Modélisation couplée multi physique d'une hydrolienne RIM-DRIVEN

A multi physical approach for the design of RIM-DRIVEN Tidal Turbines

¹ IRENav, Ecole Navale, BCRM BREST - 29240 BREST Cedex 9
email : jean-frederic.charpentier@ecole-navale.fr
² L2EP Lille, Arts et Métiers Paris Tech, Centre de LILLE, 8 bd Louis XIV, 59046 LILLE

Résumé

Le travail présenté concerne le développement d'une méthodologie de conception de systèmes hydroliens innovants de type RIM-DRIVEN pour la récupération de l'énergie des courants de marée. L'originalité d'un système RIM-DRIVEN réside dans la structure même de l'hydrolienne, inspirée directement des nouveaux systèmes de propulsion navale, où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l'hélice et protégés par une tuyère, l'entrefer étant immergé. Au sein d'une structure de type RIM-DRIVEN les phénomènes électromécaniques, thermiques et hydro­dynamiques sont intimement couplés. Du fait du très fort couplage des phénomènes physiques au sein du système, cette méthodologie associe au sein d'un même environnement d'optimisation des modèles électromagnétiques et thermiques spécifiques de la génératrice avec des modèles hydrodynamiques des performances de l'hélice et de l'écoulement dans l'entrefer. L'approche proposée est illustrée par une étude de cas qui concerne une machine de 10m de diamètre destinée à être implantée dans le Raz de Sein. Les modèles ont été validés par des résultats issus d'une campagne expérimentale sur un démonstrateur dédié.

Abstract

This paper deals with the study of an unconventional design of marine tidal turbine where the electrical generator is located in the periphery of the blades and where the magnetic gap is underwater. This kind of solution called "RIM DRIVEN" structure allows increasing the compactness and the robustness of the system. Due to the strong interaction of the multi physical phenomena, an electromagnetic model and a thermal model of the PM generator are associated with a hydrodynamic model of the blades and of the water flow in the underwater air gap. These models are used in a global coupled design approach in order to optimize, under constraints, the global efficiency of the system. This approach is illustrated in a case study which deals with the design of a 10m diameter tidal turbine. Proposed coupled models are validated by comparison with experimental data from the tests of an academic low power demonstrator.