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Partie I : Technologie

La Partie I couvre tous les aspects de la technologie, qui a réalisé des progrès rapides dans tous les domaines. On a beaucoup appris, mais il reste beaucoup à découvrir, à la fois en météorologie fondamentale, en aérodynamique et en science des matériaux, d'une part, et dans des domaines hautement appliqués tels que les stratégies de maintenance, la conception des parcs éoliens et la planification des réseaux électriques, d'autre part. Il reste de plus à tester des concepts de turbines qui peuvent mériter un examen attentif. Cette partie décrit les fondements de la technologie éolienne, la situation actuelle et les tendances futures.


Estimation de la ressource éolienne


Les méthodes permettant l'estimation de la  ressource éolienne sont bien établies. Le chapitre I.1 décrit les modalités d’estimation de la ressource éolienne sur de vastes zones, qui est réalisée afin de déterminer à la fois les ressources disponibles et les zones les plus favorables d'une région. Il traite également de l'estimation de la ressource éolienne et de la production d'énergie de sites spécifiques. La précision de l'estimation de la production d’énergie revêt une importance cruciale à la fois pour le maître d’ouvrage du projet et pour les organisations qui le financent, et ce chapitre explique les nombreux facteurs susceptibles d'influer sur la production d'énergie.

Figure S.3 Atlas éolien d'Europe, à terre

Source : Garrad Hassan


On y aborde également le domaine de la prévision, au Chapitre I.2, car celui-ci joue désormais un rôle important pour l'industrie éolienne. En fonction de la structure du marché de l’électricité, le maître d’ouvrage du projet ou l'acheteur d'énergie peuvent être en mesure de tirer des avantages financiers significatifs de la précision avec laquelle les prévisions de production éolienne sont faites. Les opérateurs de systèmes de production et de distribution d'électricité à fort taux de pénétration éolienne ont également besoin de prévisions afin d'optimiser le fonctionnement de leurs systèmes.

Technologie éolienne

Les rapides progrès techniques sont particulièrement visibles pour la technologie éolienne. Le Chapitre I.3 montre avec quelle rapidité les dimensions, la puissance et la complexité des éoliennes se sont développées, ce que démontre on ne peut mieux l'accroissement de taille des éoliennes commerciales, qui a été d'environ 100 en 20 ans (Figure S.4). En dépit de leur apparente simplicité, les éoliennes sont soumises à certaines exigences fondamentales qui rendent unique en son genre cette branche de l'ingénierie.

  • La machine doit fonctionner comme une centrale électrique, sans personnel, la production qu'elle doit fournir au réseau électrique ne se limite pas à l'énergie.
  • Du fait que le vent varie sur une échelle de temps qui va des secondes aux années, tout est soumis à des incertitudes, depuis les charges mécaniques jusqu’à la production d'énergie.
  • En matière de coûts énergétiques, la technologie doit faire face à la concurrence d’autres sources d'énergie renouvelable et celle de la production conventionnelle.

Figure S.4 Accroissement de la taille de conception des éoliennes commerciales

Source: Garrad Hassan

Le Chapitre I.3 aborde l'évolution de la conception des éoliennes, et explique les raisons de la prépondérance actuelle des éoliennes à trois pales orientées face au vent fonctionnant à une vitesse variable et régulées par pas variable. Leur conception obéit aux motivations principales suivantes: compatibilité avec les réseaux électriques, coût de l'énergie (fiabilité incluse), émissions acoustiques, aspect visuel et adaptation aux conditions locales.  

Néanmoins, de nombreux problèmes techniques restent à résoudre. Par exemple, les éoliennes de grande taille actuellement en production comprennent:

  • Des concepts faisant appel à des générateurs de grand diamètre et à rotation lente.
  • Des concepts faisant appel à des générateurs à rotation rapide et à boite de vitesse; et:
  • Des montages intermédiaires faisant appel à des générateurs à vitesse de rotation moyenne et à des étages de réduction peu nombreux.
De même, il peut être surprenant que la taille optimale d'une éolienne destinée aux parcs "standard" à terre ne soit pas encore évidente. Ce chapitre explique certains de ces aspects techniques, et s'achève en passant en revue quelques concepts alternatifs radicaux.

 

Conception des parcs éoliens

Le Chapitre I.4 décrit selon quelles modalités les éoliennes sont regroupées en parcs, les facteurs qui influent sur leur implantation, et leur mode de construction. La conception des parcs éoliens est un domaine crucial pour la réduction des coûts et la disposition du public à les accepter, tant sur terre qu'en mer, d'autant que certains d'entre eux sont à présent plus puissants que les grandes centrales électriques classiques.

La disposition des éoliennes à l’intérieur du parc a des incidences évidentes non seulement sur la production d'énergie, mais aussi sur leur perception visuelle et sonore par le voisinage. Ce chapitre explique comment on peut optimiser leur agencement de manière à tenir compte de ce type de contraintes, en utilisant des logiciels spécifiquement conçus pour l'industrie éolienne.

Ce chapitre aborde également les questions importantes qui se posent dans le cadre de l'équilibre de l'installation, par exemple les ouvrages de génie civil et d’électricité. Au fur et à mesure que l'industrie éolienne gagne en expérience en réalisant des projets dans différentes conditions, on acquiert une compréhension claire des coûts et des autres questions majeures qui se posent, et les risques ne devraient pas être plus grands que pour des projets similaires de génie civil ou de construction de centrales électriques.


