Développement d'un outil d'interpolation inter-régimes d'une turbine hydroélectrique

Overview & Synopsis

L’introduction récente d’autres sources d’énergie dans le réseau électrique (éolienne, solaire, etc.) a récemment fait en sorte que les centrales hydroélectriques sont amenées à opérer la turbine hydraulique dans des régimes de fonctionnement qui s’écartent du meilleur point de rendement afin de régulariser et stabiliser le réseau. Cette expansion de la plage d’opération augmente le risque de fatigue de la roue principalement à cause des grandes fluctuations des contraintes. Pour estimer le dommage, il est impératif de connaître les niveaux de contraintes pour tous les différents régimes de fonctionnement. Or, cette information n’est pas disponible, d’où la nécessité d’avoir un modèle d’interpolation qui permettra d’estimer, avec une précision suffisante, les niveaux de contraintes cycliques pour un régime de fonctionnement donné. Pour l’évaluation de la fatigue de la roue, les mesures expérimentales de contraintes par jauges sont les informations essentielles. Cependant, à cause du coût élevé et des exigences temporelles et logistiques, ces mesures expérimentales ne peuvent couvrir que quelques points sur l’étendue de la plage possible d’opérations de la turbine. Dans cette thèse, on s’intéresse au développement d’outils de prédiction de contraintes pouvant couvrir tous les régimes de fonctionnement. Un outil mathématique basé sur des méthodes de krigeage est développé, ce qui permet d’interpoler et de reconstruire le signal de contraintes dans des régimes non mesurés à partir de ceux mesurés. Les signaux expérimentaux sont prétraités et transformés vers des formes différentes (par exemple, des processus stochastiques ou des composantes cachées dans le signal...) pour les adapter par la suite à chaque stratégie d’interpolation. Les outils développés sont validés sur des études de cas tirés d’applications industrielles. Cette thèse contribue à répondre à un besoin actuel du concepteur et de l’exploitant des turbines hydrauliques. Le but, est d’améliorer l’estimation de la fiabilité en fatigue de la roue, de réduire les coûts d’une campagne de mesures expérimentales ou de simulations numériques, et de mieux estimer la durée de vie résiduelle.