RAPPORT 2009 SUR L ÉNERGIE ÉOLIENNE EN ALLEMAGNE OFFSHORE

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1 I N S T I T U T F R A U N H O F E R D E R E C H E R C H E S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E T L A T E C H N O L O G I E D E S S Y S T È M E S É N E R G É T I Q U E S I W E S RAPPORT 2009 SUR L ÉNERGIE ÉOLIENNE EN ALLEMAGNE OFFSHORE établi dans le cadre du projet de recherche»suivi de l exploitation de l énergie éolienne offshore WMEP«Förderer: fondé par: Projektträger: encadré par:

2 Traduit et soutenu par le bureau de coordination d énergie éolienne Édité par: Institut Fraunhofer de recherche sur l énergie éolienne et la technologie des systèmes énergétiques (IWES) Département de l énergie et de l exploitation des réseaux Königstor Kassel / Allemagne Rédaction: Stefan Faulstich, Philipp Lyding, Berthold Hahn, Doron Callies, Renate Rothkegel Droite: Parcs éoliens offshore Samsoe Paul Langrock Droits de reproduction: L ensemble des droits de reproduction, d utilisation d images, de photocopie ou de copie par un procédé proche ainsi que l enregistrement sur mémoire informatique sont la propriété de l Institut Fraunhofer IWES ou de son donneur d ordre, y compris pour l utilisation d extraits de documents. Juin 2010

3 SOMMAIRE Introduction... 4 Activités de recherche de l État fédéral Plates-formes de recherche FINO... 6 alpha ventus Parc d essai d énergie éolienne offshore. 8 RAVE Research at alpha ventus...10 Offshore~WMEP Suivi de l exploitation de l énergie éolienne offshore Conditions externes Parcs éoliens en eaux allemandes Exploitation au niveau international Éoliennes offshore Structures de fondations Intégration au réseau Résultats de l exploitation Rentabilité Annexes Fraunhofer IWES Sources

4 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 4

5 INTRODUCTION Politique énergétique. L exploitation de l énergie éolienne a évolué ces deux dernières décennies de façon très rapide vers une véritable technologie de pointe susceptible de jouer un rôle important dans l'approvisionnement en énergie électrique de demain. Parmi les sources d énergies renouvelables, l énergie éolienne, avec l énergie hydraulique, est aujourd hui la plus utilisée. L exploitation de l énergie éolienne a connu de profonds changements non seulement au niveau de la technologie utilisée mais aussi au niveau des conditions cadre qui la régissent. En Allemagne, la loi sur les énergies renouvelables (EEG) a constitué un instrument extrêmement efficace dans la politique de soutien à la production d électricité à partir d énergies renouvelables, instrument grâce auquel l État fédéral poursuit son objectif qui est de produire, d ici 2020, 25 à 30 pour cent des besoins allemands en électricité à partir d énergies renouvelables. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d exploiter, en plus de l énergie éolienne terrestre, l énorme potentiel que représente l énergie éolienne marine. En 2030, les parcs éoliens offshore allemands installés en mer du Nord et en mer Baltique devront totaliser une puissance de 20 à 25 gigawatts, permettant ainsi de couvrir environ 15 % des besoins allemands en électricité. Dans le cadre de cet objectif, la construction de trois plates-formes de recherche en mer du Nord et en mer Baltique a été initiée par le Ministère fédéral de l Économie et de la Technologie (BMWi) et par le Ministère fédéral de l Environnement, de la Protection de la nature et de la Sûreté nucléaire (BMU). Ces plates-formes doivent permettre de déterminer et d'analyser le potentiel de la production d'énergie éolienne en mer et les risques qui y sont liés. Pour que les installations offshore puissent faire l'objet d'une exploitation commerciale, le gouvernement fédéral a prévu des règlementations spéciales pour les installations éoliennes en mer dans la loi sur les énergies renouvelables (EEG) et a, par ailleurs, fait adopter la loi pour l accélération de la planification des infrastructures. Promotion de la recherche. Le BMU soutient la recherche et le développement dans le domaine de l'exploitation de l'énergie éolienne en mer avec au total 50 millions d'euros. À cela s ajoute le projet-pilote de démonstration et de recherche «alpha ventus», premier parc éolien offshore en Allemagne, achevé en L initiative de recherche intitulée «RAVE Research at alpha ventus» accompagne la construction et l exploitation de ce parc éolien dans le but d acquérir une expérience et une connaissance solide et large devant servir aux projets offshore d avenir. Depuis 2007, le BMU soutient le projet «Offshore~WMEP Suivi de l exploitation de l énergie éolienne offshore». Pour présenter le développement de l exploitation de l énergie éolienne offshore au public et aux représentants politiques, il est absolument nécessaire de mettre à disposition une information transparente et objective sur l évolution des technologies, du marché et des coûts. C est dans le cadre de ce projet Offshore~WMEP (OWMEP) que le présent «Rapport 2009 sur l énergie éolienne en Allemagne Offshore» a été réalisé. En plus d un état des lieux actuel, il propose un retour sur le développement passé de l'exploitation de l'énergie éolienne offshore. Le «Rapport sur l énergie éolienne en Allemagne» paraît régulièrement et une édition spéciale consacrée à l'offshore est publiée cette année. L objectif de ce rapport est de présenter la situation actuelle de l'exploitation de l'énergie éolienne offshore en Allemagne et dans le monde. Pour plus d informations, veuillez consulter le portail internet de «Windmonitor» (www.windmonitor.de). Le parc d énergie éolienne offshore Nysted Siemens archive des images 5

