Jeudi 27 novembre 2014

[Enquête] Sous le capot des futures éoliennes offshore françaises

Eolien | 1 réaction

par Olivier Barrellier | Cleantech Republic | 09.05.12

eolien-alstom

Ayant remporté l’appel d’offres national pour l’éolien offshore, les consortiums menés par EDF-EN et Iberdrola vont donc ériger plus de trois cents éoliennes au large des côtes françaises. Vus de la plage, les aérogénérateurs développés par les deux grands concurrents - Alstom et Areva - auront l’air de petits moulins identiques. En réalité, ils masquent des approches et des solutions techniques différentes. Leur principal point commun : être à la fois des bêtes de course et des bêtes de somme. Plongée dans l’excellence technologique française.

Un match amical

A ma gauche l’Haliade-150 d’Alstom, la plus puissance éolienne en mer du monde avec 6 MW et un rotor de 150 mètres de diamètre, pesant 1500 tonnes avec ses fondations. A ma droite, la Multibrid M5000 d’Areva, « seulement » 5 MW et 135 mètres d’envergure, accusant 349 tonnes sur la balance (hors mât) dont 16,5 tonnes pour chacune de ses trois pales. Un cahier des charges et un objectif commun : produire un maximum d’électricité. Un enjeu industriel partagé : démontrer la pertinence de ses choix technologiques.

Boîte de vitesses : sans pour Alstom…

Qui dit production maximum dit non seulement gigantisme mais aussi disponibilité. « Nous avons conçu l’Haliade 150 pour qu’elle soit simple, robuste, et efficace » aime répéter Frédéric Hendrick, vice-président Wind OffShore d’Alstom, dont la machine - encore en phase de test - présente une innovation majeure dans cette gamme de puissance : l’entrainement direct, c’est-à-dire l’absence de boîte de vitesses. Le rotor tournant au rythme de 15 tours/minutes, Alstom a donc imaginé une génératrice tournant à la même vitesse angulaire, tout en produisant autant d’énergie que les systèmes classiques, tournant 10 à 100 fois plus rapidement et qui nécessitent un multiplicateur.

« Le générateur ayant une petite vitesse de rotation doit avoir un plus grand diamètre : le nôtre atteint 8 mètres ! C’est d’ailleurs lui qui donne sa forme ronde à notre nacelle. (ndr : contrairement à celle de la M5000 d’Areva, plutôt rectangulaire) explique Frédéric Hendrick avant d’ajouter : « Pour nous la simplicité est une vertu et un gage de fiabilité. Si vous saviez comme nous sommes contents de ne pas avoir de boîte de vitesses ! »

… avec pour Areva.

eolien-areva

Inutile de chercher longtemps pour comprendre que cette petite pique vise Areva… Le spécialiste de l’énergie utilise pourtant un multiplicateur innovant ne contenant qu’un seul étage. Classiquement, les générateurs atteignent en effet jusqu’à 1500 tours minutes, à partir de rotors tournant 100 fois moins vite. Il faut donc, à l’instar d’une boîte de vitesses automobile, utiliser plusieurs étages de conversion pour transmettre ce facteur 100. Mais Areva a repensé la conception du couple générateur-rotor. « Notre générateur tournant seulement 150 tours/minutes - soit dix fois moins vite que les standards - ne nécessite qu’une boîte à un seul étage. L’équation visée est simple : moins de rotations égale moins de frictions, égale moins de contraintes mécaniques et donc plus de fiabilité. Au final une meilleure disponibilité pour nos clients » se félicite Sébastien Hita Perona, directeur marketing et stratégie d’Areva Wind.

La M5000 semble faire l’affaire puisqu’Areva déclare un taux de disponibilité de 96% (et 15% de productible en plus du prévisionnel) depuis l’installation de six machines sur le site allemand « Alpha Ventus ». « Notre expérience est l’une des clés de notre approche, ajoute Sébastien Hita Perona. Elle nous amène à considérer que l’entrainement direct, qui est une bonne idée par ailleurs, est trop risqué pour ces projets en mer. D’ailleurs cette technologie pose des problèmes de financement… ». Un partout, la balle au centre.

Sus aux pannes

Si l’éolienne proprement dite ne représente «que » 40% du coût total - le reste comprenant les fondations, les câbles, et la transformation de l’électricité - elle concentre la quasi totalité des risques de panne. Ainsi nos deux champions nationaux ont-ils misé sur une fiabilité à toute épreuve. « Plus de 150 composants sont redondants. Par exemple, le moteur permettant d’orienter la nacelle face au vent est doublé. Cette approche est fondamentale car elle permet d’assurer une grande disponibilité des éoliennes sur des sites difficiles d’accès pour la maintenance : en hiver, le risque météo contrarie toute intervention jusqu’à 60% du temps ! » explique Sébastien Hita Perona.

