L'éolien offshore flottant est prometteur pour la verticale

Jul 25, 2023

Longtemps reléguées aux marges de l'industrie éolienne, les éoliennes à axe vertical (VAWT) pourraient retrouver un nouveau souffle sur les plateformes flottantes.

La société suédoise SeaTwirl a récemment fait des vagues avec sa conception VAWT offshore flottante, y compris l'annonce cette semaine qu'elle a obtenu un brevet en Chine, qui devrait devenir le plus grand marché éolien offshore au monde d'ici quelques années.

Le brevet, également approuvé récemment aux États-Unis selon SeaTwirl, concerne une conception qui permettrait de remplacer le générateur et le boîtier de roulement juste au-dessus de la surface de l'eau par bateau, réduisant ainsi les coûts d'installation et de maintenance et minimisant les temps d'arrêt.

La plupart des équipements délicats des éoliennes offshore standard à axe horizontal se trouvent au-dessus de l'eau, ce qui rend les réparations plus difficiles et dangereuses.

Le mois dernier, SeaTwirl a annoncé avoir obtenu le soutien de la société de logistique offshore NorSea et du groupe belge Colruyt pour un projet de 70 millions de SEK (7 millions de dollars) visant à construire un prototype de 1 mégawatt de son VAWT flottant. Le plan est de construire le prototype S2 en 2020, très probablement en Norvège, a déclaré le PDG de SeaTwirl, Gabriel Strängberg, à GTM.

La série d'annonces de SeaTwirl intervient après que des recherches menées l'année dernière par les laboratoires américains Sandia National Laboratories ont révélé qu'il pourrait y avoir un potentiel important pour les VAWT de réduire le coût de l'éolien offshore sur des plates-formes flottantes.

L'étude de 4,1 millions de dollars sur cinq ans a révélé que les VAWT pourraient potentiellement réduire le coût des éoliennes offshore flottantes, de l'installation et de la maintenance en supprimant le besoin de boîtes de vitesses, d'arbres à grande vitesse, de systèmes de lacet et de nacelles, qui sont tous sujets à des défauts.

Mais le principal attrait des VAWT par rapport aux éoliennes à axe horizontal (HAWT) dans un contexte offshore est qu'elles pourraient potentiellement fonctionner avec des plates-formes flottantes moins chères.

"Pour l'éolien offshore flottant, la plate-forme est le plus grand contributeur au coût actualisé de l'électricité", a déclaré à GTM le responsable de la recherche, le Dr Brandon Ennis, du département des technologies d'énergie éolienne de Sandia.

"Si vous avez un rotor légèrement plus cher mais un coût de plate-forme considérablement réduit, cela pourrait être un avantage pour le système."

Bien qu'encore à ses balbutiements, l'éolien offshore flottant devrait décoller dans les années 2020 à mesure que ses coûts baissent et que bon nombre des meilleurs sites pour les parcs éoliens offshore dans les eaux peu profondes sont épuisés.

Un grand défi pour les HAWT sur les plates-formes flottantes est que bon nombre des composants les plus lourds de la turbine, tels que la transmission et le générateur, sont au-dessus de l'eau.

Cela crée un grand moment de renversement que la plate-forme flottante doit stabiliser, généralement en ajoutant de la masse à la sous-structure. Avec des VAWT tels que la conception Darrieus étudiée à Sandia, les composants lourds seraient tous assis à la base de la turbine.

Cela contribuerait non seulement à sa stabilité, mais rendrait également plus facile et moins coûteux l'entretien et les réparations.

Un autre avantage des VAWT est que, contrairement aux HAWT, ils sont insensibles à la déviation du vent, où le vent change de direction avec la hauteur.

Enfin, selon Quest Floating Wind Energy, une société d'analyse spécialisée, les VAWT pourraient aider à surmonter les effets de sillage associés aux parcs éoliens basés sur HAWT.

"L'industrie envisage des turbines toujours plus grandes", a déclaré Erik Rijkers, directeur du développement et de la stratégie du marché chez Quest. "La turbine GE de 12 mégawatts s'étend sur 220 mètres. Cela signifie que les flotteurs doivent être espacés d'environ 1,5 kilomètre [l'un de l'autre], ce qui entraîne des coûts de câblage importants."

En revanche, a-t-il dit, des études en France suggèrent que deux VAWT placés sur un seul flotteur amélioreraient en fait les performances de l'autre, réduisant les besoins de câblage et faisant de la technologie un bon pari pour les environnements exigus comme les lacs.

De plus, alors que les HAWT plus grands rendent les choses de plus en plus difficiles pour les fondations flottantes, dans le cas des VAWT, une augmentation de la taille pourrait améliorer les performances et la rentabilité. "Offshore, vous obtenez une efficacité améliorée pour la mise à l'échelle", a déclaré Ennis.

Sandia a calculé qu'à long terme, le coût actualisé de l'énergie pour un VAWT sur une plate-forme flottante pourrait chuter à 110 $ par mégawattheure, bien que l'organisme de recherche n'ait pas effectué de comparaison à l'identique avec les HAWT.

Selon une étude de 2017, le coût actualisé de l'énergie pour l'éolien offshore flottant avec la technologie HAWT actuelle est d'environ 180 $ par mégawattheure et plus.

La compétitivité croissante des coûts des VAWT à plus grande taille semble être un argument de vente majeur pour la technologie, mais Ennis a admis que cela pourrait être une pierre d'achoppement dans la pratique.

À petite échelle, les VAWT n'ont jamais été aussi performants que les HAWT, ce qui les a empêchés d'être utilisés pour la production d'électricité à grande échelle.

Cela signifie que toute entreprise souhaitant construire des VAWT pour une utilisation offshore devrait trouver des bailleurs de fonds prêts à prendre un risque de développement important pour devenir grand.

Bruno Geschier, directeur commercial et marketing du fabricant de fondations flottantes Ideol, reste sceptique quant au concept. "Il faudrait des décennies et des milliards pour qu'une turbine à axe vertical de 12 à 15 mégawatts soit prête pour un déploiement commercial", a-t-il déclaré.

"Les [éoliennes] à axe horizontal fonctionnent déjà à de telles tailles et ont un retour sur expérience et une capacité de fabrication industrielle que personne ne pourrait égaler."