6 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 6

7 PLATES-FORMES DE RECHERCHE FINO Recherche en mer du Nord et en mer Baltique Domaines de recherche à approfondir. Pour parvenir à l objectif fixé par le gouvernement fédéral, il est nécessaire de déterminer et d analyser le potentiel et les risques liés à l'exploitation de l'énergie éolienne en mer. Dans le cadre des projets de parcs éoliens offshore prévus, des plates-formes sont érigées en mer du Nord et en mer Baltique. Elles sont financées par le Ministère de l'environnement, de la Protection de la nature et de la Sécurité nucléaire (BMU), qui est représenté par le centre de recherche Jülich GmbH (porteur du projet: Jülich PTJ). Objectifs et résultats. Les plates-formes de recherche ont pour but de réduire les risques lors de la réalisation de parcs éoliens offshore envisagés et d en accélérer le développement. Pour ce faire, il faut parvenir à une conception de l exploitation de l énergie éolienne en mer du Nord et en mer Baltique qui soit efficace, respectueuse de l environnement et compatible avec les réseaux de transport. Ces plates-formes ont pour mission d améliorer les connaissances sur les conditions météorologiques et hydrographiques en mer et de déterminer les impacts concrets des installations éoliennes offshore sur la faune et la flore marines. De nouveaux résultats sont également attendus pour fournir des données dans le domaine des structures de fondations, des charges de vent, de l intensité de la foudre, de l alimentation et dans plusieurs autres domaines d innovation encore. Les plates-formes de recherche vont contribuer à améliorer significativement les données actuellement disponibles. Mais elles vont surtout permettre aux petites et moyennes entreprises de se constituer des références et de démontrer leurs performances en conditions réelles. d autres instruments sont également installés au niveau de la structure de la plate-forme. Les données de mesure sont collectées depuis FINO2. Le site se trouve en mer Baltique à environ 39 km au nord de l île de Rügen, dans le parc éolien en hauts-fonds (à une profondeur d environ 20 mètres) de «Kriegers Flak». L Office fédéral pour la navigation maritime et l hydrographie (BSH) a autorisé en avril 2005 la construction de ce parc éolien offshore dans cette zone limitrophe. Depuis le mois d août 2007, des mesures y sont enregistrées à des hauteurs de 30 et 80 mètres. FINO3. La troisième plate-forme de recherche est construite à une profondeur d environ 23 mètres à environ 80 km à l'ouest de la presqu île de Sylt, à la limite de la zone potentielle de développement des éoliennes, au large de la côte de la mer du Nord du Schleswig-Holstein. Sa mise en service a eu lieu fin août Dans les zones proches se situent les parcs éoliens offshore autorisés Sandbank 24, Nördlicher Grund, Dan Tysk et OSB Butendiek qui représentent une puissance d'environ 1500 mégawatts avec un total de 320 éoliennes. FINO1. La station de mesure est située à proximité immédiate du site du premier parc éolien offshore allemand et du parc d essai alpha ventus, à environ 45 km au nord de Borkum et à une profondeur d'environ 30 mètres. La plate-forme est équipée d'un mât de mesure du vent d'une hauteur de 100 m audessus du zéro hydrographique. Des capteurs de mesure et Figure 1: Sites des plateformes Fino Forschungs- und Entwicklungs zentrum Fachhochschule Kiel GmbH 2009 La plate-forme de recherche-offshore FINO 1- Hélicoptère-Landedeck BMU, Thomas Härtrich 7

