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Moulins à vent volants
Dans une tour de contrôle en béton d'une base aéronavale désaffectée juste à l'extérieur d'Oakland, en Californie, une équipe d'ingénieurs construit ce qu'on pourrait appeler un hybride d'un véhicule aérien sans pilote et d'une éolienne.
L'engin de 120 livres a des rotors sur ses ailes pour le soulever dans le ciel à la manière d'un hélicoptère ; une fine attache l'attache à une plate-forme. Une fois en l'air, l'engin commence à planer comme un cerf-volant, son envergure de 26 pieds traçant des cercles à 250 pieds au-dessus de sa tête. Désormais, les hélices deviennent des générateurs, tournant librement et générant de l'électricité qui s'écoule le long de la corde tendue et, un jour, dans le réseau local.
Ce vaisseau, développé par Makani Power, est une tentative de longue haleine pour s'attaquer à l'un des problèmes les plus difficiles au monde : obtenir une énergie propre et bon marché. Actuellement, l'énergie éolienne coûte de cinq à 10 cents le kilowattheure, mais le prix de l'électricité produite par la combustion du charbon peut tomber en dessous de quatre cents le kilowattheure. Makini Power, cependant, vise à faire baisser le prix de l'énergie éolienne à trois cents le kilowattheure.
Avec l'énergie éolienne, la plupart des coûts de production d'électricité sont liés à la construction et à l'entretien d'énormes pales et turbines. Makani pense que son véhicule coûtera moins cher à construire que les turbines conventionnelles et qu'il récoltera l'énergie éolienne plus efficacement, car son modèle de vol lui permet de générer de l'énergie dans des conditions de vent plus importantes. La magie réside dans le vol par vent de travers, explique le PDG Corwin Hardham, faisant référence à la façon dont le véhicule se déplace perpendiculairement au vent comme un cerf-volant. Nous utilisons l'aérodynamique pour déplacer les rotors plusieurs fois plus vite que la vitesse réelle du vent.
L'entreprise a effectué une série de vols d'essai, dont un vol cet automne au cours de laquelle le prototype en fibre de carbone avec une envergure de 26 pieds a généré cinq kilowatts de puissance. D'ici deux ans, l'entreprise espère avoir une aile de 88 pieds qui génère 600 kilowatts, soit environ un tiers de ce qu'une grande éolienne conventionnelle peut générer. Une aile gargantuesque pour générer cinq mégawatts est sur la planche à dessin.
Le projet de l'entreprise a suscité un certain intérêt de la part des bailleurs de fonds. Google a investi 15 millions de dollars dans l'entreprise et, en septembre 2010, Makani a remporté une subvention de 3 millions de dollars du programme ARPA-E du ministère de l'Énergie, qui finance des idées à haut risque qui pourraient conduire à ce que l'agence appelle des technologies énergétiques transformationnelles et perturbatrices.
Hardham est un passionné de kitesurf et, à la mi-2006, il travaillait pour la société d'ingénierie Squid Labs lorsqu'il a eu l'idée d'utiliser une aérodynamique similaire pour générer de l'énergie. (En kite surf, le cavalier se tient sur une planche et est tiré par un grand parachute en nylon.) Aujourd'hui, l'entreprise de 20 personnes occupe des installations militaires spartiates avec un atelier d'usinage à l'arrière et une zone de montage à l'avant. Les composites sont cuits dans un conteneur d'expédition à l'extérieur ; l'aire de l'ancienne tour de contrôle sert de salle à manger et de bar occasionnel. Hardham décrit la situation de l'entreprise comme à la fois humble et parfaite. Il dit : Il y a un avantage évident à être plus agile que les grandes entreprises.
La technologie de Makani est conçue pour tirer parti des vents relativement constants qui soufflent bien au-dessus du sol. Les éoliennes conventionnelles culminent à environ 300 pieds, avec des pointes de pale atteignant 500 pieds, au-delà desquelles il devient prohibitif de construire des structures stables. En recherchant le potentiel de l'énergie éolienne, Hardham est tombé sur un papier de 1980 par Miles Loyd proposant une aile attachée qui pourrait élever l'extrémité commerciale d'une éolienne à n'importe quelle hauteur.
Vol d'essai: Une photo en accéléré montre la trajectoire de vol d'une éolienne aéroportée. Le véhicule est attaché à un camion de pompiers converti (en bas à gauche) lors d'un test dans une région reculée de Sherman Island, en Californie.
L'éolienne aéroportée Makani se compose de plusieurs turbines attachées à une aile, qui est attachée au sol. En vol, le véhicule emprunte essentiellement la même trajectoire que la pointe d'une pale d'éolienne, en suivant un cercle perpendiculaire à la direction du vent. Grâce à l'aérodynamique du vent de travers, qui produit les mouvements circulaires rapides familiers à tous ceux qui ont fait voler un cerf-volant un jour de rafales, la vitesse apparente du vent frappant les rotors peut atteindre jusqu'à 10 fois la vitesse réelle du vent.
Parce que l'aile utilise le vent plus efficacement qu'une turbine fixe, dit Hardham, et est faite de matériaux moins nombreux et plus légers, elle devrait produire de l'énergie à moindre coût. L'entretien peut se faire au sol plutôt qu'au sommet d'une tour d'éolienne.
La récolte du vent en haute altitude fait toujours face à des sceptiques. C'est une idée vraiment intéressante avec des avantages potentiellement importants, mais nous sommes en train de déterminer si cela fonctionnera, a déclaré Fort Felker, directeur du National Wind Technology Center au National Renewable Energy Laboratory, à Golden, Colorado. Cependant, dit-il, la fiabilité, la sécurité et l'économie sont toutes des préoccupations. Les véhicules aériens conçus pour récolter l'énergie éolienne doivent voler la plupart du temps, et il y a toujours le risque qu'ils atterrissent dans un autobus scolaire, explique Felker.
Makani travaille à répondre aux questions de sécurité. Pour faire atterrir un vaisseau, l'énergie de la batterie est envoyée aux rotors, le laissant passer à une position de vol stationnaire avant d'être ramené sur Terre par un treuil. Les capteurs qui suivent des facteurs tels que l'orientation et la position du véhicule, ainsi que la vitesse et la direction du vent, devraient permettre au véhicule d'atterrir de manière autonome, même s'il s'échappe de son attache. Alternativement, un exploitant de parc éolien pourrait faire atterrir tout un champ d'éoliennes volantes sur simple pression d'un bouton.
Étant donné que les turbines aéroportées peuvent survoler une grande variété de topographies, elles seront probablement déployées d'abord dans des zones venteuses où les turbines conventionnelles sont difficiles à installer, par exemple, elles pourraient survoler l'océan. Les éoliennes offshore nécessitent des fondations lourdes et coûteuses et ne peuvent pas être trop éloignées du rivage. Les générateurs volants de Makani pourraient être attachés à des bouées ancrées par des câbles au fond de la mer. Ils pourraient être placés à plusieurs kilomètres de la côte, dit Hardham, où ils seraient hors de vue, hors de l'esprit.
Hardham dit que Makani est en négociation avec des partenaires potentiels au sujet d'installations au large du Royaume-Uni, et il espère que ses premiers clients seront de grands développeurs de parcs éoliens tels que BP et Shell, qui peuvent se permettre d'adopter une approche plus exploratoire.