Développement et optimisation d'un système hydrolien de production d'énergie basé sur les vibrations induites par vortex
Nicolas Dellinger  2, 1@  
2 : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie  (ICube)  -  Site web
ENGEES, Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Strasbourg, université de Strasbourg, CNRS : UMR7357
300 bd Sébastien Brant - BP 10413 - F-67412 Illkirch Cedex -  France
1 : Dellinger
ICube

Nous présentons ici un système original, basé sur la résonnance d'une structure induite par lâchés tourbillonnaires. Lorsqu'une barre de section quelconque est placée dans un écoulement, on observe à certains régimes de l'écoulement des lâchés de tourbillons de part et d'autre de la barre, induistant des efforts cycliques alternatifs. Lorsque la barre est montée sur une structure flexible, son énergie mécanique de translation peut ensuite être transformée en énergie électrique. Dans notre cas, le dispositif expérimental est installé dans un canal à surface libre dont la vitesse incidente est comprise entre 0.5 et 1 m/s. Un cylindre creux étanche et possédant un degré de liberté en translation verticale est plongé perpendiculairement à l'écoulement. Le cylindre revient en position grâce à l'action d'un ressort à raideurs variables : cela permet de contrôler, dans un certain intervalle, la fréquence propre de la structure et ainsi d'amplifier les mouvements oscillatoires du cylindre en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide. L'énergie mécanique de translation est ensuite transformée en énergie électrique par une génératrice électrique asservie en couple ou en vitesse et entraînée par un système poulie-courroie. La mesure de la puissance de sortie permet d'optimiser la récupération d'énergie grâce à un algorithme implémenté dans la partie commande du système qui module le niveau de couple de la génératrice, ainsi que la raideur de la structure. Nous présentons deux méthodes (linéaire et non linéaire) de contrôle de la génératrice qui permettent de maximiser la puissance récupérée. La boucle de rétroaction est dans les deux cas constituée par les informations de couple et de vitesse de la génératrice, de la vitesse du fluide en amont du dispositif et, enfin, de la raideur de la structure. Une action correctrice de type PID est utilisée, permettant d'assurer la stabilité du système. Enfin, l'influence de l'action de contrôle sur le développement des instabilités derrière le cylindre est étudiée à partir de la mesure du profil de vitesse dans l'écoulement amont. Un système basé sur l'émission de deux ondes sonores permet de reconstruire localement le profil de vitesse.



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