo-institutionnelle. Les organisations de type hiérarchique (compensation au cas par cas) ont pour principales limites d’avoir une efficacité écologique discutable et de ne pas permettre le suivi et le contrôle des mesures compensatoires ce qui conduit souvent à ce que la compensation ne soit pas ou peu mise en œuvre. Aux Etats-Unis, les banques de compensation consistent en une réponse anticipée et mutualisée aux dommages à l’environnement. Il s’agit d’une forme organisationnelle alternative hybride fortement régulée à mi-chemin entre la hiérarchie et le marché. Cependant, les acteurs ont des stratégies collectives et individuelles qui engendrent des négociations ayant des conséquences sur les enjeux de développement économique et de maintien des objectifs de conservation de la biodiversité. Le système des banques de compensation crée un double phénomène de redistribution des coûts de transaction et de diminution de ceux-ci mais il semble que l’évolution de l’ensemble du cadre d’application de la compensation écologique américain permet aujourd’hui une complémentarité institutionnelle entre ces deux formes organisationnelles plutôt qu’une disparition des formes hiérarchiques
Biodiversity offset, as the last step of the mitigation hierarchy (avoid/reduce/offset), aims to address the current biodiversity loss crisis. The main goal of this PhD, which relies on the new institutional economics approach as a theoretical framework, is to understand the organizational and institutional issues of implementing biodiversity offsets policies for impacts on continental and offshore wetlands in Europe and the United-States. Hierarchical organizations (i.e. permittee responsible mitigation) often lead to little to no implementation of biodiversity offsets because the ecological effectiveness of case-by-case compensatory measures is unproven and the monitoring and control of numerous measures are difficult. In the United-States, the mitigation banking system aims to compensate for multiple small impacts on wetlands by carrying out restoration projects on fewer but larger wetland areas in order to reach the goal of no net loss of biodiversity. This hybrid organizational form is highly regulated and therefore stands halfway between hierarchical and market organizations. However, actors have individual and collective strategies that generate negotiations with consequences on economic development and biodiversity conservation stakes. The mitigation banking system leads to a decrease of transaction costs and a change of the actors bearing them. It seems that the evolution of the whole framework of biodiversity offsets policy implementation in the United-States leans toward an institutional complementarity between these two organizational forms rather than a disappearance of hierarchical organizations

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Dissertations / Theses on the topic 'Éolienne offshore'

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