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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN IEC 61400-3-1 de septembre 2019 citée dans cet article a été complétée par l'amendement NF EN IEC 61400-3-1/A11 (C57-700-3-1/A11) : Systèmes de génération d’énergie éolienne - Partie 3-1 : Exigences de conception des éoliennes fixes en pleine mer (Révision janvier 2021)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille VN2101 (Février 2021)
La norme NF EN 61400-3 de juin 2009 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN IEC 61400-3-1 (C57-700-3-1) : Systèmes de génération d'énergie éolienne - Partie 3-1 : exigences de conception des éoliennes fixes en pleine mer (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2002 (Mars 2020).
RÉSUMÉ
Le milieu maritime offre une large ressource d'énergie éolienne, mais présente des spécificités qui doivent être prises en compte pour son exploitation. Les éoliennes offshore sont implantées sur des structures support qui sont conçues pour éviter une fatigue prématurée. Les fondations dépendent de la profondeur d'eau et des autres caractéristiques du site. La construction en mer exige des navires spécialisés. La maintenance doit être organisée dès le début du projet, lors de la conception des éoliennes. Les éoliennes flottantes permettront d'exploiter la ressource dans les grandes profondeurs d'eau.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jacques RUER : Ingénieur ECP - Directeur adjoint – développement des technologies, Saipem SA
INTRODUCTION
La volonté de développement de l'énergie éolienne dans certains pays entraîne la nécessité d'implanter des éoliennes en mer (offshore) afin de profiter de larges espaces sur lesquels le vent est abondant.
L'installation et l'exploitation d'éoliennes en mer sont foncièrement différentes de ce qui peut se faire à terre. Les éoliennes sont fermement ancrées sur le fond, ce qui conduit à la nécessité de concevoir et construire des structures support sous-marines capables de transférer les efforts du vent jusqu'au sol et de résister aux assauts des vagues. Le câblage utilise des câbles sous-marins spéciaux.
A contrario, il est possible de transporter par voie maritime des équipements de grande taille sans être gêné par les limites de transport routier. L'installation des éoliennes et des câbles doit faire appel à des moyens navals adaptés. Les navires de travail sont conçus pour lever des masses de plusieurs centaines de tonnes à la hauteur requise, souvent plus d'une centaine de mètres. Ils sont construits spécialement pour les besoins de l'éolien offshore et représentent chacun un investissement de plusieurs centaines de millions d'euros.
Toutes ces particularités font qu'une éolienne offshore est plus chère qu'une éolienne à terre. Dans le but de diminuer les coûts, les développeurs cherchent à rentabiliser au mieux les investissements avec les principes suivants :
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la puissance de la ferme éolienne doit être aussi grande que possible, limitée physiquement seulement par la capacité du réseau électrique à évacuer l'énergie ou l'espace accessible. On vise des puissances de plusieurs centaines de mégawatts ;
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en utilisant des machines de grande taille, le coût consenti pour les structures support devient relativement moins important (pour une profondeur d'eau donnée) ;
-
pour une ferme de puissance donnée, plus les éoliennes sont puissantes, plus le nombre de machines à installer et à maintenir est réduit ;
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plus la taille des projets est grande, plus les investissements spécifiques, tels que les navires d'installation, sont justifiés.
On comprend ainsi que les projets éoliens offshore sont des projets industriels majeurs qui représentent chacun des investissements et des risques financiers de plusieurs centaines de millions d'euros.
Il convient d'ajouter que la maintenance des éoliennes en mer est beaucoup plus difficile qu'à terre, ne serait-ce que par les difficultés d'accéder aux machines et de réaliser la manutention des équipements de rechange.
Il faut enfin souligner que les problèmes de sécurité sont particulièrement aigus, puisque l'on conjugue les problèmes de travail en hauteur, de manutention de charges lourdes aux aspects de travail en mer qui doivent tenir compte des limitations imposées par la météo et l'état de la mer.
Cet article ne prétend pas traiter l'ensemble du sujet de façon exhaustive. L'état de l'art évolue très rapidement dans ce domaine et toute description de ce qui a été réalisé récemment serait vite obsolète. C'est pourquoi, on se contente de présenter les principales notions nécessaires au lecteur qui s'éveille au sujet. Les notions abordées sont très variées, si bien que le lecteur doit se reporter à des ouvrages spécifiques pour approfondir les points qui l'intéressent plus particulièrement.
