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HAO 1

Objectifs

L'objectif principal de la campagne d'essais effectuée à l'été 2009 était d'établir le potentiel d'extraction d'énergie de la technologie d'hydrolienne à ailes oscillantes. Ceci a été réalisé par de nombreuses mesures sur un prototype complet en opération.

Plusieurs simulations numériques (CFD) ont été effectuées durant les 4 dernières années afin d'optimiser le concept à ailes oscillantes. La comparaison de ces prédictions numériques avec les mesures expérimentales devraient permettre de valider et/ou d'améliorer les modèles numériques.

Le projet hydrolienne HAO-Laval de 3 ans a culminé à l'été 2009 par une campagne d'essais expérimentaux sur un prototype dont les objectifs étaient principalement:

 

  1. Démontrer le potentiel d'extraction d'énergie de la technologie de turbine à ailes oscillantes

  2. Valider la modélisation numérique réalisée au LMFN pour ce type de système;

RTEmagicC_montage_ponton_site_web_french.jpg.jpg

Le prototype réalisé possède les caractéristiques suivantes:

  • La turbine est installée au centre de l'embarcation. Un monte-charge permet de descendre la turbine sous l'embarcation lors des essais et de la remonter au dessus de l'embarcation à la fin des tests. En opération, les ailes oscillent à 2 m sous l'embarcation et les essais se déroulent dans une zone suffisamment profonde pour ne pas influencer les ailes;

  • L'embarcation est très grande (environ 10 m de longueur) et très massive (environ 3000 kg) de manière à rester stable lorsque la turbine est en marche;

  • La turbine possède deux ailes en configuration tandem. Les ailes présentent une envergure de près de 2 mètres.

  • Un moteur hors-bord permet de propulser l'embarcation, ce qui permet de faire des essais à des vitesses allant jusqu'à 2 m/s;

  • Le prototype installé est équipé pour produire environ 2 kW d'électricité à l'aide d'un alternateur commercial. L'électricité ainsi produite sert à recharger des batteries ou est dissipée dans des éléments chauffants.

  • Des appareils permettant de mesurer la vitesse de l'embarcation (courantomètres) sont installés sous l'embarcation de manière à connaître en tout temps et avec précision la vitesse de l'eau par rapport à la turbine.

Un des défis associé à la campagne expérimentale est de trouver un emplacement d’essai qui convienne à la fois à la turbine et qui offre des conditions d’opérations convenables au contexte expérimental.

Pour assurer l'uniformité et le contrôle de l'écoulement d'eau, il a été décidé d’installer l’hydrolienne sur une grande embarcation (ponton) motorisée construite sur mesure. Ce montage permet plus de liberté dans le choix des conditions d'opérations comparé à un montage en rivière.

Il est à noter que l’application ultime d’une hydrolienne est bien sûr en rivière, fleuve ou estuaire et non pas à bord d’embarcations en mouvement.

La figure ci-dessous montre le montage expérimental (ponton et turbine).

Description du prototype

Le prototype possède des instruments de mesure permettant de connaître en tout temps la puissance extraite. Ces derniers sont:

  • Un couplomètre, appareil qui permet de mesurer le couple à la sortie de l'hydrolienne et juste en amont de la boîte d'engrenages et de l'alternateur.

  • Un résolveur, appareil qui permet de mesurer la vitesse de rotation de l'hydrolienne de manière très précise. Ce dernier est situé sur le même arbre que le couplomètre.

  • Des accéléromètres permettent de caractériser la stabilité de l'embarcation.

  • Des courantomètres installés sous l'eau mesurent la vitesse de l'embarcation.

 

On évalue la puissance extraite en effectuant le produit entre le couple instantané et la vitesse de rotation instantanée, soit:

Puissance [Watts] = Couple [Newton-mètre] x  Vitesse de rotation [radians/seconde]

Cette mesure est enregistrée plusieurs fois par seconde sur un ordinateur portable lors des essais. En comparant la valeur moyenne de la puissance extraite avec la puissance disponible dans l'écoulement (proportionnelle au cube de la vitesse de l'eau), il est possible de chiffrer l'efficacité d'extraction d'énergie du prototype.

RTEmagicC_Instrumentation_power_calculation_site_web_french.jpg.jpg

Qu'est-ce qu'on mesure?

La campagne expérimentale HAO-Laval de l'été 2009 a été couronnée de succès.

Les résultats recueillis en cours d'essais ont été analysés et confirment le succès de la campagne (voir articles publiés dans la section Liens). La technologie d'hydrolienne à ailes oscillantes est certainement prometteuse avec des efficacités d'extraction d'énergie de plus de 40% enregistrées.

La réussite de cette première phase de développement d'une hydrolienne à ailes oscillantes marque le commencement de la deuxième phase de développement. > HAO 2

Aperçu des résultats sur poster présenté au 4e Symposium INORE

Conclusions

Photos

Voici quelques photos prises à différentes étapes du projet et surtout durant la campagne d'essais réalisée au lac Beauport, près de Québec à l'été 2009:

Remerciements

Pour leur contribution à ce projet de recherche novateur, l'équipe du projet HAO tient à remercier chaleureusement:

Atelier de génie mécanique de l'Université Laval
  • Jonathan Talbot

  • Jean-Claude Gariépy

  • Pierre Carrier

  • Frédéric Morin

Le laboratoire de machines hydrauliques
  • Mme Claire Deschênes, ing., Ph.D., directrice

  • M. Richard Fraser, ing., professionnel de recherche

Anciens étudiants et collègues
  • Annick D'Auteuil

  • Pierre-Luc Delagrave

  • Jérôme Deschamps

  • Jean-Frédéric Faure

  • Mathieu Olivier

  • Maxime Jutras

  • Steve Julien

Équipe projet HAO

Laboratoire de mécanique des fluides numérique (LMFN)

Professeur, directeur du projet HAO

Thomas Kinsey

Étudiant doctorat

Marc-André Plourde-Campagna

Étudiant maîtrise

Julie Lefrançois

Étudiante maîtrise, 2006-2008

Pascal Bochud

Étudiant maîtrise, 2006-2008

Le bureau de design

Jean Ruel

Professeur

Guillaume Lalande

Étudiant maîtrise

Laboratoire de mécanique des fluides

Jean Lemay

Professeur

Laboratoire de robotique

Clément Gosselin

Professeur

Louis-Alexis Allen-Demers

Étudiant maîtrise, 2006-2007

Conseiller scientifique

Yves Jean

Professionnel de recherche GMC, spécialiste en électro-mécanique

Laboratoire d'électrotechnique, d'électronique de puissance et de commande industrielle (LEEPCI)

Philippe Viarouge

Professeur

Arnaud Méhut

Étudiant maîtrise

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