La voie vers la maturité des éoliennes flottantes en offshore

L’éolien flottant en mer (FOW) est en passe de devenir la prochaine grande nouveauté en énergie renouvelable. Il peut libérer un énorme potentiel éolien dans de nouvelles régions du monde, mais il permettra également à de nombreux pays ne disposant pas de conditions de fond appropriées pour le vent de fond fixe de réaliser d’importants avantages économiques.

Bien que le FOW ait le potentiel de devenir une énorme industrie mondiale, il y a encore un certain nombre d’obstacles que l’industrie doit franchir pour devenir commercialement attrayante en termes de coût nivelé de l’électricité (LCOE).

Alors que le prix de livraison de l’énergie éolienne offshore en 2019 variait entre 48 $ et 60 $ par MWh d’électricité, les enchères actuelles pour l’éolien flottant coûtent plus du double de ce montant. Cela signifie que plus de capitaux d’investissement sont nécessaires pour lancer les projets et, bien sûr, des coûts d’électricité plus élevés pour l’utilisateur final.

Une des causes de ce coût supplémentaire sont les fondations utilisées pour l’éolien offshore flottant, qui peuvent être vraiment massives. À leur extrémité supérieure, ces géants peuvent peser des dizaines de milliers de tonnes chacun; projets de fabrication importants en acier ou en béton.

De plus, dans certains pays, la fenêtre d’installation est réduite à seulement six mois par an, en raison de restrictions météorologiques ou environnementales. Ainsi, la pression est réellement exercée pour que les chaînes d’approvisionnement mûrissent rapidement – dans le but final de répondre au rythme auquel les équipementiers peuvent produire des turbines.

Le développement de l’éolien offshore flottant s’est concentré à ce jour sur des projets prototypes de portée limitée et de conceptions très variées. Grâce à des principes de conception normalisés et à des stratégies de fabrication de masse modulaires, la construction peut avoir lieu en parallèle et des économies d’échelle peuvent être réalisées, ce qui réduira les investissements en capital nécessaires – rendant l’éolien offshore plus viable pour davantage de pays.

Pour atteindre l’objectif de lancer un flotteur par semaine, chaque élément de la chaîne de fabrication, de logistique et de construction doit être fondamentalement repensé. Une tâche ardue – mais heureusement, une tâche qui a déjà été abordée avec succès dans de nombreux secteurs industriels.

Un autre domaine important où des gains d’efficacité pourraient être réalisés est le processus de lancement des fondations flottantes elles-mêmes. Ceux-ci varient considérablement en taille, en forme et en poids d’un projet à l’autre. Le seul fait de placer ces grandes unités dans l’eau nécessite une infrastructure, une planification et des investissements importants.

Il existe actuellement quatre principaux types de technologie de fondation flottante; chacun étant conçu pour différentes profondeurs d’eau et types de sol de fond marin: semi-submersible, plate-forme de jambe de tension, espar et barge. Chacun a ses propres avantages et défis spécifiques.

Bien que ces conceptions aient permis à de nombreux pays aux conditions environnementales différentes d’entrer sur le marché, elles signifient également qu’aucune méthodologie de lancement normalisée n’est utilisée dans l’industrie. Par conséquent, une ingénierie sur mesure est souvent nécessaire pour flotter, ce qui fait augmenter les coûts. Jetons un coup d’œil aux options.

Cale sèche

Le moyen le plus simple de construire ces structures serait sûrement dans une cale sèche. Cependant, étant donné l’investissement nécessaire pour construire des cales sèches à l’échelle requise, il n’est pas surprenant qu’il n’y ait pas d’installations disponibles ou qu’il est prévu de construire à cette fin.

La méthode de la cale de halage en perte de vitesse

Pendant des siècles, la principale méthode de lancement utilisée par les chantiers navals pour les navires est la cale de halage, mais pour des raisons similaires aux cales sèches, par exemple, la disponibilité et la taille, cette méthode n’est pas non plus faisable.

Navires ou plates-formes semi-submersibles

La méthode la plus courante et la plus éprouvée utilisée jusqu’à présent pour la démonstration de projets éoliens offshore flottants et de projets à l’échelle précommerciale. Malgré le consensus partiel, on ne sait pas si – pour les projets commerciaux à grande échelle – l’état de préparation et le coût des navires pourraient limiter leur utilisation.

Ce type d’opération de flottement nécessite des profondeurs d’eau considérables qui ne sont généralement pas disponibles à l’intérieur d’un port, ce qui peut entraîner des retards considérables dans les projets en raison des conditions météorologiques. Cela limite également les endroits où la fabrication et le rassemblement peuvent être effectués et, par extension, le contenu qui peut être exécuté localement – une préoccupation clé pour les gouvernements.

Systèmes hybrides

Des solutions tandem alternatives, combinant des moyens de levage à la fois terrestres et maritimes, peuvent être utilisées pour abaisser ces structures dans l’eau – par exemple, en utilisant des jambes de cisaillement, des navires de transport lourd ou des porte-à-faux de barge, ainsi que des solutions de levage à terre. La complexité de ces opérations est toujours considérée comme un risque car l’industrie n’a pas encore vu de système adapté à l’usage qui puisse être utilisé de manière industrialisée.

Grue de levage de matériel lourd

Lorsqu’elle est combinée avec des activités de fabrication (par exemple, recevoir de gros composants d’outre-mer), la capacité de soulever le flotteur directement dans l’eau et d’installer la turbine en un seul endroit entraînerait une nette augmentation des taux de production possibles – bien que de tels équipements exigent un quai solide pour résister aux pressions de la grue et de la sous-structure.

L’utilisation d’une grue de transport lourd permettrait également aux développeurs de déplacer les coûts d’installation de l’offshore vers l’onshore. Plutôt que d’utiliser un lourd navire de stabulation pour installer chaque turbine en mer, ils peuvent à la place être assemblés à quai par une grue avec une hauteur, une portée et une capacité suffisantes pour ce faire.

En exécutant autant de travail que possible à partir d’un seul endroit des unités aussi grandes que possible, avec le moins d’interfaces possible, le secteur de l’éolien flottant en mer peut profiter d’économies d’échelle éprouvées. Un engagement précoce avec des entreprises expérimentées dans le rassemblement de marchandises diverses sur de grandes distances est essentiel pour optimiser ces processus et multiplier les avantages réalisés des années plus tard.

Grâce à une fabrication standardisée et à une chaîne d’approvisionnement mature, l’éolien offshore flottant peut aider le monde à respecter ses engagements climatiques à l’horizon 2030 et 2050 et à un avenir plus durable.

La première ferme éolienne flottante au monde entre en service (futura-sciences.com)