Des chercheurs ont développé un modèle informatique qui identifie la meilleure combinaison de localisation et de technologies énergétiques pour maximiser la production d’énergie en mer, réduisant ainsi le risque financier associé aux investissements dans les projets offshore. Le modèle prend en compte différents types d’éoliennes et de technologies hydrocinétiques marines, le meilleur emplacement pour co-implanter ces technologies, et la taille optimale des technologies concernées.
« Les technologies énergétiques offshore – comme les dispositifs hydrocinétiques marins qui convertissent les marées, les courants et les vagues de l’océan en électricité – présentent un potentiel énorme pour produire une énergie durable à un coût raisonnable », affirme Anderson de Queiroz, co-auteur d’un article sur ces travaux et professeur associé en génie civil, de la construction et de l’environnement à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Nous savons également que placer des éoliennes et des dispositifs hydrocinétiques marins au même endroit permet d’assurer un flux d’énergie fiable depuis les sites en mer.
« Cependant, le coût initial de construction de ces sites offshore est considérable, il est donc important pour les services publics de savoir qu’un projet va maximiser le retour sur leur investissement », poursuit le chercheur. « C’est là que notre travail intervient. »
Les chercheurs ont développé un modèle appelé cadre d’optimisation de portefeuille. Si un service public envisage une série d’emplacements possibles pour une installation électrique offshore, le modèle peut déterminer non seulement quel site est le mieux adapté pour maximiser la production d’énergie, mais aussi quelle combinaison de technologies éoliennes et hydrocinétiques pourrait tirer le meilleur parti de cet emplacement. Le modèle démontré dans cet article s’est concentré sur l’utilisation d’éoliennes et de cerfs-volants hydrocinétiques marins.
« Les cerfs-volants sont un sous-ensemble de dispositifs hydrocinétiques qui utilisent des voiles sous-marines pour faire tourner des turbines, générant de l’électricité à partir du mouvement de l’océan », explique de Queiroz. « Cependant, le modèle peut être modifié pour prendre en compte une gamme d’autres technologies hydrocinétiques marines. »
Pour démontrer le potentiel de leur cadre d’optimisation de portefeuille, les chercheurs ont mené une étude de cas se concentrant sur la côte de la Caroline du Nord. L’étude de cas s’est appuyée sur un large éventail de données, couvrant des variables telles que la vitesse du vent, les courants océaniques, la profondeur de chaque site, la distance par rapport à la côte, etc.
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« Nous avons constaté que l’emplacement fait une énorme différence », souligne Anderson de Queiroz. « Certains endroits conviennent bien aux éoliennes, mais pas aux cerfs-volants ; d’autres conviennent bien aux cerfs-volants, mais pas aux turbines.
« Mais lorsque vous trouvez un emplacement qui fonctionne à la fois pour les turbines et les cerfs-volants, il y a deux avantages significatifs », ajoute t-il. « Premièrement, le coût de la production d’énergie diminue considérablement. Deuxièmement, la stabilité de la production d’énergie augmente – les turbines compensent les périodes où la production d’énergie hydrocinétique diminue, et les dispositifs hydrocinétiques compensent les périodes où la production éolienne baisse. Cela souligne vraiment la différence que notre modèle peut faire en termes de maximisation des investissements dans l’énergie offshore.
« Nous sommes ouverts à travailler avec le secteur de l’énergie pour les aider à explorer comment ils pourraient utiliser le modèle pour éclairer les décisions de planification à long terme liées à la durabilité et à la sécurité énergétique », conclut le scientifique.
L’article, « Fused Portfolio Optimization for Harnessing Marine Renewable Energy Resources », est publié en libre accès dans la revue Energy . L’auteur correspondant de l’étude est Mary Maceda, doctorante à NC State. L’article a été co-écrit par Rob Miller, doctorant à NC State ; Victor de Faria, récent docteur de NC State ; Matthew Bryant, professeur de génie mécanique et aérospatial à NC State ; et Chris Vermillion, professeur associé de génie mécanique à l’Université du Michigan.
Résumé : L’énergie éolienne offshore et l’énergie hydrocinétique marine sont des ressources énergétiques sous-utilisées. Les exploiter efficacement nécessite l’identification des sites de déploiement optimaux et des conceptions optimales pour les dispositifs de récupération d’énergie en mer. Ces dispositifs ont le potentiel d’être déployés en tandem de manière à ce que la suite de dispositifs sature constamment un système de transmission d’énergie donné. Pour mieux comprendre la viabilité économique de la récupération de l’énergie marine renouvelable, une optimisation de portefeuille est présentée ici. Les cadres d’optimisation de portefeuille aident à identifier les cartes de déploiement optimales pour les dispositifs de récupération d’énergie dans un domaine donné et unifient les solutions des sous-problèmes de modélisation des ressources, des performances techniques, de la transmission et des coûts en un outil unique et complet. Ces cadres sélectionnent à l’avance les conceptions des dispositifs de récupération d’énergie. Ce travail propose un cadre d’optimisation de portefeuille combiné avec la conception, le dimensionnement et la sélection optimaux des dispositifs pour permettre une représentation énergétique plus réaliste bénéfique aux parties prenantes. En maximisant la puissance renvoyée à terre sous contrainte du coût actualisé de l’énergie, l’algorithme crée une cartographie optimale des dispositifs qui produit la puissance transmissible maximale et stabilise la variabilité du portefeuille de manière rentable. Tout dispositif de récupération d’énergie offshore modélisé de manière fiable peut être utilisé dans ce cadre. Dans ce travail, les éoliennes et les cerfs-volants hydrocinétiques marins sont sélectionnés comme étude de cas, considérant qu’il s’agit de technologies de pointe pour récupérer leurs énergies respectives. Les résultats de cette étude de cas démontrent des portefeuilles optimaux de dispositifs pour un site au large de la Caroline du Nord et montrent l’utilité de fusionner l’optimisation de la conception des dispositifs avec l’optimisation du portefeuille.
Source : NCSU