8 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 8

9 ALPHA VENTUS Le premier parc éolien offshore allemand et parc d essai d énergie éolienne offshore Un projet ambitieux. Le parc éolien offshore alpha ventus est un projet pionnier mené conjointement par les sociétés EWE, E.ON Climate & Renewables et Vattenfall Europe Windkraft. Premier parc éolien allemand, alpha ventus a été érigé à 45 km au nord de l'île de Borkum, à l extérieur de la zone des 12 milles nautiques, dans la zone économique exclusive allemande (ZEE) et à une profondeur de 30 m. Le parc est soumis aux conditions offshore réelles en haute mer. À l heure actuelle, alpha ventus est, au niveau international, le parc éolien offshore raccordé au réseau le plus distant de la côte. L autorisation de la construction d un parc éolien sur ce site a été délivrée par l'office fédéral allemand pour la navigation maritime et l'hydrographie (BSH) sous le nom «Parc d essai de Borkum ouest» (Testfeld Borkum West). Les travaux de construction d'alpha ventus ont débuté en La station de transformation offshore a été installée au point d angle sud-est du parc éolien. La pose des câbles sous-marins destinés au raccordement du parc éolien au réseau allemand a également déjà été effectuée. La construction des douze éoliennes ainsi que des six installations des fabricants AREVA Multibrid et REpower a commencé miavril Une première étape importante a été franchie le 1 er juin 2009 avec l ancrage des six fondations tripodes destinées aux installations d AREVA Multibrid. Le 15 juillet 2009, la première éolienne offshore d Allemagne a été achevée, ce qui constitue un premier succès marquant pour le projet pionnier alpha ventus. À peine un mois plus tard, trois installations en phase dite «d ajustement» ont injecté dans le réseau allemand les premiers kilowattheures. Depuis le 8 juin, les travaux de fondation des six installations de la société REpower sont menés en parallèle. L achèvement des travaux est prévu pour la fin de l année Des expériences uniques. Ce parc éolien permet d acquérir des expériences en vue de l exploitation commerciale future de l énergie éolienne offshore en Allemagne, laquelle se distingue nettement des autres pays par sa capacité à produire de l'énergie à une grande distance des côtes. En plus de la plus grande distance à la côte, alpha ventus détient un autre record mondial grâce à la grue semi-submersible «Thialf». C est la grue semisubmersible de haute mer la plus performante employée dans l'industrie offshore. Elle comporte deux grues qui fonctionnent en double course avec une capacité de levage totale de tonnes. Elle a une longueur de 200 m et une largeur de près de 90 m, ce qui correspond à la surface de deux terrains de football. Figure 2: Site des installations du parc éolien offshore alpha ventus Photographie de presse alpha ventus Segment supérieur de la tour, nacelle et croisillon des pales de rotor pour la première éolienne offshore d Allemagne. alpha ventus-archive des images 9

