Le coût de l’énergie éolienne offshore demeure un sujet de préoccupation pour les investisseurs et les développeurs. Comment peut-on réduire ces coûts tout en maintenant une production d’énergie fiable et efficace ? Les récentes innovations en matière de conception des éoliennes offshore offrent des réponses prometteuses à cette question.
Les éoliennes offshore affrontent des vents plus forts et des courants océaniques intenses, ce qui nécessite des conceptions plus robustes et entraîne des coûts de capital significativement plus élevés. Bien qu’elles produisent plus d’énergie grâce à la force des vents, ces coûts accrus se traduisent par une hausse du coût nivelé de l’énergie (LCOE). Le projet HIPERWIND a développé de nouveaux modèles de simulation de conception qui réduisent le LCOE jusqu’à 9%, rendant ainsi la construction et l’exploitation des éoliennes offshore plus économiques et fiables.
En cette année, l’énergie éolienne a atteint une capacité d’installation cumulative de 1 TW. On s’attend à ce que cette capacité augmente jusqu’à 10 TW d’ici 2050. À cette échelle, une réduction des coûts de 9% est considérée comme monumentale.
Une gestion des incertitudes dans la conception
Le cœur du projet HIPERWIND repose sur la gestion des incertitudes. Les incertitudes se traduisent par des marges de sécurité plus élevées, ajoutant des matériaux aux composants, des cycles de maintenance plus courts et une augmentation des coûts de financement des parcs éoliens. La gestion des incertitudes est donc un moteur important pour réduire les coûts et les risques, améliorant ainsi la fiabilité de production et, en bout de ligne, la valeur de l’énergie éolienne offshore.
« HIPERWIND a visé à obtenir une réduction significative du LCOE en comprenant comment gérer les incertitudes dans la chaîne de modélisation de conception des éoliennes », a indiqué le coordinateur du projet, Nikolay Dimitrov Dimitrov de DTU Wind. « Nous avons examiné comment quantifier et identifier diverses incertitudes, allant des conditions environnementales aux charges et à la fiabilité des éoliennes. Avec ces informations, nous nous sommes concentrés sur la réduction de l’utilisation des matériaux en mieux comprenant la performance des modèles et en réduisant l’incertitude. Cette approche a aidé à minimiser l’utilisation des matériaux et à abaisser les coûts énergétiques. Cette méthodologie a démontré la faisabilité de la conception de systèmes plus efficaces. »
Un impact économique et opérationnel
« HIPERWIND pourrait être un changement de jeu », a affirmé Clément Jacquet de EPRI en Europe. « Nous avons obtenu une réduction significative du LCOE de jusqu’à 9% – et même 10% est réalisable si l’on considère le cas le plus optimiste que nous avons. Dans le cas le moins optimiste, la réduction sera encore de 5%. »
EPRI a évalué l’impact des technologies HIPERWIND sur le LCOE, nécessitant une approche holistique et une analyse détaillée des coûts des parcs éoliens offshore. Ce travail a donné lieu à un nouveau cadre adaptable que EPRI utilisera dans des projets futurs pour améliorer l’efficacité économique des parcs éoliens, tant en mer que sur terre.
Le projet a utilisé une étude de cas réelle impliquant le parc éolien offshore de Teesside au large de la côte anglaise, appartenant au partenaire du projet, EDF. Les données et modèles spécifiques à ce parc éolien ont servi à identifier et quantifier les incertitudes dans la conception des tours et des fondations des turbines. L’équipe a ensuite évalué si la connaissance améliorée pouvait réduire les coûts si le parc éolien était reconstruit.
L’exploitation des résultats
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IFP Energies nouvelles (IFPEN) applique déjà les résultats de HIPERWIND, améliorant la modélisation de la chaîne en quantifiant avec précision les charges de fatigue des éoliennes. « Le projet a produit des procédures de conception de fiabilité significatives qui sont réalisables dans un contexte industriel et qui vont au-delà du domaine de la recherche », explique pour sa part Martin Guiton d’IFPEN. « En prenant en compte les incertitudes, nous avons obtenu une réduction de 21% de la masse de la structure de l’éolienne, ce qui est considérable », ajoute son collègue, Alexis Cousin.
De même, ETH Zürich utilise désormais ces méthodologies non seulement pour résoudre les problèmes liés au vent, mais aussi pour des problèmes liés aux tremblements de terre, comme la fragilité sismique des bâtiments dans des environnements complexes et la conception des gratte-ciels sous excitation aléatoire du vent.
« Le projet nous a obligés à développer une nouvelle méthodologie de zéro pour gérer les incertitudes avec des entrées et des réponses de haute dimension », a conclu le scientifique senior Stefano Marelli, titulaire de la chaire de Risque, Sécurité et Quantification des Incertitudes à l’ETH Zürich. « Notre travail sur les techniques de modélisation par substitut, qui a accéléré le développement des algorithmes et permis une collaboration inter-partenaire, s’est avéré fructueux. »
Légende illustration : éolienne en mer – Gen IA
Source : DTU
