Contexte
Grâce à une forte décroissance au fil de la dernière décennie, le coût de l’électricité d’origine éolienne offshore atteint dans des cas favorables la parité réseau. Néanmoins, dans le cadre d’une utilisation massive pour la transition énergétique de la production électrique, il est primordial de continuer à faire baisser les coûts de production.
Le projet CELT4Wind lauréat de l’appel à projet Recherche WEAMEC 2020 cible la gestion électrothermique des câbles des fermes éoliennes offshores.
Le projet proposé est couplé avec le projet OWARD, sélectionné lors de l’AAP 2016, et le projet ORIGAMI sélectionné lors de l’AAP 2019.
Ruptures scientifiques et innovation
CELT4Wind: électrothermique des câbles des fermes éoliennes offshores
Le projet CELT4Wind souhaite contribuer à la réduction nécessaire des coûts en ciblant les économies d’investissement très significatives pouvant être réalisées au niveau du câble d’export du parc. Ce câble bénéficie en effet d’une très forte inertie thermique, c’est-à-dire que sa température peut mettre plusieurs jours voire plusieurs mois avant d’atteindre sa température maximale autorisée (qui est le facteur limitant pour la transmission d’énergie), même lorsque son courant nominal lui est appliqué.
Quelques Gestionnaires de Réseau de Transport (GRT), à qui revient maintenant la responsabilité de la gestion électrothermique de ce câble dans de plus en plus de pays, ont commencé à prendre en compte l’exploitation possible de ce phénomène, ce qui permet de maximiser la production d’électricité à infrastructure électrique constante. Depuis quelques années, certains de ces gestionnaires de réseau autorisent en effet les gestionnaires de parcs offshores à dimensionner leur ferme éolienne à une puissance supérieure à celle pouvant être transitée par leur câble d’export en régime permanent. Ces fermes ne produisent en effet à pleine puissance qu’une fraction du temps : ainsi, la température du câble est amenée à augmenter lentement, de par le phénomène d’inertie thermique, pendant la période de production à pleine charge, tout en restant en-deçà de sa température maximale autorisée, car la pleine charge n’est maintenue que de façon temporaire. Ce « sous-dimensionnement » du câble peut donc entraîner de très fortes économies d’investissement. Cependant, exploiter l’inertie thermique des câbles d’export entraîne de nombreux challenges scientifiques et techniques.
La gestion électrothermique optimisée et en temps-réel par un GRT d’un câble raccordé à un parc éolien dont la production est pilotée par un gestionnaire de ferme nécessite un dialogue entre ces deux acteurs dont les bases restent encore à définir en termes de type et de précision temporelle de l’information échangée. En effet, des conditions de fonctionnement pertinentes, et réalisables par les gestionnaires de fermes éoliennes offshores, doivent être spécifiées par le GRT dans le cadre des appels d’offres de parcs éoliens offshore. C’est ce challenge que le projet CELT4Wind se propose de relever. Il vise à traiter ce verrou d’un point de vue nécessairement multi-acteurs, un GRT (RTE), un développeur/gestionnaire de parcs éoliens offshore (WPD) et un responsable de site de tests en mer (SEMREV). Ce projet se doit également d’être multidisciplinaire et allie par conséquent des chercheurs issus du génie électrique et du génie thermique (SATIE et IREENA).
Il repose sur quatre piliers :
- la génération de jeux de données de production d’électricité d’éolienne offshore (fournies par RTE) sur la base de données météorologique éoliennes historiques représentatives des conditions de la façade Manche/Atlantique française, et qui pourront être recoupées avec des données réelles mesurées (fournies par WPD);
- le développement de modèles électrothermiques du câble offshore alliant précision et temps de calcul compatible avec des contraintes de temps-réel;
- le développement d’un module de gestion électrothermique prenant en compte les incertitudes, et notamment celles liées à la prévision de production électrique;
- la rédaction de recommandations pour les spécifications techniques destinées à être intégrées dans les futurs appels d’offres de parcs éoliens offshores.
Impact technique et économique attendu
Les impacts attendus dans le cadre du projet CELT4Wind sont d’obtenir:
- un modèle temps-réel de gestion électrothermique optimale du câble d’export réutilisable pour des projets ultérieurs;
- un protocole de dialogue réaliste et respectant les exigences et les contraintes techniques des parties prenantes défini pour la gestion électrothermique du câble d’export entre le gestionnaire de réseau de transport et le gestionnaire du parc éolien offshore.
Dates clés du projet
- Septembre 2020 - Démarrage du projet
- Septembre 2022 - Fin du projet
Résultats
Le code MATLAB et les données issues de ce projet sont en accès ouvert sur Github, selon les principes de la science ouverte.
Publications et communications produites
Publications
-
- 2021 – A. BLAVETTE -Upgrading wave energy test sites by including overplanting: a techno-economic analysis-Projet WEAMEC « CELT4Wind »
- 2022 – I. Daminov, S. Bourguet, A. Blavette, T. Soulard, D. Trichet, G. Wasselynck, H. Ben Ahmed, L. Dupont, A. Godard, P. Warlop, Optimal energy management of offshore wind farms considering the combination of overplanting and dynamic rating – Results of the CELT4Wind project – CIGRE accepté à paraître et à présenter en 2022
- 2023 – I. Daminov, A. Blavette, S. Bourguet, H. Ben Ahmed, T. Soulard & P. Warlop, Economic performance of an overplanted offshre wind farm under several commitment strategies and dynamic thermal ratings of submarine export cable, Applied Energy, Volume 346, 121326
Communications orales avec publications
2021- C.-H. BONNARD – Increasing the energy production of a MRE farm considering thermal and techno-economic aspects-Projet WEAMEC « CELT4Wind »
Présentations orales
2021 – Ildar Daminov, Anne Blavette, Salvy Bourguet, Projet WEAMEC CELT4Wind, Cable Electro-Thermal Management for Offshore Wind Farms, GDR EOL-EMR, Paris, 27/11/2021
WEBINAIRE – REPLAY
