EOLIENNES OFFSHORE Perspectives Techniques Bilan environnemental Eoliennes Offshore Présentation Agrion 27 Janvier 2010
Généralites (2008) Energie du vent: 1 à 2% de l'énergie solaire, 50 à 100 fois plus que l'énergie convertie en biomasse. Mais elle est très diluée. Croissance très forte de l'énergie éolienne dans le monde: 120 GW installé fin 2008 dont 66 GW en Europe, 4,2% consommation d'électricité, 143 GW attendus fin 2009 Allemagne 24 GW, 7,5% consommation (+ 9%), Espagne 16,7 (11%), Danemark 5 (17%), France: 3,4 GW (1%, +38%). 2
Généralités Sur une surface d'un m2, une vitesse de vent de 10 m/s développe une puissance spécifique de 615 W. Loi de Betz: au maximum 59% de cette énergie peut être récupérée. Dans la réalité l'énergie récupérée se situe entre 30 et 40%. Le rendement énergétique est fonction de la vitesse du vent au cube. Très grande importance du site, de la distribution de vitesse sur l'année. Le coefficient de charge est en moyenne de l'ordre de 25% à terre, 35% en offshore. Une éolienne de 2 MW alimente en électricité environ 4000 personnes (hors chauffage), soit une production annuelle de 4 à 5 millions de kwh. 3
Eolienne - Structure Les pales La nacelle Le mat Les fondations Le raccordement 4
Les pales Captent mécaniquement l'énergie du vent. Fabriquées en matériaux composites, fibres de verre, fibres de carbone: légèreté, résistance. Efforts appliqués: moments de flexion, torsion; traction; effets gyroscopiques; fatigue; raccordement Orientables. Le transport limite les dimensions à terre. 5
Nacelle Supporte et régit les orientations des pales. Oriente l'axe en fonction du vent. Transforme l'énergie mécanique en énergie électrique compatible avec le réseau, via un générateur, une électronique de puissance, et un multiplicateur : -machines asynchrone avec double alimentation; -machines synchrones à électronique de puissance. 6
Autres Le mat: Tubulaire, plus haut possible (l'énergie disponible augmente rapidement). Fréquences propres! Le raccordement électrique: Peut nécessiter le renforcement du réseau pour les grandes fermes éoliennes, voire créer des lignes (cas de l'offshore en France). 7
Taille des turbines Projection de taille des turbines vue par l'ewea 8
Eolien offshore Onshore saturé; plus de vent en mer; hors environnement visuel; éoliennes de plus grande taille; Forts développements prévus. Coûts supérieurs: investissement aujourd'hui double pour 50% de vent en plus. Entretien beaucoup plus difficile. Problème français: deuxième gisement d'europe après GB, mais la profondeur augmente plus rapidement qu'en Mer du Nord; raccordements au réseau; obstacles réglementaires et conflits d'usages. 9
Eolien offshore Gisement de vent Europe 10
Eolien offshore Prévisions d'investissement éolien onshore / offshore 2000-2030 (source: EWEA) 11
Eolien offshore Scénario optimiste baisse des coûts Eolien Onshore et Offshore pour 2050 12
Eolien offshore peu profond Economiquement c'est sur le littoral que la rentabilité de l'éolien est la meilleure Mais conflits d'usages. En offshore peu profond le mat est ancré dans le sol et c'est la force des vagues qui est dimensionnante. Le coût de rachat du kwh passe de 5 à 8 c à terre à 13 c en mer. 13
Eolien offshore profond Il devient nécessaire de recourir aux systèmes flottants à partir de quelques dizaines de mètres de profondeur. Les technologies sont inspirées des technologies pétrolières (à gauche type Spar; à droite type PLT). Les norvégiens envisagent des champs d'éoliennes par grande profondeur d'eau. 14
Eolien offshore profond Le design d'une éolienne flottante est très complexe, d'autant qu'il y a des interactions entre l'éolienne et son support. L'industrie pétrolière maîtrise parfaitement l'aspect support flottant. Les coûts engendrés risquent d'être importants. Eoliennes géantes? 15
Eolien et CO2 Analyse de cycle de vie: Un kilowattheure éolien génère entre 3 et 22 g de CO2 (source EDF) contre 6 pour le nucléaire, 750 à 1100 pour une centrale à charbon. Pour un aérogénérateur de 2 MW la dette énergétique est remboursée en 8 à 9 mois pour une durée de vie de 20 ans. En 2008 l'éolien a sauvé 157 MT CO2, 16% de l'objectif de Kyoto En offshore, notamment profond, l'investissement est plus lourd (structure, installation) et se traduira par un bilan CO2 plus important qu'à terre. 16
Eolien et CO2 / mix énergétique Mais le gain en CO2 induit par l'éolien dépend avant tout du mix énergétique dans lequel il s'insère. Dans la plupart des grands pays du monde (Etats Unis, Allemagne, Chine...) l'électricité est produite en grande partie par du charbon, fortement producteur de CO2. Il est clair que la production éolienne permet alors de sauver l'émission de grandes quantités de CO2. Mix énergétique électrique Etats Unis 2007 17
Eolien et CO2 / mix énergétique Dans d'autres pays, dont la France, le mix énergétique nucléaire ou hydroélectrique produisant l'électricité n'émet pas de CO2 et donc les gains sont nuls ou très faibles. En France l'éolien devrait permettre toutefois d'économiser du combustible fissile et des déchets nucléaires. 18
Eolien et CO2 / intermittence La production d'électricité d'origine éolienne est toutefois intermittente et souvent décalée par rapport à la demande. Puissance moyenne délivrée en 10 mn par une ferme éolienne 19
Eolien et CO2 / intermittence Lorsque l'éolien ne souffle pas il peut être remplacé par de l'hydraulique (dans ce cas il reste vert, cas des échanges entre le Danemark et la Norvège). Mais le plus souvent il est remplacé par des centrales à flammes ou des turbines à gaz, dont la mise en service s'accompagne de fortes émissions. Le bilan des éoliennes en est diminué, mais reste largement positif dans les pays dont le mix énergétique électrique est fortement carboné. Dans le cas de la France une puissance éolienne très importante (>15 GW) nécessiterait, compte tenu des impératifs de fonctionnement du nucléaire, un accroissement du recours aux combustibles fossiles (notamment TAG) et donc se traduirait par une augmentation de l'émission de gaz à effet de serre (conclusion de l'académie des Technologies). 20
Eolien et CO2 / intermittence L'introduction de grande quantité d'électricité d'origine éolienne intermittente et décalée par rapport à la demande va nécessiter des modifications importantes dans le fonctionnement des réseaux électriques. Une autre solution d'avenir, le stockage d'énergie? STEP, CAES, batteries, hydrogène... 21
MERCI DE VOTRE ATTENTION 22