10 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 10

11 RAVE RESEARCH AT ALPHA VENTUS Chercher, développer et tester pour relever ensemble un défi ambitieux Premier parc éolien offshore en Allemagne, alpha ventus est un projet de démonstration et de recherche qui doit être le déclic pour le lancement de l exploitation de l'énergie éolienne en mer du Nord et en mer Baltique. Les objectifs liés au projet RAVE, initiative de recherche du BMU, sont la diminution des coûts, l augmentation du rendement, une disponibilité plus élevée des éoliennes, l'amélioration des technologies des installations, la recherche évaluative écologique ainsi que l'optimisation technologique des installations du point de vue de leur impact sur l'environnement. Le BMU a doté le projet RAVE d un budget global de 50 millions d euros. Dans les pages suivantes, les projets de recherche sont présentés individuellement en fonction de leur thématique. Avoir des bases solides. Deux fondations d acier venant d être développées sont utilisées dans le parc éolien offshore alpha ventus. D un côté un tripode, c est-à-dire une construction tubulaire soudée en forme de trépied ouvert et d un autre côté, une fondation jacket (treillis tubulaire) dont la structure en grille nécessite de nombreux tubes et nœuds de même type. À cela s ajoute le projet «RAVE Foundations» qui a pour but d étudier les effets du vent, des vagues et du fonctionnement de l installation sur les fondations. À travers un concept de dimensionnement global, le projet «RAVE GIGAWIND» vise à poursuivre l amélioration des structures portantes pour qu elles puissent faire l objet d une exploitation commerciale. Le sol marin envisagé comme terrain de construction fait lui l objet d une étude plus approfondie dans le cadre du projet «RAVE Geology». Exploiter les nouvelles technologies et les potentiels d optimisation. Les expériences et les connaissances tirées de la planification, de la construction et du fonctionnement du parc d essai alpha ventus doivent être mises à contribution pour le développement et l optimisation de la technologie éolienne. Le projet RAVE REpower Blades concerne particulièrement les pales de rotor, le projet RAVE REpower Components se concentre sur les interactions dans le système complet et le projet RAVE Multibrid M5000 Improvement est destiné à l amélioration de composants spécifiques. RAVE OWEA est un projet qui vise, à travers la vérification d aspects-clé, une conception et un fonctionnement raisonné des éoliennes offshore RAVE LIDAR étudie la possibilité de mettre en place de nouveaux procédés pour mesurer le comportement du vent (LIDAR Light Detection and Ranging) sur des installations offshore. Le projet étudie en outre les améliorations possibles à apporter à la gestion des installations. Enfin, le projet de suivi RAVE Offshore WMEP doit permettre l enregistrement et l analyse des données de fonctionnement pour pouvoir déterminer des éléments tels que l influence de conditions météorologiques particulières, les rendements énergétiques ainsi que les heures de pleine charge, les périodes d interruption, le prix de l électricité, la disponibilité, la maintenance et le raccordement au réseau. Transporter l électricité vers et à travers le continent de façon sûre. L énergie électrique produite par les parcs éoliens offshore doit ensuite être conduite par câbles sous-marins vers le continent. Il existe pour cela des lignes de transport de courant continu haute-tension (HVDC). Une fois ces transports effectués, il est nécessaire de réaliser des raccordements très performants vers les grands centres de consommation. Le projet RAVE Grid Integration doit permettre de développer, d implémenter et de démontrer les stratégies efficaces pour une intégration de l énergie éolienne offshore dans le réseau de transport allemand. L objectif est de réduire l'énergie d ajustement et l énergie en réserve nécessaires à l aide de nouveaux systèmes de prévision de puissance éolienne tout en garantissant une disponibilité et une sécurité élevées du réseau d interconnexion. Levage du alpha ventus picture library 11

