Au récent"Conférence sur la technologie de l'ingénierie de l'énergie éolienne offshore en Chine,"un discours d'ouverture a été prononcé par le directeur général de la ligne de produits offshore. Il a souligné que les goulots d'étranglement actuels dans les éoliennes offshore chinoises résident dans les pales et les roulements principaux. Compte tenu de la forte demande d'éoliennes offshore, il est crucial que les fabricants se concentrent sur la fourniture de solutions garantissant des retours sur investissement basés sur les chaînes d'approvisionnement disponibles, soutenant ainsi le développement durable de l'énergie éolienne offshore en Chine.

Parcours de développement des pales d’éoliennes

L'évolution des pales d'éoliennes en Europe et en Chine a été passée en revue. Entre 1991 et 2015, la Chine était suiveuse en termes de puissance des turbines et de taille des pales. Cependant, en 2017, la Chine avait développé une éolienne d'un diamètre de 171 mètres, dépassant les 164 mètres de l'Europe. En 2019, l’Europe et les États-Unis ont introduit des turbines encore plus grandes, d’un diamètre de 220 mètres. Cette parité en termes de taille des éoliennes signifie que la Chine et l’Europe se situent désormais au même niveau en matière de développement d’éoliennes offshore.

Défis et innovations dans l’énergie éolienne

Selon un magazine scientifique de renommée mondiale, à mesure que la taille des éoliennes offshore augmente, le secteur de l'énergie éolienne est confronté à des défis importants en matière d'aérodynamique, de dynamique structurelle et d'hydrodynamique. La recherche dans ces domaines scientifiques fondamentaux n’a pas suivi le rythme de l’augmentation du diamètre des turbines. Contrairement à l’industrie aéronautique, qui n’a pas vu l’envergure des avions dépasser 80 mètres même après un siècle, l’industrie éolienne a atteint, en moins de quatre décennies, des diamètres de turbine de 200 mètres.

L'importance des progrès progressifs en matière d'ingénierie et de progrès technologiques a été soulignée. L'augmentation de la longueur des lames nécessite des percées dans les matériaux et les technologies de fabrication. S’appuyer uniquement sur les technologies existantes pour augmenter la taille des pales ne suffit pas pour soutenir le développement ultérieur de l’énergie éolienne offshore.

Le besoin de matériaux de voile en fibre de carbone

Pour prendre en charge des pales offshore plus longues, l'industrie doit s'aventurer dans le"territoire inexploré"de matériaux de voile en fibre de carbone. Cette transition reflète la situation d’il y a dix ans, lorsque la Chine devait accorder des licences pour les conceptions de pales à des entreprises européennes, les matériaux de base et les équipements provenant d’entreprises allemandes ou japonaises. Des investissements importants en moules, des délais longs et des technologies de processus immatures compliquent encore davantage le développement, rendant l'efficacité de traitement des lames surdimensionnées considérablement inférieure à celle des lames traditionnelles de 3 à 4 fois. Cela constitue un goulot d'étranglement majeur pour garantir la viabilité du projet dans les scénarios actuels d'installations éoliennes offshore à grande échelle en Chine. Le voile en fibre de carbone est essentiel pour la prochaine génération d'éoliennes, répondant à la fois au besoin de résistance et de légèreté.

Défis dans la chaîne d’approvisionnement des roulements principaux

Le principal problème est un autre goulot d'étranglement, résultant des défis de conception, des problèmes de chaîne d'approvisionnement et de la complexité de l'installation. Plus précisément, la chaîne d’approvisionnement des roulements principaux de grandes turbines offshore est confrontée à trois défis clés :

1. Le diamètre de la bague de roulement principale dépasse souvent 2 mètres, dépassant ainsi 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 transformation nécessaires pour des roulements de cette taille.

Solutions et innovations dans la technologie des roulements

L'adoption de la technologie double SRB pour les configurations de roulements principaux garantit la prise en charge de 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 grands, telles que les doubles TRB et DRTRB, sont confrontées à d'importants défis en matière de capacité et d'efficacité.

Optimiser les performances des éoliennes offshore

Malgré les défis, la société reste confiante dans sa capacité à fournir des solutions éoliennes offshore qui génèrent des retours sur investissement positifs. Une carte complète du coût actualisé de l'énergie (LCOE) pour les parcs éoliens offshore chinois a été créée, guidant la définition des éoliennes et aidant les développeurs à identifier les projets rentables. L’accent n’est pas mis sur la capacité des turbines mais sur le LCOE, la production d’électricité étant le facteur le plus critique.

Adaptations régionales et analyse de sensibilité LCOE

Différentes régions nécessitent différentes combinaisons de puissance de turbine et de diamètre de rotor pour optimiser le LCOE. La société a effectué des analyses de sensibilité LCOE pour les zones à vent fort comme le Fujian, les zones à vent faible comme le Guangxi et les zones à vent moyennement faible comme le Zhejiang. Les résultats indiquent que les éoliennes de 6 à 8 MW sont optimales pour les scénarios de vents forts, tandis que les éoliennes de 4 à 6 MW conviennent mieux aux scénarios de vents faibles à moyennement faibles. Des vitesses de vent plus faibles nécessitent des diamètres de rotor plus grands et vice versa. L'utilisation de voile en fibre de carbone dans ces turbines est cruciale pour atteindre les performances et l'efficacité souhaitées.

Remédier aux pertes de sillage dans les parcs éoliens offshore

Les parcs éoliens offshore chinois sont confrontés à des pertes de sillage plus importantes que leurs homologues européens en raison d'une configuration plus dense, de vitesses de vent plus faibles et d'atmosphères plus stables. Une évaluation de près de 1,5 GW de capacité de turbines offshore a révélé que les premières estimations des pertes de sillage étaient environ 2 % trop faibles. Les efforts visant à réduire les pertes de sillage grâce à la technologie de contrôle de sillage de groupe ont abouti à une augmentation de 3 à 4 % de la production d'électricité. À mesure que les configurations de parcs éoliens offshore deviennent de plus en plus denses, la valeur de la technologie de contrôle de sillage de groupe devient de plus en plus importante. La mise en œuvre 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.