Pelamis Wave Energy Converter : fonctionnement et technologie

Le convertisseur d'énergie Pelamis, est développé par la société écossaise Ocean Power Delivery. Encore appelé « serpent de mer », ce dispositif expérimental utilise les mouvements relatifs de différents caissons reliés entre eux (tronçons et cylindres intermédiaires), lors du passage des vagues, pour produire de l'électricité. Structure semi-émergée, composée de quatre cylindres reliés par des articulations, ce serpent métallique est positionné dans la direction de propagation de la vague.

Principe de fonctionnement

La grande structure flottante se déforme donc, sous l'action des vagues, dans le plan horizontal et dans le plan vertical. Le mouvement des vagues agit dans chaque articulation de la structure. Le mouvement des vagues agit dans chaque articulation sur un vérin hydraulique qui envoie du fluide haute pression vers une turbine pour porduire de l’électricité. Cette déformation, sous l'effet des vagues, actionne des vérins (pompes) qui mettent de l'huile sous pression.

Les cylindres intermédiaires ou convertisseurs renferment tous les éléments permettant de transformer l'énergie mécanique produite par la déformation du Pelamis en énergie électrique. Cette huile met en mouvement un moteur hydraulique, qui entraîne à son tour un générateur électrique. Les moteurs hydrauliques entraînent des générateurs électriques qui fabriquent de l'énergie.

Le Pelamis est un attenuator : la machine répond à la courbure des vagues (leur forme) plutôt qu'à la seule hauteur de la vague. La machine consiste en une série de sections cylindriques semi-submergées reliées par des charnières. Au passage des vagues le long de la machine, les sections bougent les unes par rapport aux autres et la motion relative est résistée par des vérins hydrauliques qui pompent de l'huile haute pression vers des moteurs hydrauliques via des accumulateurs hydrauliques de lissage.

Chaîne de conversion énergétique

Le mouvement relatif des sections actionne les vérins hydrauliques aux articulations.
Les vérins pressurisent un fluide (huile) et mettent en charge des accumulateurs pour lisser les flux.
L'huile haute pression alimente des moteurs hydrauliques qui entraînent des générateurs électriques.
L'électricité produite aux différents joints est acheminée par câble unique (une umbilical) vers un raccordement au fond marin puis vers la côte.

Les cylindres intermédiaires ou convertisseurs renferment des accumulateurs, des réservoirs et des armoires électriques. L'électricité de tous les joints est reliée aux côtes par un câble, lui-même raccordé à un point de jonction sur le fond marin.

Conception et caractéristiques techniques

Le prototype Pelamis testé à l'EMEC en août 2004 mesurait 120 mètres de long et 3,5 mètres de diamètre. Le P2 comprenait cinq sections reliées qui fléchissent et se plient dans les vagues. Le P2 est 180 m long, 4 m de diamètre, et environ 1350 tonnes en poids. Le P2-001 avait une puissance de 750 kW.

Le prototype de pleine échelle, le P1, a été démontré au site d'essai EMEC à Billia Croo. In 2004, Pelamis Wave Power demonstrated its first full-scale prototype, the P1, at EMEC’s wave test site at Billia Croo. Ici, le P1 est devenu le premier convertisseur de l'énergie des vagues offshore à générer avec succès de l'électricité vers un réseau national.

Essais, déploiements et exploitation

Pelamis Wave Power then went on to build and test five additional Pelamis machines: three first-generation P1 machines, which were tested in a farm off the coast of Portugal in 2009, and two second-generation machines, the Pelamis P2, were tested off Orkney between 2010 and 2014. Au mois de Septembre 2008, le Portugal a inauguré la première application commerciale du Pelamis. La première phase du projet comprend 3 Pelamis qui offriront une puissance de 2,25 MW au large des côtes d’Aguçadoura, dans le nord du pays.