12 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E Ne pas perdre des yeux la nature. La recherche évaluative écologique menée dans le cadre du projet RAVE Ecology vise à obtenir des informations sur les impacts liés à la construction et au fonctionnement des éoliennes sur l'environnement marin, par exemple sur le benthos., les poissons, les oiseaux séjournant dans la région, y compris les oiseaux migrateurs, ou encore sur les mammifères marins. Destiné à offrir une base solide à la planification des constructions offshore de demain, le projet RAVE Geology a pour point central la définition et l évaluation de la dynamique des sédiments ainsi que l estimation de la liquéfaction potentielle des sols de la partie supérieure des fonds marins dans la zone des installations (phénomène d affouillement). Le projet RAVE Operational Noise doit déterminer les émissions sonores sous-marines liées au fonctionnement des différentes installations dans des types de situation variés, ainsi que la nuisance sonore totale subie par les animaux marins, notamment par les mammifères. Le projet RAVE Noise Reduction étudie les possibilités de réduire les émissions sonores pendant la phase de construction en utilisant l effet amortissant de l eau. L amélioration de la sécurité des parcs éoliens et du trafic maritime, tout particulièrement en ce qui concerne les sous-marins, fait l objet d un projet de recherche intitulé RAVE Sonar axé sur l intégration technique des transpondeurs acoustiques dans le concept complet du système. Figure 3: Points de mesure et de sonde sur une installation du parc éolien offshore alpha ventus. Jauge de déformation Capteurs de pression de l eau Capteurs d accélération Données météorologiques / Capteurs acoustiques USA, LIDAR Sondes hydrographiques SCADA Échosondeurs Corrosion Caméra vidéo, radar 12 Coordonner les activités, communiquer les résultats. Le projet RAVE comprend des activités scientifiques très variées assumées par les fabricants d installations, les opérateurs et les instituts de recherche. L Institut Fraunhofer de recherche sur l énergie éolienne et la technologie des systèmes énergétiques (IWES) mène un projet de coordination par lequel les projets de recherche individuels peuvent être connectés les uns aux autres et avoir une visibilité. La mission la plus importante de ce projet consiste à prévoir pour les projets associés un programme commun et cohérent. Pour pouvoir tirer profit de cette synergie et améliorer la qualité des résultats, un concept de travail en commun des différents projets a été collégialement développé sur le parc d essai.

13 Chercher, développer et tester pour relever ensemble un défi ambitieux Le projet RAVE Description La gestion du projet RAVE alpha ventus Développement, construction et exploitation de alpha ventus DOTI GmbH & Co. - Société allemande de parc d essais et d infrastructure offshore RAVE Coordination Organisation des travaux de recherche en cummun Fraunhofer IWES, DEWI - Institut allemand de l énergie éolienne RAVE Measurement Réalisation des mesures et gestion des données BSH - Office fédéral allemand pour la navigation maritime et l hydrographie RAVE GIGAWIND RAVE Foundations RAVE REpower Components Concept de dimensionnement global des structures portantes des installations offshore au moyen des mesures dans le parc test offshore alpha ventus Construction de fondations des installations sous une charge cyclique Développement et optimisation des composants des installations offshore par rapport aux coûts, à la longévité et à la qualité des services Université de Leibniz à Hanovre BAM - Office fédéral pour la recherche et l'examen des matériaux REpower Systems AG RAVE REpower Blades Développement économique et rentable des pales de rotor REpower Systems AG RAVE Multibrid M5000 RAVE LIDAR RAVE OWEA Amélioration innovante, construction et test des intallations offshore Multibrid M5000 en conditions offshore difficiles Développement des mesures LIDAR du comportement du vent sur les installations offshore Vérification, conception et fonctionnement raisonné des éoliennes offshores Multibrid GmbH Université de Stuttgart Université de Stuttgart RAVE Offshore WMEP Suivi de l exploitation de l énergie éolienne offshore Fraunhofer IWES RAVE Grid Integration Intégration au réseau des parcs éoliens offshore Fraunhofer IWES RAVE Operational Noise RAVE Ecology RAVE sonar transponders RAVE hydro sound alpha ventus Déterminer les émissions sonores sous-marines liées au fonctionnement des différentes installations offshore Recherche écologique: recherche évaluative des standards des concepts de vérification du BSH Ce projet est axé sur l intégration technique des transpondeurs acoustiques dans le concept d ensemble du système Recherche sur les mesures de réduction des ondes acoustiques sous-marines Université de Flensburg BSH - Office fédéral allemand pour la navigation maritime et l hydrographie Université de Leibniz à Hanovre Université de Leibniz à Hanovre Tableau 1: Les projets de recherche de l initiative RAVE 13