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5. Maintenance
5.1 Généralités
La viabilité économique des projets dépend de la disponibilité des éoliennes. En mer, toute panne ou défaut entraîne une durée d'indisponibilité relativement longue, car une réparation n'est pas toujours réalisable rapidement. Il faut en effet pouvoir accéder aux éoliennes, et cela est parfois impossible pour des raisons météorologiques. Si un moyen de manutention est requis pour remplacer un équipement, ce moyen naval peut ne pas être disponible sur le site à courte échéance. Et quand il le sera, il n'est pas certain que les conditions de mer permettront l'intervention dès son arrivée.
Cette problématique oblige à examiner très soigneusement la maintenance, très en amont de la réalisation du projet.
Les efforts entrepris dans ce domaine ont permis d'atteindre des taux de disponibilité des éoliennes offshore de l'ordre de 95 %.
HAUT DE PAGE5.2 Fiabilité des équipements
Une grande attention est portée à la fiabilité des machines. La probabilité de panne des divers composants est analysée. On examine la probabilité d'occurrence d'un défaut, la conséquence du défaut en terme d'indisponibilité, le coût de la réparation en tenant compte des moyens navals requis et des fenêtres météo probables, d'ailleurs différentes selon les saisons.
Ce genre d'analyse tend par exemple à favoriser les aérogénérateurs à attaque directe. Un multiplicateur de vitesse doit rarement être remplacé, mais quand cela est nécessaire l'opération immobilise l'éolienne pour plusieurs semaines et est fort coûteuse.
HAUT DE PAGE5.3 Télésurveillance
Les principaux paramètres de fonctionnement des machines sont contrôlés en permanence et les mesures sont envoyées à terre. On surveille par exemple les accélérations, les températures et les vibrations des éléments critiques (paliers, réducteurs), la qualité de l'huile (particules), l'analyse spectrale des paramètres électriques, le fonctionnement du contrôle d'incidence des pales, etc.
Les échanges...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MULTON (B.) - Énergies marines renouvelables : aspects généraux, éolien, marémoteur et hydrolien. - Éd. Hermès Science Publications – Collection EGEM, ISBN : 978-2-7462-2597-8 (2011).
-
(2) - Région Bretagne – Une planification et une concertation pour l'impantation des projets énergétiques en mer – Éléments et données de contexte – Recommandations pour une concertation régionale - http://www.comitedespeches-finistere.fr/IMG/pdf/Schema_EMR_091207.pdf
-
(3) - DNV - Design of offshore wind turbine structures. - Offshore Standard DNV-OS-J101, oct. 2011 http://www.dnv.com
-
(4) - GERMANISCHER LIOYDS - Guideline for the certification of offshore wind turbines - http://www.onlinepubs.trb.org/onlinepubs/mb/Offshore%20Wind/Guideline.pdf
-
(5) - IEC 61400-3 - * - Norme internationale Éoliennes Partie 3 : Exigences de conception des éoliennes en pleine mer http://www.webstore.iec.ch/preview/info_iec61400-3%7Bed1.0%7Db.pdf
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Syndicat des énergies renouvelables http://www.enr.fr
European Wind Energy Association – EWEA (Association européenne de l'énergie éolienne) http://www.ewea.org
British Wind Energy Association (Association britannique de l'énergie éolienne) http://www.bwea.com/offshore/
Éolien offshore de l'Agence allemande de l'énergie DENA http://www.offshore-wind.de/
Énergie éolienne offshore en Allemagne du Nord – Wind Energie Agentur – WAB http://www.wab.net
4COffshore (source indépendante d'information et d'analyse du marché de l'éolien offshore http://www.4coffshore.com
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EWEA Offshore : Conférence et exposition, a lieu tous les deux ans à l'automne en Europe (années impaires) http://www.ewea.org
Windforce : Conférence et exposition Wind Energie Agentur, a lieu tous les ans en Allemagne du Nord http://www.wab.net
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