Alstom - Système Pure Torque

Alstom - Système Pure Torque

Même approche chez Alstom. « La redondance nous permet d’appliquer une maintenance dite ‘opportunistique’, c’est-à-dire que nous intervenons dès que possible mais nous produisons toujours de l’énergie en attendant, éventuellement en mode dégradé » précise Frédéric Hendrick. Les deux éoliennes sont pilotées par des SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) dernier cri, incluant le monitoring en temps réel de tous les équipements, la vidéo surveillance et les opérations de maintenance. Autre atout pour l’Haliade 150 : son système « Pure Torque », inventé il y a plusieurs dizaines d’années par la société Ecotècnia, rachetée en 2007 par le groupe français. Ce procédé renvoie les efforts mécaniques indésirables produits par le rotor directement vers le mât (voir illustration). « Cette pièce mécanique dévie tous les efforts de déflexion. Et je vous laisse imaginer leur importance avec un rotor balayant une surface de plus de 17 000 m2 ! Cette technologie soulage le générateur, qui ne reçoit que le couple. In fine, c’est encore plus de solidité, de fiabilité, de disponibilité, et donc de productible » explique Frédéric Hendrick.

Deux beaux projets industriels

« Simple, robuste, efficace » pour Alstom, « expérience et fiabilité » chez Areva, les arguments commerciaux mis en avant par les deux groupes français cachent des technologies de haut vol. Au moment où l’on parle plus que jamais de la ré-industrialisation de la France, voici une belle occasion de chanter Cocorico.

Des bolides toutes options

  • Pas de pale

Le « pas » des pales est piloté en temps réel : chacune pivote sur elle-même pour en contrôler l’incidence dans l’air, indépendamment de ses voisines. Construites en fibre de verre pour les deux modèles, celles d’Alstom contiennent des fibres optiques faisant office de capteurs.

  • Sous pression

L’intérieur des éoliennes en mer (mât et nacelle) est soumis à une légère surpression de quelques dizaines d’hectopascal (rappel : 1 bar = 1000 hpa) afin d’empêcher au maximum la corrosion des équipements. Areva a d’ailleurs déposé un brevet portant sur le traitement de l’air intérieur de la M-5000.

  • Une éolienne par jour

Pour l’installation, Areva utilisera une barge pouvant embarquer six éoliennes d’un coup et prévoit de monter chaque engin en une à deux journées. De son côté, Alstom s’est donné pour objectif d’installer une éolienne en 24 heures. A terre, Areva augmentera ses cadences de fabrication de nacelles grâce à une « mooving line », comme chez les constructeurs automobiles (c’est la nacelle qui se déplace et non les techniciens). Petite différence : la « voiture » pèsera ici 240 tonnes !

  • Single blade ou rotor monté ?

Après avoir essayé d’installer un rotor complet en mer, Areva a finalement opté pour un montage « single blade » : les pales sont assemblées sur site, une par une. Alstom - considérant que la manipulation des pales en mer en cas de vent sera problématique -préfère la méthode « nid » ou « oreilles de lapin » : le rotor muni de deux pales est accouplé à la nacelle à terre (l’ensemble évoque une tête de lapin), la dernière pale étant installée en mer.

  • Un technicien par machine

C’est le ratio de maintenance communément admis par la profession. Alstom ayant refusé de confirmer ce chiffre, on peut penser que le groupe pourrait avoir l’intention de faire encore mieux, ou plutôt moins… Un « bienfait » de l’entraînement direct ?

  • Autoconsommation

Les éoliennes utilisent elles-mêmes de l’électricité pour leur fonctionnement, en quantité négligeable au regard de leur production. N’étant pas reliées au réseau dans ce sens, elles assurent ces besoins par de l’auto-consommation.

A lire aussi : « La stratégie d’EDF EN était la bonne et n’a laissé que peu de place aux autres » (24.04.12)

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Vos réactions

French American Newsletter #43, May 23rd 2012 | The Science Office at the French Consulate in San Francisco | 23.05.12 à 07.58

[...] underneath an offshore wind turbine’s hood ? the answer of Alstom and Areva.  Feed-in-tariff for wind industry depends on the EU court [...]

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