14 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 14

15 4,0 3,6 3,8 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 4 3,5 2, , ,5 7 year of operation 8 4 year of 0,5 2,5 9 5 production 1 Nabe & Getriebe & Blätter 10 & Hydraulik & Triebstrang & Tragende Teile 0,4 2 0,5 0,3 0 1, ,2 1 0,1 0, Year of operation Gesamt tragende teile Windnachführung Hydraulik Antriebsstrang Bremse Getriebe Regelung Sensoren Elektrik Generator Blätter Nabe Regelung Windrichtungsnachführung Sensoren Bremse Generator Elektrik Windgeschwindigkeit [m/s] OFFSHORE~WMEP Suivi de l exploitation de l énergie éolienne offshore Suivi. L exploitation de l énergie éolienne est à la base du développement des hautes technologies de l offshore. En raison des particularités des sites en mer, de nouveaux défis vont se présenter à l exploitation de l énergie éolienne. La réponse aux hypothèses de base liées à ces défis passe par un programme scientifique cadre, (le programme de mesure et d'évaluation offshore : «Offshore~WMEP»). Pour constituer une large base statistique à des fins d'évaluation et obtenir ainsi des résultats ayant valeur de preuve, il est nécessaire d intégrer si possible l'ensemble des parcs éoliens allemands dans ce programme. Catalogue de données. Toutes les données issues du travail en commun des opérateurs, des fabricants, des chercheurs et de tous les autres participants au projet doivent être saisies et analysées. Les participants au projet mettent donc leurs données à la disposition d une base de données gérée par l IWES de façon confidentielle, permettant d effectuer des analyses, fondées scientifiquement, des installations et de leurs composants, ainsi que des performances des parcs éoliens offshore. Cette base de données sert ensuite au suivi général du projet où les résultats spécifiques des fabricants, des opérateurs et des installations elles-mêmes sont publiés de façon anonyme. L OWMEP participe ainsi activement aux décisions actuelles prises par l'industrie éolienne sur les développements technologiques et la politique à mettre en œuvre. Le projet Offshore~WMEP prévoit jusqu en août 2010 une phase d'harmonisation du catalogue de données et d'évaluation, ainsi qu une mise au point du concept de confidentialité lié à l'ensemble du projet. Les évaluations publiées dans ce «Rapport 2009 sur l énergie éolienne en Allemagne Offshore» sont issues de sources publiques et n entrent pas encore dans le cadre du concept. À l avenir, des données anonymes et ayant fait l objet d une classification doivent également être présentées dans le cadre du projet Offshore~WMEP. Contenu de la recherche. Les domaines des recherches menées dans le cadre du projet Offshore~WMEP, notamment au niveau des particularités des technologies offshore et de leur potentiel de développement, sont entre autres : Conditions spécifiques aux sites offshore (quantité de vent, profils de vents, situations météorologiques particulières, turbulences, marées, ) Étapes de la mise en place des installations (planification, autorisation, durée, frais et coûts d installation, techniques de transport et de construction, ) Rendements énergétiques (heures de pleine charge, évolution en cours d année, fluctuation de la puissance, variations momentanées, arrêt de la production en cas de tempête, ) Fiabilité des installations (fréquence des pannes des installations et de leurs composants, dommages particuliers, paramètres de fiabilité, ) Fiabilité des parcs éoliens (impacts des situations météorologiques particulières, nuisances, défaut d accessibilité, manque de pièces détachées, problèmes logistiques, ) Potentiels des différents concepts d installations Avantages et inconvénients des divers concepts de maintenance Investissements et coûts d exploitation Données de base = MDA Rotor System = UMD Structure = MK Generator System = MDK Drive Train Base de données Données d événement EMS-1: Kind of event e.g. 011B3 maintenance EMS-6: Cause of failure e.g lightning EMS-12: Urgency of measures e.g. 121BA imme Données de résultat Le parc d énergie éolienne offshore Horns Rev Vestas Central Europe Figure 4: Structures des données annual failure rate failure rate [1/year] Häufigkeit eingetretener Schäden 15

