Comment faire des parcs éoliens flottants l'avenir de l'électricité verte

Comment faire des parcs éoliens flottants l'avenir de l'électricité verte
 Vismar Royaume-Uni / Shutterstock

Depuis 2010, l'énergie éolienne a connu une croissance soutenue dans le monde entier, la quantité d'énergie produite par l'éolien offshore augmentant de près de 30% chaque année. Les pays du monde entier doivent augmenter rapidement leur approvisionnement en énergie renouvelable pour répondre à la demande croissante et réduire rapidement les émissions. Malgré cette urgence, l'éolien offshore fournit actuellement moins de 1% de l'approvisionnement mondial en électricité.

Bon nombre des principaux emplacements en eau peu profonde pour la construction de parcs éoliens sont en cours de développement. Mais le potentiel de l'éolien offshore reste encore largement inexploité, d'après le graphique de la capacité installée mondiale ci-dessous.

Capacité éolienne onshore vs offshore

Capacité éolienne onshore vs offshore (comment faire des parcs éoliens flottants le futur de l'électricité verte)Légende: vent offshore = gris clair, et vent onshore = gris foncé. IRENA, Auteur fourni

La raison de ce potentiel inexploité est que 80% du vent souffle ininterrompu plus au large - dans des eaux de plus de 60 mètres de profondeur, où les turbines encastrées dans le fond marin sont difficiles à construire.

La solution pourrait être des parcs éoliens offshore flottants. Alors qu'est-ce qui les retient?

Éolien offshore flottant

Toutes les barres d'une poignée d'éoliennes offshore existantes sont attachées au fond marin par une fondation fixe - principalement une grande pile tubulaire en acier qui passe au mât de la turbine au-dessus du fond marin. Ces turbines dites à fond fixe sont limitées à des profondeurs d'eau de 50 ou 60 mètres.

Mais des projets récents, y compris Hywind au large de l'Écosse et Windfloat au large du Portugal, montrez qu'il est possible de construire des éoliennes flottantes. Une seule turbine de six mégawatts - comme celles utilisées dans la ferme de Hywind - peut produire suffisamment d'électricité pour alimenter 4,000 XNUMX foyers britanniques.

Mais pour fournir une électricité domestique équivalente à une population mondiale de 9 milliards par 2050 nécessiterait quelque chose comme un demi-million d'éoliennes en mer - une multiplication par 100 par rapport au nombre actuel - plus la capacité supplémentaire pour fournir de l'électricité pour la future demande d'énergie.

Malheureusement, si les parcs éoliens flottants sont techniquement réalisables, ils ne sont pas économiquement viables. Faire quelque chose au large est cher. Pour construire un parc éolien à fond fixe d'un gigawatt, le coût de réalisation de l'étude de site nécessaire est d'environ 15 millions de livres sterling. L'installation et la mise en service de la ferme s'élèveraient à environ 650 millions de livres sterling, tandis que les coûts permanents d'exploitation et de maintenance seraient d'environ 75 millions de livres sterling par an. À la fin de sa vie, qui peut durer environ 25 ans, il reste encore 300 millions de livres sterling nécessaires pour le déclassement.

Pourtant, les parcs éoliens flottants, qui en sont encore aux premiers jours de leur conception et de leur technologie, sont encore plus chers. Alors que le prix de livraison de l'énergie éolienne offshore en 2019 variait entre 36 £ et 45 £ par MWh d'électricité, les enchères actuelles pour l'éolien flottant sont tarifées plus de deux fois ce montant.

Les structures offshore sont également très grandes. Les turbines Hywind de six mégawatts mesurent 154 mètres de diamètre - chaque pale a la même longueur que l'envergure d'un avion A380. La turbine de 10 mégawatts de Siemens Gamesa a un diamètre de rotor de 193 mètres, tandis que la turbine de référence de 15 mégawatts du US National Renewable Energy Laboratory a un diamètre de 240 mètres. Construire, installer, exploiter, surveiller, entretenir et démanteler des infrastructures de cette échelle, dans l'océan, n'est pas une tâche anodine.

Deux des cinq turbines utilisées dans le premier parc éolien flottant au monde, Hywind Scotland.Deux des cinq turbines utilisées dans le premier parc éolien flottant au monde, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock

Alors que les sociétés énergétiques construisent souvent loin en mer, une seule éolienne flottante produit beaucoup moins d'énergie qu'une seule plate-forme pétrolière ou gazière offshore. Au cours de sa durée de vie, selon la taille des deux structures, il pourrait être de l'ordre de 1,000 XNUMX fois moins. Il faut donc beaucoup plus d'infrastructures pour obtenir le même rendement énergétique des énergies renouvelables. Mettre une éolienne offshore en mer et l'y maintenir doit devenir beaucoup moins cher pour égaler le coût de la production d'énergie à partir du pétrole ou du gaz offshore.

On peut apprendre beaucoup de l'ingénierie offshore traditionnelle pour aider à la transition vers les énergies renouvelables. Mais les réductions de coûts nécessaires ne peuvent pas être obtenues en faisant davantage de même ou en améliorant l'efficacité des méthodes et des technologies existantes.

Solutions technologiques

C'est pourquoi il faudra probablement de nouvelles technologies pour rendre les parcs éoliens flottants rentables. Par exemple, l'utilisation de robots et d'autres technologies autonomes pour contrôler les activités d'ingénierie offshore - de l'étude du fond marin à l'exploitation, l'inspection et l'entretien d'une éolienne flottante - pourrait réduire le risque pour les travailleurs et donner un contrôle plus efficace de ces systèmes complexes.

Des inspections de routine des parcs éoliens offshore par des personnes ne seraient pas pratiques sur les vastes développements en cours de construction aujourd'hui, et certainement pour ceux qui sont prévus à l'avenir. Des capteurs intelligents intégrés à toutes les parties d'un parc éolien flottant peuvent à la place évaluer en continu l'évolution de la structure.

Apprentissage automatique - qui utilise des données pour apprendre aux ordinateurs à prendre des décisions par eux-mêmes - pourrait être utilisé pour nous indiquer l'ancrage le plus efficace lors de la conception, ou si une ligne d'amarrage risque de tomber en panne pendant le fonctionnement.

Déjà, l'apprentissage automatique peut utiliser les données météorologiques pour contrôler la position des aubes de turbine, maximiser la quantité d'énergie qu'elles génèrent ou éviter les dommages en cas de vents violents ou de tempêtes. Nouvelles méthodes la combinaison de la physique et de l'apprentissage automatique peut faire des prédictions fiables avec moins de données, ce qui est utile en mer où les données peuvent être difficiles à collecter.

Alors que le gouvernement britannique entame un enquête dans le genre d'innovations technologiques qui pourraient lutter contre le changement climatique, l'éolien offshore est le premier port d'escale. En investissant dans la technologie du futur, les parcs éoliens flottants pourraient aider à suralimenter la capacité d'énergie renouvelable du pays et du monde.La Conversation

Susan Gourvenec, Chaire de l'Académie royale d'ingénierie en technologies émergentes - Ingénierie océanique intelligente et résiliente, Université de Southampton

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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