Pelamis Wave Power tested their first full-scale prototype at the Billia Croo wave test site at the European Marine Energy Centre (EMEC) in Orkney, Scotland between 2004 and 2007. The testing or ‘work-up’ programme deployed by Pelamis was structured through a série de weather states, each with progressively higher wave heights. This approach allowed progressive management of risk for the technology and the ability to find and handle any unexpected technical issues as they arised.

Maintenance, installation et logistique

Sur le premier lieu d’exploitation plusieurs navires d’installation sont intervenus. Les câbles damarrage sont fixés dans le fond marin. L'installation électrique et le rôle des câbles d'antenne et d'export sont en relation avec la terre. L'assemblage final, le contrôle de cette unité et c'est un contrôle de fonctionnement après assemblage peuvent se faire sur terre ou sur la côte pour l'intervention des équipes d'entretien, ce qui réduit les risques par rapport à l'assemblage en mer.

Le concept prévoit la possibilité de rapatriement à quai pour réparation. Les maintenances ne peuvent se faire que lorsque la météo le permet. Il est conçu pour fonctionner avec des tolérances aux pannes. L'entretien régulier et la capacité à ramener l'appareil à quai facilitent les interventions techniques.

Parcours industriel et héritage

La première P2 machine, P2-001, a été commandée par E.ON UK en 2009 : la première machine d'énergie des vagues achetée par une compagnie de services publics. Arriving in Orkney in July 2010, the 750 kW P2 machine was installed at the Billia Croo wave test site for the first time in October 2010. When not being tested at the Billa Croo test site, the machines were maintained at Lyness Harbour on this island of Hoy, Orkney.

Malheureusement, quelques mois après le lancement de la deuxième version du Pelamis au large des côtes, un Pelamis est emporté et détruit par un cyclone. Pelamis went into administration in November 2014, and Wave Energy Scotland took ownership of its assets and IP. Following the demise of the company, the P2-001 device, having completed over 15,000 hours of operation, was acquired by Wave Energy Scotland. The device was decommissioned in April 2016 and sold to the Orkney Island Council for £1.

E.ON and ScottishPower Renewables announced plans to build larger projects using Pelamis machines in the waters off Orkney's west coast. Both companies won leases in 2010 from The Crown Estate, who own the seabed around the UK, for projects of up to 50 MW. Aucun autre Pelamis n'a été construit depuis. Après la disparition de l'entreprise, Wave Energy Scotland a pris possession des actifs et de l'IP.

Projets internationaux et copies

Le Hailong (Dragon) 1 est une machine chinoise d'énergie des vagues, rapportée comme étant une copie proche du Pelamis, qui a commencé des essais en 2015 en mer de Chine méridionale. Pelamis platurus est un serpent de mer à ventre jaune et n'a pas de lien technologique avec le convertisseur Pelamis, mais le surnom « serpent de mer » rappelle l'aspect allongé de la machine.

Aspects techniques complémentaires

Le dispositif fonctionne en eaux profondes ; la machine était destinée à opérer dans des profondeurs d'eau supérieures à 50 m, typiquement entre 30 à 100 m d’eau selon les sites. Les sections sont en acier ainsi que le nez et les culasses des sections. L'assemblage final, l'assemblage et le démontage tiennent compte des tolérances structurelles et électriques. Des accumulateurs, des réservoirs et des armoires électriques sont logés dans les sections pour assurer le lissage et la continuité de la production.

Modèle	Longueur	Diamètre	Puissance	Statut
P1 (prototype)	120 m	3,5 m	démo	Testé à EMEC 2004-2007
P1 (ferme Portugal)	~120 m	3,5 m	3 x 0,75 MW = 2,25 MW (ferme)	Opération commerciale 2008-2009
P2	180 m	4 m	~750 kW (unité)	Testé à Orkney 2010-2014

Le système Pelamis (figure ) en est un exemple intéressant d'atténuateur. Sur l'un ou l'autre principe, il est possible de les combiner, comme dans l'exemple suivant. Le système Pelamis YEMM (R.W.), HENDERSON (R.M.), TAYLOR (C.A.E... permet d'illustrer l'approche intégrée hydraulique-électrique.

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