L’énergie éolienne offshore

Le Chapitre I.5 traite de l'énergie éolienne offshore, et élargit en particulier au cas de l’offshore la discussion des problèmes posés à terre, tels qu’abordés dans les chapitres I.2, I.3 et I.4. Bien que sa taille soit à l’heure actuelle sensiblement inférieure à celle de l'éolien terrestre, ce marché constitue maintenant un élément fondamental des politiques énergétiques de plusieurs nations, et les attentes sont vives. Le marché éolien offshore se caractérise par des projets dont la taille est sensiblement plus importante, et qui font courir plus de risques que la plupart des projets entrepris à terre, et il apparaît vraisemblable que l'étude et la réalisation de ces projets seront confiées à d'autres entreprises. Des bateaux spéciaux et des techniques spéciales de construction des éoliennes ont été mis au point, et les moyens d'accéder aux éoliennes offshore se sont avérés constituer une question primordiale qui a des incidences en matière de coûts, de disponibilité et de sécurité.

La technologie des éoliennes est elle aussi différente pour les projets offshore : pour de bonnes raisons, les dimensions individuelles de ces turbines sont sensiblement plus importantes, et les machines destinées à ce marché ont une puissance égale ou supérieure à 5 MW. On voit également apparaître des différences technologiques plus subtiles en raison de la diversité des environnements et des exigences accrues en matière de fiabilité. La probabilité parait plus grande de voir apparaître des conceptions authentiquement novatrices sur le marché de l'offshore que sur le marché des éoliennes terrestres, et le chapitre se conclut sur une revue de concepts novateurs essentiels tels que celui des turbines flottantes.


Eoliennes de petite taille


A l’autre extrémité de l'échelle, le Chapitre I.6 décrit les éoliennes petites et très petites qui font leur apparition en réponse à plusieurs besoins spécifiques. De même que dans les domaines traditionnels de l'électrification des campagnes et de la fourniture d'électricité aux foyers isolés, des équipements destinés aux navires et aux télécommunications, les perspectives qui laissent entrevoir une demande significative en « microgénération » dans les zones urbaines stimulent l’évolution technique dans le domaine de la conception des éoliennes de petite taille, ce qui pourrait améliorer leur rentabilité.  Qui plus est, l’augmentation du coût des combustibles encourage l'évolution dans le domaine techniquement exigeant des systèmes éoliens-diesel à taux de pénétration élevé. La vaste gamme des marchés, dont chacun est spécifique, implique que le domaine des éoliennes de petite taille est plus varié que celui des éoliennes classiques de grande taille. Un grand nombre de ces marchés recèlent un fort potentiel de croissance.


Recherche et développement


Le Chapitre I.7 donne un aperçu des efforts les efforts menés en matière de recherche et développement (R & D) dans le domaine de la technologie éolienne. Une idée reçue consiste répandu consiste à considérer l'énergie éolienne comme une technologie mûre, cet argument étant susceptible de conduire à une réduction des efforts de R&D. Par ailleurs, l’objectif de 20 fixé en Europe pour la promotion de la production d'énergie à partir de sources renouvelables lance de nouveaux défis. Dans son récent Agenda Stratégique de la Recherche, TPWind, la plateforme technologique européenne de l’énergie éolienne, propose pour l’Europe une vision ambitieuse. Cette vision prévoit la mise en œuvre de 300 GW d'énergie éolienne d'ici 2030, ce qui représenterait jusqu'à 28 de la consommation électrique en Europe. De plus, la vision de TPWind inclut un objectif annexe concernant l'énergie éolienne offshore, qui devrait représenter environ 10 de la consommation d'électricité dans l’UE d'ici 2030. Une étape intermédiaire consisterait à développer 40 GW en mer d’ici 2020, chiffre à comparer à seulement 1 GW installé aujourd’hui.

La R&D est nécessaire pour garantir la mise en œuvre efficace de la vision qu'à TPWind pour l’énergie éolienne, afin de soutenir la réalisation des objectifs énergétiques européens, et TPWind a défini les priorités de R&D pour concrétiser sa vision du secteur de l’énergie éolienne pour 2030.

Quatre domaines thématiques ont été identifiés:

  1. les conditions liées au vent
  2. la technologie des éoliennes
  3. l’intégration de l'énergie éolienne dans les réseaux électrique
  4. la mise en œuvre et l’exploitation des éoliennes offshore.


Afin de concrétiser la vision TPWind pour 2030 et de permettre le déploiement à grande échelle de l’énergie éolienne, il faut absolument qu’on puisse s'appuyer sur un marché, des politiques et un environnement réglementaire stables et bien définis. La stratégie de déploiement sur le marché inclut, entre autres objectifs visés, la réduction des coûts et l’intégration effective de l'éolien à l’environnement.

L’effort de financement de la R&D constitue l’une des principales préoccupations. En effet, l’effort total actuellement consacré à la R&D pour l'énergie éolienne est insuffisant pour permettre la réalisation des objectifs européens relatifs à la part des sources d’énergie renouvelables dans la production d'énergie, et pour répondre aux objectifs fixés à Lisbonne en matière de croissance et d’emploi.

Le composant le plus critique est la contribution européenne. Le Plan stratégique pour la technologie de l'énergie (Plan SET) propose une série d'instruments destinés à remédier à cette situation, tels que les Initiatives industrielles européennes, qui comprennent l'Initiative européenne pour l'énergie éolienne.

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