16 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E 16

17 CONDITIONS EXTERNES Les principaux défis à relever: vent fort, humidité, profondeur, violence des éléments Contexte. En offshore, les conditions externes de fonctionnement ont une signification bien plus prépondérante qu à terre. Elles influent positivement sur les rendements mais d'un autre côté, elles pèsent sur les charges auxquelles sont soumises les installations et nuisent à la faisabilité des travaux de maintenance. La vitesse du vent joue un rôle déterminant pour le rendement de l'installation. En ce qui concerne les charges auxquelles sont soumises les installations, deux facteurs influent principalement : d une part, les caractéristiques du vent, d autre part, les paramètres hydrographiques tels que les vagues ou les courants. Les travaux de maintenance et de réparation sont définis, pour l essentiel, en fonction de l accessibilité du parc éolien et du matériel qu il est possible d utiliser sur place, comme les bateaux à grue. Vent. Les conditions de vent diffèrent d une année sur l autre sur les sites terrestres aussi bien qu offshore. Sur le site de la plate-forme de recherche FINO 1 en mer du Nord, l année 2008 a été marquée par un vent significativement plus fort que sur la période À une hauteur de 100 m, la vitesse moyenne du vent s est élevée à 10,4 m/s soit environ 4 % de plus que la valeur moyenne de 10,0 m/s enregistrée les années précédentes. Comme à terre, la vitesse du vent offshore est plus grande en hiver qu en été. La figure 5 montre que, par rapport aux dernières années, en 2008 la vitesse du vent a été supérieure en début d année et pendant les mois d été, de juin à août. En revanche, la valeur du mois de décembre 2008 est inférieure à la moyenne enregistrée les années précédentes. Les données enregistrées selon les heures de la journée (cf. fig. 6) indiquent que sur une journée moyenne, la vitesse du vent a légèrement diminué sur le site offshore de FINO 1. Avec des vents globalement plus forts sur l ensemble de l année, l enregistrement pour 2008 de la vitesse du vent selon les heures de la journée fait également apparaître des valeurs supérieures à celle des années précédentes. Navires de pose d éoliennes à Horns Rev Vestas Central Europe Figure 5: Valeur mensuelle moyenne de la vitesse du vent en 2008 comparée à la période (le mois de janvier 2008 n est pas représenté car la disponibilité des données est inférieure à 75 %) Figure 6: Moyennes horaires en 2008 comparées à la période (données de temps en temps universel) Remarque sur les données de mesure : L enregistrement des données sur les plates-formes de mesure FINO 1 et FINO 2 est financé par le BMU (Ministère de l Environnement, de la Protection de la Nature et de la Sécurité nucléaire) à travers le porteur de projet Jülich (PTJ). Les données météorologiques de FINO 1 ont été enregistrées par le DEWI (Institut allemand de l énergie éolienne) et les données océanographiques par le BSH (Office fédéral allemand pour la navigation maritime et l hydrographie), ces données ont été hébergées dans la base de données FINO du BSH. Les données météorologiques du site FINO 2 ont été enregistrées par WIND-consult et publiées dans la base de données FINO du BSH. 17

