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La conception d’éoliennes devient moteur d’innovation

Le changement climatique va exiger une production d’énergie à base de sources renouvelables qui soit à la fois moins coûteuse et plus efficace. Les chercheurs ont développé de nouveaux concepts d’éoliennes offshore de grande envergure entre 10 MW et 20 MW pour répondre à ces besoins.
La conception d’éoliennes devient moteur d’innovation
Face au changement climatique, les pays du monde entier sont confrontés au défi d’adopter une production d’énergie renouvelable efficace et à un coût beaucoup plus bas que les options de production d’électricité actuelles. Le vent est une de ces sources d’énergie renouvelable, mais l’efficacité des éoliennes doit encore être améliorée par des conceptions qui réduiront également les coûts.

La prochaine grande étape pour la production d’énergie éolienne offshore sera de placer des éoliennes équipées de turbines plus grosses dans des eaux plus profondes. Les conditions environnementales plus difficiles exigent de mettre au point des éoliennes dont la conception soit plus fiable et plus rentable que celles développées actuellement.

Démonstration de faisabilité pour la conception de la turbine

Le projet financé par l’UE INNWIND.EU a entrepris de concevoir des éoliennes offshore de pointe de 10 à 20 MW et de faire la démonstration de la performance de composants innovants.

Cet objectif a été atteint grâce au développement de rotors novateurs, de nouveaux composants de la transmission et de sous-structures fixes et flottantes qui réduisent les coûts de production de l’énergie. L’équipe a réduit le coût normalisé de l’énergie produite (LCOE) des éoliennes offshore de 20 MW de plus de 30 % par rapport à ceux des éoliennes offshore de 5 MW au début du projet.

L’équipe INNWIND.EU a également réussi à réduire la charge de fatigue sur les turbines tout en augmentant la production d’énergie grâce à de nouveaux rotors et des contrôles poussés afin de réduire le LCOE.

Pour prouver l’efficacité et l’aspect innovant de ses concepts, l’équipe a effectué des tests de preuve de concept isolés pour les composants de la turbine. Pour ce faire, elle a mis en place des tests sur des innovations clés telles que les pales intelligentes, les générateurs pseudo-magnétiques à entraînement direct (PDD) et les générateurs supraconducteurs.

Les membres de l’équipe ont travaillé avec des partenaires industriels pour présenter les bobines supraconductrices fabriquées par Siemens Wind Power et la présentation du générateur PDD a elle été réalisée par Magnomatics. Ils ont également fabriqué des pales intelligentes à petite échelle et les ont testées sur un banc d’essai rotatif. Ils ont réalisé une simulation de la performance de la pale intelligente sur des éoliennes commerciales en étroite collaboration avec Suzlon.

Le projet n’a pas été sans présenter quelques défis, comme le souligne le chef d’équipe, Peter Jensen. «Au cours de la deuxième année du projet (en 2013), Suzlon a dû réduire considérablement sa participation au projet, en raison de la crise financière qui a affecté différents marchés», explique-t-il. L’équipe a dû trouver un autre partenaire pour réaliser les essais des pales intelligentes, tandis que Suzlon a aidé à réaliser la simulation de la performance des pales intelligentes sur des turbines commerciales.

Trois catégories de concepts

INNWIND.EU a développé ses nouveaux concepts de turbine pour représenter trois catégories importantes, que Jensen décrit comme «évolutionnaires, radicalement nouvelles et révolutionnaires». Il développe en expliquant: «Le terme "évolutionnaire" fait référence à la technologie au niveau du système et des composants, pour lesquels le niveau de maturité technologique est proche de celui du marché».

Une technologie radicalement nouvelle est une technologie qui nécessite encore des essais en laboratoire et une démonstration du bien-fondé du concept pour être acceptée par l’industrie. Les rotors à double pales en aval et en amont dotées de trains d’entraînement non conventionnels développés par l’équipe entrent dans cette catégorie. Les éoliennes flottantes à axe vertical développées par le projet et les concepts à plusieurs rotors sont quant à elles des technologies révolutionnaires.

Une marge d’amélioration

Pour l’avenir, M. Jensen précise que l’équipe étudie les progrès réalisés sur le marché de l’énergie éolienne en mer, et prévoit la présentation d’éoliennes de 12 à 14 MW. Alors qu’elle a également développé des éoliennes flottantes de 10 MW, l’équipe d’INNWIND.EU a pour plan de route d’approfondir les recherches sur les éoliennes flottantes avec des puissances de 20 MW.

Les résultats du projet ont encouragé le développement d’une éolienne offshore de 20 MW avec une recherche appliquée ciblée sur une optimisation de la conception et de la fabrication.

Mots-clés

INNWIND.EU, éolienne, conception de turbine, vent offshore, pale intelligente, production d’énergie, transmission, énergie éolienne