Lors de la récente Conférence chinoise sur les technologies d'ingénierie de l'éolien offshore, le directeur général de la gamme de produits offshore a prononcé un discours d'ouverture. Il a souligné que les principaux obstacles à la production d'éoliennes offshore en Chine résident dans les pales et les paliers principaux. Face à la forte demande, il est crucial que les fabricants s'attachent à proposer des solutions garantissant la rentabilité des investissements grâce aux chaînes d'approvisionnement disponibles, contribuant ainsi au développement durable de l'éolien offshore en Chine.

Parcours de développement des pales d'éoliennes

L'évolution des pales d'éoliennes en Europe et en Chine a été analysée. Entre 1991 et 2015, la Chine était à la traîne en termes de puissance des turbines et de taille des pales. Cependant, dès 2017, elle avait développé une éolienne de 171 mètres de diamètre, surpassant ainsi les 164 mètres de l'Europe. En 2019, l'Europe et les États-Unis avaient mis en service des turbines encore plus grandes, d'un diamètre de 220 mètres. Cette parité en matière de taille des turbines indique que la Chine et l'Europe sont désormais au même niveau dans le développement de l'éolien offshore.

Défis et innovations dans le domaine de l'énergie éolienne

D'après une revue scientifique internationale de renom, l'augmentation de la taille des éoliennes offshore pose d'importants défis au secteur de l'énergie éolienne en matière d'aérodynamique, de dynamique des structures et d'hydrodynamique. La recherche dans ces domaines scientifiques fondamentaux n'a pas suivi le rythme de la croissance du diamètre des turbines. Contrairement à l'industrie aéronautique, dont l'envergure des avions n'a jamais dépassé 80 mètres en un siècle, l'industrie éolienne a atteint, en moins de quarante ans, des diamètres de turbines de 200 mètres.

L'importance d'une progression graduelle dans les avancées techniques et technologiques a été soulignée. L'allongement des pales exige des innovations majeures dans les matériaux et les procédés de fabrication. S'appuyer uniquement sur les technologies existantes pour augmenter la taille des pales est insuffisant pour soutenir le développement futur de l'éolien en mer.

Le besoin en matériaux pour voiles en fibre de carbone

Pour permettre la fabrication de pales offshore plus longues, l'industrie doit explorer le territoire encore inexploré des matériaux en voile de fibre de carbone. Cette transition rappelle la situation d'il y a dix ans, lorsque la Chine devait acquérir des licences pour les conceptions de pales auprès d'entreprises européennes, les matériaux et équipements de base provenant d'entreprises allemandes ou japonaises. Les investissements importants dans les moules, les longs délais et l'immaturité des technologies de fabrication compliquent davantage le développement, réduisant considérablement l'efficacité de production des pales surdimensionnées par rapport aux pales standard (de 3 à 4 fois). Ceci constitue un obstacle majeur à la viabilité des projets dans le contexte actuel d'installation d'éoliennes offshore à grande échelle en Chine. Le voile de fibre de carbone est essentiel pour la prochaine génération d'éoliennes, répondant à la fois aux exigences de résistance et de légèreté.

Défis liés à la chaîne d'approvisionnement des paliers principaux

Le palier principal constitue un autre goulot d'étranglement, lié à des difficultés de conception, des problèmes d'approvisionnement et la complexité de l'installation. Plus précisément, la chaîne d'approvisionnement des paliers principaux des grandes turbines offshore est confrontée à trois défis majeurs :

1. Le diamètre de la bague de palier principale dépasse souvent 2 mètres, surpassant la capacité de la plupart des machines-outils disponibles.

2. Il n'existe que deux fournisseurs principaux, qui exigent des réservations de capacité au moins un an à l'avance.

3. Les fournisseurs nationaux ne disposent actuellement pas des capacités de conception et de traitement nécessaires pour des roulements de cette taille.

   
   

Solutions et innovations dans le domaine des roulements

L'adoption de la technologie à double palier SRB pour les configurations de paliers principaux garantit la compatibilité avec les turbines de 5 à 6 MW d'un diamètre inférieur à 1,5 mètre. Cette solution, soutenue par une chaîne d'approvisionnement mondiale robuste, permet l'implication des fournisseurs locaux dans la conception et la production. En revanche, les technologies nécessitant des diamètres plus importants, telles que les paliers TRB doubles et DTRB, se heurtent à des difficultés majeures en termes de capacité et d'efficacité.

Optimisation des performances des éoliennes offshore

Malgré les difficultés, l'entreprise reste confiante dans sa capacité à fournir des solutions éoliennes offshore générant un retour sur investissement positif. Une cartographie complète du coût actualisé de l'énergie (LCOE) pour les parcs éoliens offshore chinois a été élaborée, orientant la conception des turbines et aidant les développeurs à identifier les projets rentables. L'accent est mis non pas sur la capacité des turbines, mais sur le LCOE, la production d'électricité étant le facteur le plus déterminant.

Adaptations régionales et analyse de sensibilité du LCOE

Les différentes régions nécessitent des combinaisons variables de puissance d'éolienne et de diamètre de rotor pour optimiser le coût actualisé de l'énergie (LCOE). L'entreprise a mené des analyses de sensibilité du LCOE pour des zones à vents forts comme le Fujian, des zones à vents faibles comme le Guangxi et des zones à vents faibles à moyens comme le Zhejiang. Les résultats indiquent que les éoliennes de 6 à 8 MW sont optimales pour les scénarios de vents forts, tandis que celles de 4 à 6 MW sont les plus performantes pour les scénarios de vents faibles à faibles. Des vitesses de vent plus faibles nécessitent des diamètres de rotor plus importants, et inversement. L'utilisation d'un voile en fibre de carbone dans ces éoliennes est essentielle pour atteindre les performances et l'efficacité souhaitées.

Gestion des pertes dues au sillage dans les parcs éoliens offshore

Les parcs éoliens offshore chinois subissent des pertes de sillage plus importantes que leurs homologues européens en raison d'une plus grande densité d'implantation, de vents plus faibles et d'une atmosphère plus stable. Une évaluation portant sur près de 1,5 GW de capacité de turbines offshore a révélé que les estimations initiales des pertes de sillage étaient sous-estimées d'environ 2 %. Les efforts déployés pour réduire ces pertes grâce à la technologie de contrôle de sillage groupé ont permis d'accroître la production d'électricité de 3 à 4 %. À mesure que les parcs éoliens offshore se densifient, l'intérêt de cette technologie ne cesse de croître. L'intégration d'un voile en fibre de carbone dans la conception des pales améliore non seulement les performances, mais atténue également l'impact des pertes de sillage.