18 R A P P O R T S U R L É N E R G I E É O L I E N N E E N A L L E M A G N E O F F S H O R E Figure 7: Comparatif de la fréquence de distribution des vitesses de vent enregistrées au niveau des anémomètres sur mât sur les sites de FINO 1 et de FINO 2 La figure 7 représente un comparatif des distributions de fréquence des vitesses du vent des deux stations de mesure pour l année Seules ici sont prises en compte les valeurs moyennes des 10 minutes pendant lesquelles les données de la vitesse du vent enregistrées par les anémomètres sur mât des deux stations sont disponibles (FINO 1: à 100 m de hauteur, FINO 2: à 102 m de hauteur), ce qui correspond en tout à environ 86 % de disponibilité des données. Il apparaît que sur le site de FINO 1, les vitesses de vent sont le plus souvent comprises entre 15 et 20 m/s et entre 3 et 8 m/s en revanche sur le site de FINO 2. La valeur moyenne de la vitesse du vent qui s élève à 10,5 m/s sur le site de FINO 1 est donc sensiblement plus haute que celle du site de FINO 2 (10,1 m/s). La différence est encore plus claire au regard des maximales des valeurs moyennes enregistrées sur 10 minutes. Avec 31,5 m/s, FINO 1 dépasse de 4,5 m/s FINO 2 (27,0 m/s). Les directions dominantes du vent des deux stations se présentent de manière assez semblable, comme le montre la comparaison pour Ce sont la plupart du temps des vents ouest à sud-ouest qui soufflent sur la zone. D autre part, l année 2008 se différencie nettement des années précédentes par le fait que les vents d est ont été encore moins forts (cf. fig. 8). Figure 8: Comparatif de la mesure d orientation du vent à une hauteur de 90 m sur les sites de FINO 1 et FINO 2 Vagues. Les hauteurs de vagues significatives mesurées de 2004 à 2007 sur le site FINO 1 par la bouée de mesure sont partiellement incomplètes, c'est pourquoi en dépit de la longueur de la période de mesure courant sur 4 années, les résultats obtenus comportent une part d'incertitude. Les hauteurs de vagues significatives le plus fréquemment enregistrées sont d environ 0,5 m (cf. fig. 9). La représentation linéaire de leur fréquence cumulée montre que la hauteur des vagues est à 95 % du temps inférieure à 3 m, à 80 % inférieure à 2 m et même presque à 50 % inférieure à 1 m. L accessibilité aux éoliennes offshore dépend en grande partie de la hauteur des vagues, elle n'est souvent plus assurée à partir d'un niveau de 1,5 m. La Figure 9 (à gauche): Distribution de la fréquence des hauteurs de vagues significatives de 2004 à

19 Les principaux défis à relever: vent fort, humidité, profondeur, violence des éléments valeur maximale de hauteur significative de vagues enregistrée sur 30 minutes s élève à 9,77 m. Ces chiffres sont prépondérants pour la conception des systèmes d accès dans la mesure où, à partir d une certaine hauteur, les bateaux de service ne peuvent plus s arrimer à l éolienne offshore et les techniciens ne peuvent plus débarquer. La direction des vagues sur le site de FINO 1 est principalement nord-nord-ouest puis ouest (cf. fig. 10). Les vagues orientées nord-nord-ouest sont essentiellement dues à la houle venant de l Atlantique alors que les vagues orientées ouest sont des vagues de mer du vent. Courants. La vitesse des courants sous les mouvements visibles des vagues dépend de la profondeur de l eau. Sur le site de FINO 1, le profil de la vitesse du courant montre que de façon typique la vitesse du courant diminue proportionnellement à la profondeur de l eau (cf. fig. 11). La vitesse de courant moyenne qui est d environ 0,6 m/s pour une profondeur de 2 m baisse quasiment de moitié à environ 0,3 m/s pour une profondeur de 30 m. C est dans la zone située entre 0 et 10 mètres au-dessous de la surface de la mer que la réduction de la vitesse est la plus importante. Les vitesses de courant maximales atteignent 1,8 m/s à 2 m de profondeur et à 10 m, il est possible d'enregistrer des vitesses allant jusqu'à 1,4 m/s. Entre 20 et 30 m, les conditions de courant ne varient plus de façon si nette. À ce niveau, les valeurs maximales ne s établissent qu à 0,7 m/s. À 10 m de profondeur, les orientations des courants dominants sur le site de FINO 1 sont de 240 à 280 et de 60 à 100 (cf. fig. 12). Ce sont les marées qui sont à l origine de l orientation contraire de ces courants. L'orientation des courants ne varie quasiment pas à des profondeurs plus importantes. Seuls les courants dominants orientés à l ouest sont légèrement déviés vers le sud à une profondeur de 30 m. Il en est de même pour les courants orientés à l'est. Figure 10: Orientation des vagues sur le site de FINO 1 Profil linéarisé de la moyenne de vitesse du courant Profil linéarisé du maximum de vitesse du courant Vitesse du courant [m/s] Figure 11: Vitesse du courant à différentes profondeurs d eau sur le site de FINO 1 Figure 12 (à droite: Orientation du courant à différentes profondeurs d eau sur le site de FINO 1) 19

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