Le kit d’outils Marine et Hydrokinétique amélioré aide les développeurs à évaluer et à améliorer les technologies d’énergie renouvelable marine.
L’énergie renouvelable a transformé le vent, le soleil et les chimies de batteries en moteurs du futur. Cependant, l’énergie renouvelable marine (ERM) reste un secteur inexploité avec un potentiel considérable.
Découvrez les recherches sur l’ERM du Laboratoire National des Énergies Renouvelables. Vidéo utilisée avec la permission de NREL
Selon le Forum Économique Mondial, l’ERM pourrait répondre aux besoins en électricité de l’ensemble du monde si les projets permettant de la capter sont exécutés, développés et optimisés à leur plein potentiel. Alors, quel est le frein ? Les techniques de modélisation de l’ERM, les simulations de données et les outils analytiques sont tous encore en phase de développement, et de nombreuses équipes ont dû travailler de manière isolée pour construire des modèles et des prototypes afin de tester leurs idées. De plus, l’environnement marin difficile est hostile aux innovations à petite échelle, et de nombreuses entreprises ne peuvent pas se permettre de construire le soutien nécessaire pour mettre leurs idées en production.
Le Laboratoire National des Énergies Renouvelables (NREL), les Laboratoires Nationaux Sandia, le Laboratoire National du Nord-Ouest Pacifique, et d’autres ont collaboré pour lancer le Kit d’Outils Marine et Hydrokinétique (MHKiT). Le projet a mis à jour le kit avec MATLAB, des modules Python et des améliorations de données pour aider les chercheurs à concrétiser leurs projets d’ERM.
Des chercheurs travaillent sur un convertisseur d’ondes utilisant le MHKiT. Image utilisée avec la permission de NREL/Andrew Simms
Pourquoi est-il si difficile de développer des convertisseurs d’énergie des vagues
Les projets d’ERM tentent de capter l’énergie des vagues, des marées et de la conversion thermique océanique (OTEC), qui exploite les différences de température dans l’eau. Cependant, le projet d’ERM le plus courant concerne les parcs éoliens offshore. Classer les parcs éoliens offshore comme des projets d’ERM semble presque inapproprié puisque le vent est la principale ressource générant de l’énergie. Les projets d’ERM qui utilisent l’énergie de l’océan, comme les convertisseurs d’énergie des vagues, restent souvent à l’arrêt en raison des coûts élevés de mise à l’échelle et des difficultés rencontrées lors de la phase de recherche et développement.
Construire des convertisseurs d’énergie des vagues (WEC) présente de nombreux défis techniques, en particulier en raison de l’environnement marin hostile et imprévisible. Un problème majeur est la survie : les WEC doivent résister à des conditions climatiques extrêmes, telles que des vagues élevées et de puissantes tempêtes, sans subir de dommages. Les composants mécaniques comme les turbines, les charnières et les générateurs sont sensibles à la corrosion due à l’eau salée et nécessitent des matériaux et des revêtements avancés pour prévenir la détérioration.
En raison d’une faible survie, il est difficile d’attirer des investissements d’infrastructure significatifs. Un échec notoire de WEC a été celui de Pelamis Wave Power, un pionnier précoce de l’énergie des vagues, qui a abandonné en 2014 après avoir passé des années à tenter de développer des WEC.
Pelamis WEC. Image utilisée avec la permission de Wikimedia Commons
Malgré leur approche innovante, la technologie de l’entreprise a rencontré d’importantes difficultés pour évoluer vers un modèle commercialement viable en raison des coûts élevés, des défis liés à la survie en conditions maritimes difficiles et d’un manque de données de performance fiables.
Les développeurs d’ERM en phase précoce ont souvent du mal à valider et à améliorer leurs technologies sans des outils comme le MHKiT, qui offrent une analyse de données standardisée et une modélisation des performances. Ces obstacles rendent difficile l’attraction d’investissements ou l’atteinte de l’échelle opérationnelle nécessaire au succès, entraînant des projets abandonnés ou retardés.
Un autre défi majeur est la variabilité de l’énergie des vagues. Les modèles de vagues sont irréguliers et varient en fonction de l’emplacement et de la saison. Cela rend difficile la conception de WEC capables de capter de manière cohérente l’énergie à travers les hauteurs et les fréquences des vagues. De plus, les coûts élevés de déploiement et de maintenance, compte tenu de l’éloignement de la plupart des sites de WEC, compliquent encore la montée en échelle de ces technologies.
Les versions MATLAB et Python de MHKiT
Les avantages du MHKiT faciliteront la recherche, le développement et la montée en échelle pour les WEC et d’autres projets marins qui n’ont pas encore été commercialisés.
Depuis sa première disponibilité en 2020, MHKiT a été téléchargé 29 000 fois, montrant le besoin et la demande pour les outils qu’il offre déjà. Les experts continuent d’effectuer des tests unitaires et des revues de code pour garantir que ces outils sont maintenus et développés à mesure que les processus de développement logiciel évoluent.
La version mise à jour de MHKiT a été construite pour la plateforme de programmation MATLAB (MHKiT-MATLAB). Cette version peut aider les chercheurs à modéliser avec précision les conditions maritimes. Une autre version a également été développée pour Python, permettant un accès facile et l’utilisation de données multidimensionnelles généralement fournies par des institutions de recherche telles que le Coastal Data Information Program et la National Oceanic and Atmospheric Administration. Ces versions logicielles, combinées à l’accès à des données fiables, peuvent aider les développeurs à standardiser leurs données et à produire des modèles pour faciliter le développement basé sur des informations fiables et précises sans risquer la haute mer.
Il est important de noter que MHKiT peut désormais aider dans le processus de sélection de sites, qui est difficile, compte tenu de la grande variété de facteurs climatiques et d’autres variables. Les chercheurs peuvent avec confiance évaluer des sites pour des projets de WEC ou OTEC avec des paramètres géographiques spécifiques pour leur fonctionnement.
Modéliser avec précision les flux de marée, la turbulence océanique et les houles avec MHKiT permettra aux chercheurs de prédire comment leur équipement se comportera, nous rapprochant ainsi un peu plus de la construction et des tests de cet équipement.