Energie éolienne : panorama des (r)évolutions technologiques d’une filière industrielle de pointe

Article du 18 décembre 2017

Les énergies non renouvelables continuent à dominer le panorama mondial de la consommation d’énergie à hauteur de 84%[1]. Toutefois, les 3 dernières décennies ont été marquées par une volonté publique de réduire leur utilisation pour favoriser le développement des énergies renouvelables afin d’atteindre les objectifs de la lutte contre le changement climatique.

Dans cette optique, les pouvoirs publics ont mis en place un cadre réglementaire permettant d’accompagner le développement des projets ENR, notamment de la filière éolienne. En France, le législateur a par exemple amélioré les procédures de demande d’autorisation d’exploitation et de permis de construction avec l’Autorisation Unique, permettant d’assurer une flexibilité au porteur du projet et de réduire le délai de traitement des dossiers. Par ailleurs l’adaptation du mécanisme de soutien, passant du tarif d’achat à guichet ouvert au complément de rémunération, a matérialisé la maturité acquise par la filière.

Cette maturité s’est notamment construite par les efforts d’innovation des acteurs de l’éolien, qui développent et mettent en œuvre de nouvelles technologies orientées vers les 4 principaux axes d’amélioration suivants :

 

 

Le choix de la localisation d’un parc éolien et l’emplacement des turbines ont un impact direct sur le coût de production de l’électricité, ainsi des logiciels d’optimisation multicritères de la configuration d’un parc ont vu le jour pour optimiser son implantation et sa disposition.

Par ailleurs les estimations de vent sur un site d’éolien impactent également le coût de financement du projet. En réduisant les marges d’erreur du modèle, ce coût est automatiquement diminué car la fiabilité des projections de productible, sur laquelle s’assoit la rentabilité du projet, est renforcée.

Les innovations des modélisations portent sur la prise en compte de phénomènes météorologiques impactant la vitesse du vent, par exemple à travers des analyses R&D intégrant certains phénomènes précis comme les effets de la température sur les flux d’air. Le développement de modèles plus automatisés s’appuyant sur des outils big data[2] constitue également un levier d’optimisation des délais d’études en phase développement du projet.

 

Les dimensions techniques structurantes pour la capacité de production électrique d’une éolienne sont le diamètre du rotor, la hauteur du moyeu (mât) et la puissance du générateur.

Les tendances de développement des éoliennes visent à augmenter ces dimensions techniques afin de réaliser un gain en productivité et en production annuelle, plus particulièrement pour les sites à faible vent. L’analyse des parcs en instruction en France montre par exemple que le seuil de 200 m de hauteur en bout de pale a été atteint voire dépassé dans plusieurs régions :

Les constructeurs de turbines ont également investi dans les innovations de conception du matériel. L’optimisation de l’aérodynamisme et de l’aéroélasticité des pâles a notamment contribué à augmenter le productible de l’éolienne. De plus avec le développement de tests techniques plus durs, la fiabilité des matériels se renforce, permettant de réduire les interventions pour maintenance et ainsi augmenter la durée de vie du parc (amortissement plus long).

Enfin, le mécanisme d’alignement automatique des nacelles face au vent permet un gain maximum de production mais aussi un gain sur la durée de vie des composants puisque le désalignement des nacelles a un impact sur la fatigue des matériaux majeurs de la machine.

 

La phase de construction du parc éolien a également vu des évolutions permettant de réduire les délais d’arrêt des travaux dus aux conditions météorologiques.

Actuellement, les éoliennes sont construites à l’aide de grue et cette dernière ne peut pas être utilisée si la vitesse du vent dépasse 12m/s. Les améliorations des techniques existantes permettent par exemple d’installer l’éolienne en érigeant des mâts en béton réduisant ainsi la sensibilité au vent.

La détection des défauts des matériels de l’éolienne dans un délai court voire en amont des cycles de maintenance programmés, avec précision et en réduisant le temps d’immobilisation de l’éolienne pour l’intervention, assure par ailleurs la continuité de la production de façon optimale et réduit le temps d’arrêt de l’éolienne.

Dans ce cadre, la filière éolienne s’est inspirée du retour d’expérience d’autres industries et a déployé des pratiques de maintenance conditionnelle. Cette démarche consiste à monitorer les composants du parc à travers des capteurs ou des solutions innovantes basées sur l’imagerie ultrasonore ou l’utilisation de drones pour inspecter les éoliennes et anticiper ainsi les interventions et les défaillances potentielles du parc.

 

Le gestionnaire du réseau de distribution peut intégrer une capacité éolienne plus importante si les producteurs sont en capacité de maitriser les perturbations lors de l’injection. Des solutions permettent ainsi au producteur de commander la fermeture du disjoncteur (injection) en fonction de la tension mesurée au niveau du transformateur, afin de limiter les perturbations sur le réseau de distribution.

Le développement des technologies d’interfaces assurant la communication temps réel sur le réseau entre les différents acteurs (producteurs, turbiniers, agrégateurs et distributeur) permet par ailleurs d’optimiser le rôle du producteur dans le mécanisme d’ajustement, en fonction des besoins d’énergie et de sa propre capacité de production.

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Grâce à ces différentes innovations et développements technologiques, détaillés par l’ADEME dans un rapport dédié, l’éolien pourrait représenter une capacité de production d’environ 34 GW à horizon 2030, soit le triple de la puissance raccordée au réseau à fin 2015.

[1] Agence Internationale de l’Energie, données 2015

[2] http://atlante.fr/blog/energy-tech-quelles-sont-les-pepites-de-demain/