Une nouvelle tournure de l'énergie éolienne flottante

Les éoliennes attachées à des bouées flottantes peuvent exploiter des vents plus forts et plus soutenus en haute mer. Mais les flotteurs actuellement utilisés pour de telles installations en eau profonde peuvent s'avérer d'un coût prohibitif car les bouées nécessaires pour les maintenir hors de l'eau sont énormes. Maintenant, un projet en France bouleverse la conception de la turbine pour ce que les développeurs espèrent être une alternative à faible coût.

Meilleur équilibre : Les éoliennes à axe vertical, comme ce prototype de terre ferme développé par Nenuphar, pourraient rendre l'éolien offshore plus économique.

La société française d'ingénierie pétrolière et gazière Technip et la startup d'énergie éolienne Nenuphar ont récemment annoncé Vertiwind, une éolienne de deux mégawatts qu'ils prévoient de flotter dans les eaux méditerranéennes d'ici la fin de 2013. Le projet utilise une turbine avec un arbre de rotor principal qui est réglé verticalement, comme une toupie, plutôt qu'horizontalement, comme dans une éolienne conventionnelle.

L'avantage de la conception à axe vertical est qu'elle abaisse le centre de gravité de la turbine. La conception de Vertiwind mesure 100 mètres de haut, mais place le générateur, qui pèse 50 tonnes, à l'intérieur d'un tube scellé sous les pales rotatives de la turbine, à 20 mètres au-dessus de la mer. Cela rend la turbine moins lourde au sommet, permettant un système de flottaison beaucoup plus petit, qui ne s'étendrait qu'à neuf mètres sous la surface de l'océan.

En revanche, une turbine à axe horizontal avec la même puissance de sortie et des pales atteignant également 100 mètres de haut aurait besoin que son générateur soit à 60 mètres au-dessus de la mer. Une bouée construite par Technip pour un prototype de turbine flottante à axe horizontal de 2,3 mégawatts, propriété de la société énergétique norvégienne Statoil, s'étend à 100 mètres sous la surface.

Vous économisez beaucoup de matière avec un axe vertical, explique Stéphane His, vice-président des biocarburants et des énergies renouvelables chez Technip. Mais plus que cela, vous facilitez le processus d'installation de la machine elle-même.

Technip et Nenuphar prévoient de construire deux turbines à axe vertical d'une puissance de deux mégawatts chacune, une onshore et une offshore, pour un coût de 28 millions de dollars. Le chiffre est encore nettement supérieur à celui des turbines pour eaux peu profondes fixées au fond de la mer (qui coûtent environ 5 millions de dollars par mégawatt), mais bien inférieur aux quelque 70 millions de dollars dépensés pour la construction du prototype appartenant à Statoil pour la construction, le déploiement et la recherche en cours.

En poursuivant une conception à axe vertical, Vertiwind utilise une technologie qui a été pratiquement abandonnée pour l'énergie éolienne terrestre il y a plus de dix ans. Les conceptions à axe vertical, qui sont intrinsèquement basses par rapport au sol, ne peuvent généralement pas rivaliser avec les éoliennes horizontales plus hautes qui captent des vents plus forts à des altitudes plus élevées.

Cela devrait être moins désavantageux au large, car la vitesse du vent augmente moins avec la hauteur au-dessus de l'eau libre qu'au-dessus de la terre, explique Walter Musial, qui dirige les activités de recherche sur l'énergie éolienne en mer pour le département américain de l'Énergie. Laboratoire national des énergies renouvelables à Golden, Colorado.

Cependant, Musial a des doutes sur le design que poursuit Vertiwind. Peu de turbines à axe vertical à grande échelle ont été construites, et toutes ont une conception à pales incurvées qui se connecte à l'arbre principal de la turbine en haut et en bas de la pale, répartissant ainsi uniformément la charge placée sur la structure, explique Musial. Vertiwind, cependant, utilisera une conception à lame droite qui n'est reliée à l'arbre central que par deux supports ou entretoises près du bas de la lame.

Cette lame va se plier lorsqu'elle tourne en raison de la force centrifuge, et les connexions de ces entretoises supportent toute la charge, dit Musial. Ces joints sont martelés, c'est l'aspect technique le plus difficile de cette conception.

Le PDG de Nenuphar, Charles Smadja, se dit confiant que la conception supportera la contrainte, sur la base des tests d'un prototype de 35 kilowatts qui tourne à des vitesses plus élevées. Smadja concède, cependant, que la montée en puissance vers une turbine de deux mégawatts présentera de nouveaux défis. Ce que vous pouvez faire correctement à petite échelle peut être difficile à faire à très grande échelle, dit-il.

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