DEVELOPMENT OF A METHOD COUPLING HYDRODYNAMICS AND UNSTEADY AERODYNAMICS AIMED AT STUDYING FLOATING VERTICAL AXIS WIND TURBINES

Développement d’un couplage hydrodynamique et aérodynamique instationnaire pour l’étude des éoliennes flottantes à axe vertical

Vincent Leroy (1) , Jean-Christophe Gilloteaux (2) , Maxime Philippe (1) , Aurélien Babarit (2) , Pierre Ferrant (2)

1 INNOSEA
2 LHEEA - Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique

Afin d'exploiter au mieux le potentiel énergétique marin, des concepts d'éoliennes flottantes voient le jour. Les éoliennes à axe vertical (Vertical Axis Wind Turbine : VAWT) sont au centre de plusieurs travaux de recherche pour des applications flottantes [1] [2]. L'aérodynamique de ces éoliennes est très instationnaire. En effet, chaque pale passe à chaque révolution dans le sillage des autres. Les mouvements de la plateforme rendent également l'écoulement sur les pales et dans le sillage encore plus instationnaire avec la possibilité d'avoir le rotor qui évolue dans son propre sillage. Il a été démontré que les méthodes stationnaires (Double Multiple Stream Tube (DMST) par exemple) ne sont pas suffisamment précises pour des turbines à axe verticale [Ferreira, 2014]. Ce papier présente l'état d'avancement des développements réalisés pour la réalisation d'un simulateur numérique d'éolienne flottante à axe vertical. Le papier présente en détails le couplage entre le logiciel de tenue à la mer InWave [3], avec le solveur aérodynamique CACTUS [4]. Des comparaisons avec le logiciel FAST seront présentés dans le cas d'une éolienne à axe horizontal montée sur une plateforme de type SPAR. Le couplage a permis d'obtenir des résultats proches de ceux obtenus par FAST dans le cadre de mouvements de faibles amplitudes, mêmes si des faibles écarts sont dus à des différences dans les deux modèles hydrodynamiques. Summary A lot of research has focused over the last decade on Floating Offshore Wind Turbine (FOWT). Vertical Axis Wind Turbines (VAWT) have also been studied for floating applications [1] [2] but the aerodynamics of such turbines is hard to model as it is highly unsteady. Steady methods such as Double Multiple Stream Tube (DMST) may not be accurate enough for large motions of floating systems. In order to study the seakeeping of VAWTs two codes avec been coupled in a modular framework: InWave, seakeeping code developed at INNOSEA (Nantes, France) and CACTUS, a free vortex wake method developed at Sandia National Laboratories (SNL) (USA). This paper presents the coupled method and the first work of verification lead on the NREL 5MW HAWT designed at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) on the Hywind SPAR platform as presented in [5]. The results from InWave-CACTUS were compared with those from FAST [6]. The coupled method showed good agreement with the results from FAST for small amplitude motions.

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Energie électrique

Vincent Leroy, Jean-Christophe Gilloteaux, Maxime Philippe, Aurélien Babarit, Pierre Ferrant. Développement d’un couplage hydrodynamique et aérodynamique instationnaire pour l’étude des éoliennes flottantes à axe vertical. Actes des 15èmes Journées de l'Hydrodynamique, Nov 2016, Brest, France. ⟨hal-01492668⟩