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La quête de la pale d'éolienne monstre
Blade Dynamics, une entreprise de six ans détenue en partie par American Superconductor, un concepteur d'éoliennes et fournisseur d'électronique pour parcs éoliens, affirme avoir développé une technologie qui rendra possibles les plus grandes pales d'éoliennes au monde. Il a démontré la technologie en fabriquant des pales de 49 mètres, et maintenant l'Energy Technologies Institute, un partenariat entre le gouvernement britannique et de grandes sociétés telles que BP, Shell et Caterpillar, a donné à l'entreprise près de 25 millions de dollars pour construire des pales de 100 mètres. Ils pourraient permettre à des éoliennes de 250 mètres de haut de dominer le Washington Monument, qui ne mesure que 169 mètres de haut. Les plus grandes pales d'éoliennes mesurent désormais 75 mètres de long (voir A Mighty Wind Turbine ).
Grande lame : Les formes des aubes de turbine de 80 mètres que Vestas développe s'étendent au loin.
L'effort n'est pas un simple spectacle record. Trouver des moyens abordables de fabriquer les énormes pales d'éoliennes est l'un des plus grands défis pour rendre l'éolien offshore compétitif par rapport aux combustibles fossiles, et les principales sociétés d'énergie éolienne, dont GE et Vestas, développent une technologie pour résoudre le problème.
Certains des meilleurs vents pour produire de l'électricité se trouvent au large, où le vent peut être plus stable, plus rapide et moins turbulent que sur terre. Les éoliennes ne représentent qu'environ un tiers du coût des parcs éoliens offshore - les coûts d'installation sont la dépense principale, car ils impliquent d'énormes navires spécialisés et sont sujets à des retards dus aux intempéries. L'utilisation d'éoliennes plus grandes réduit le nombre d'éoliennes nécessaires, ce qui diminue les coûts d'installation et de maintenance (voir Building Bigger, Better Wind Turbines et The Great German Energy Experiment ).
Un problème avec la construction de très grandes éoliennes est que le coût de fabrication des pales monte en flèche. Au fur et à mesure que les éoliennes grossissent, les charges sur les pales, et donc leur poids, augmentent de façon exponentielle. La manière conventionnelle de fabriquer des lames implique des formes aussi longues que les lames elles-mêmes. Les formes et autres équipements nécessaires à leur fabrication deviennent si gros et spécialisés qu'il y a peu de fournisseurs, ce qui augmente les prix des équipements de fabrication. S'assurer que les lames sont formées avec précision devient également de plus en plus difficile à mesure que les lames s'allongent.
Certains grands fabricants d'éoliennes s'en tiennent aux grandes formes, mais adoptent des pales en fibre de verre renforcées de carbone et de nouvelles conceptions de pales pour compenser une partie de l'augmentation des coûts de fabrication. Ils comptent également sur les économies d'installation et d'autres coûts pour justifier l'utilisation de plus grandes éoliennes. Siemens, par exemple, utilise de grandes formes pour ses pales de 75 mètres, tout comme Vestas, qui développe des pales de 80 mètres pour une éolienne qui sera disponible l'année prochaine.
Alors que des fabricants comme Vestas utilisent des lames renforcées de carbone, Blade Dynamics fabrique des lames entièrement en fibre de carbone. La société a développé des méthodes exclusives pour fabriquer des sections de 12 à 20 mètres de lame en fibre de carbone, puis les assembler de manière transparente, éliminant ainsi le besoin de grandes formes. Certaines tentatives précédentes de pales modulaires impliquaient de boulonner des sections de pales ensemble, mais cela a créé des points de contrainte dans les pales qui les rendent trop faibles.
La fibre de carbone est plus chère que la fibre de verre, donc pour une longueur donnée, les pales seront plus chères. Mais David Cripps, directeur technique senior chez Blade Dynamics, affirme que l'utilisation de la fibre de carbone peut améliorer l'économie globale des éoliennes de plusieurs manières. En fabriquant la pale en sections plus petites, il est possible de créer des structures aérodynamiques plus précises, améliorant ainsi les performances, dit-il. De plus, comme les pales pèsent beaucoup moins que celles en fibre de verre, il est possible de mettre des pales plus longues sur les conceptions d'éoliennes existantes. Par exemple, la pale de 49 mètres de l'entreprise ne pèse pas plus qu'une pale conventionnelle de 45 mètres spécifiée par la conception originale d'une éolienne. Des pales plus longues recueillent plus de vent, permettant aux turbines de générer plus de puissance à des vitesses de vent plus faibles, augmentant ainsi les revenus.
Les pales plus légères permettent également de concevoir de nouvelles éoliennes dotées de composants plus légers et moins coûteux, tels que l'arbre d'entraînement, la tour et les fondations. Au lieu d'un rotor de 24 tonnes, vous pourriez avoir un rotor de 15 tonnes. C'est un poids substantiel à économiser au bout d'une longue tour en porte-à-faux, dit Cripps.
L'effort de développement fait partie de la stratégie d'American Superconductor consistant à commercialiser des éoliennes de 10 mégawatts (les parcs éoliens offshore utilisent généralement des éoliennes de 3,6 mégawatts ou, plus rarement, de six mégawatts). Il réduit le poids de l'éolienne à l'aide de matériaux supraconducteurs et développe des turbines de 10 mégawatts qui, selon lui, pèseront jusqu'à cinq mégawatts, afin de réduire les coûts d'installation.