COURS ENERGIE EOLIENNE - L éolien offshore Pierre-Nicolas BIHEL
Le développement international 2
Offshore situation mondiale 91% de la puissance installée en Europe Fort potentiel en Asie et aux USA Un secteur en plein essor Un taux de croissance moyen sur les 8 dernières années de ~20%! 3
Offshore Situation en Europe Un secteur en plein essor Un taux de croissance moyen sur les 8 dernières années de ~20%! Une année 2015 de tous les records : triplement de la puissance installée par rapport à 2014! 4
Offshore Localisation des parcs Un développement très localisé jusqu à présent 5
Offshore Les acteurs principaux Un développement limité à quelques acteurs jusqu à présent 6
De fortes perspectives de développement Puissance mondiale installée sur terre Puissance mondiale installée en mer GW GW 2007 2015 2030 2007 2015 2030 FP&L Horse Hollow, Texas, 300 MW total, 2.3 MW wind turbines Lillgrund, Sweden 110 MW total, 2.3 MW wind turbines 7
Offshore Un très fort potentiel de développement en Europe Une année 2015 exceptionnelle ~25GW de projets potentiels autorisés (2.5x la puissance actuelle installée) Des premiers projets en méditerranée prévus 8
Dimensions des projets actuels Puissance unitaire ~ 4MW Taille moyenne des parcs ~400MW 9
Dimensions des projets actuels Far-shore Eloignement moyen des parcs installés jusqu à 2014 (inclus) : 33m Profondeur moyenne des parcs installés jusqu à 2014 (inclus) : 22m 10
Les avantages et inconvénients de l éolien en mer Les + Les - Gisement éolien supérieur en vitesse et en qualité (vent plus laminaire) Taux de charge (~40%) Taille des parcs Approche «centrale» investissement 2 à 3 fois supérieur à l éolien terrestre Fondations et raccordement Accessibilité Coûts de maintenance LCOE: Levelized Cost of Energy 11 Source: Ernst & Young 2015
Coûts d investissement d un parc offshore Investissement ~2 à 3 fois plus élevés que pour l éolien terrestre Grande variabilité des coûts en fonction de la situation et de la taille du parc Poids relatif du coût machine moins important que pour l éolien terrestre Surcoûts principaux: Fondations Câblages & poste électrique Navires & infrastructures marines Réserves pour risques Source: Garrad Hassan 12
13 Technologie
Quelques machines «phare» du marché offshore Siemens SWT 3.6 120 3.6MW avec multiplicateur #1 100 machines installées La machine offshore la plus installée au monde Vestas 3MW plateform HornsRev1: Le premier grand parc offshore installé en 2002 (80 x V80) Senvion 6MW Thorntonbank(Belgique): 54 Senvion 6M 14
La nouvelle génération de machines à attaque direct Siemens D7 Plateforme 6 and 7MW Attaque directe Areva (Adwen) M5000 5MW Technologie «semidirect-drive» Alpha Ventus6 x M5000 (Allemagne) Alstom Haliade 150 8MW Prototype offshore Belwind(Belgique) 15
Les fondations utilisées dans le offshore A chaque parc son type de fondation: Profondeur d eau Nature du sol Charges liées aux vagues et à la glace Tripode et Jacket 16
Fondations gravitaires Construction à quai Transport par flottaison Terrassement nécessaire Convient bien aux faibles et moyennes profondeurs 17
Fondations monopieu Enfouissement du pieu (~20-30m) après forage ou par battage suivant la nature du sol Pose du raccord entre le pieu et la tour Pose d un enduit de jointement entre le pieu et le raccord pour reprendre les défauts de verticalité Retour d expérience important dans l éolien Transport et pose relativement facile Problème de bruit lors des travaux 18 Pose de la fondation par battage Forage
Fondations tripode et jacket Tripode Jacket Projet Senvion«Beatrice»: Profondeur d eau 45m Dépose de la structure au sol 4 pieux d ancrage battus 34m de pénétration 19 Pour les profondeurs d eau > 30m Jacket : technologie purement «offshore»
Eolien flottant Les + Les - Accéder à des profondeurs supérieures Investir de nouvelles régions (ex: mer méditerranée) Meilleur facteur de charge (jusqu à 60%) Peu d expérience industrielle Coût Montage de l ensemble de l éolienne à quai 20
Eolien flottant Hywind Winflo Floatgen Statoil Siemens DCNS Nass & Wind Ideol (La Ciota) Gamesa Premier projet flottant Flotteur «crayon» Installation 2009 en Norvège 200m de profondeur Etudes en cours pour accueillir une machine de 5MW Site test prévu à Brest Flotteur en béton Amortissement mécanique par réglage du niveau d eau de la piscine Installation prototype prévu début 2016 au Croisic 21
Eolien flottant Vertiwind Windfloat Marubeni Nénuphar Technip Eolienne verticale de 2MW Bon gisement de vent à basse hauteur Gîte acceptable de 15 Plus lourde mais centre de gravité plus bas Flotteur plus léger EDP Renewables Principle Power Flotteur semi-submersible Ensemble dissymétrique Prototype installé à 5km des côtes du Portugal Ferme de 25MW prévue en 2017 Marubeni (Japon) Flotteur semi-submersible centré Prototype de 2MW installé à 20km au large de Fukushima 22
Eolien flottant Lauréat de l appel d offre national sur l éolien flottant (juillet 2016) Quadran: Flotteurs Ideol, réalisation Bouygues TP Eoliennes Senvion 6,2MW Projet Gruissan en Méditerranée: 4 éoliennes de 6,2 MW Eolfi et CGN EE (Chine): Flotteurs DCNS / Vinci Eoliennes GE 6MW 23 Projet sur la zone de Groix en Sud Bretagne: 4 éoliennes de 6MW
Installation de projets en mer Enjeux principaux Stabilité Relocalisation rapide Reproductibilité Grues flottantes utilisées pour les premiers parcs Espace de manœuvre 24 «Jack-up» Navires dédiés à l éolien
Installation de projets en mer Réaliser le maximum des montages et des tests sur terre! Montage de l éolienne «Béatrice» Repower 5M en Angleterre 25
Le raccordement électrique 26
Le raccordement électrique Pertes proportionnelles à i² Limitation des intensités à ~1000A max en AC triphasé 27 Les paramètres de raccordements sont déterminés en fonction de la puissance à transporter et de l éloignement en mer : Niveaux de tension Poste de transformation en mer Nombre de lignes AC vs DC Ex: pour un parc de 200MW, il faut passer en ~200kV sur une ligne, ou 100kV sur 2 lignes Ex parc Fécamp: 500MW sur 2 lignes triphasées de 225kV Pour les longues distances (>60-80km), des liaisons HVDC (courant continu) doivent être utilisées car les câbles produisent trop de réactif en AC (effet capacitif) et les pertes en DC sont inférieures
La pose de câbles sous-marins 28
L avenir des raccordements en haute mer: le HDVC (courant continu) Hub HDVC Borwin1: Premier raccordement éolien en HDVC Allemagne Eloignement des côtes: 130km Mise en service: 2015 Puissance: 400 MW 80 éoliennes 5MW Nb ligne: 1 Tension DC: -+150kV 29 Les principales lignes HDVC en Europe
Le changement d échelle 1990s 2000s 2010-2030 # Pays d installation 3 7 20+ Taille moyenne des parcs éoliens 6 MW 90 MW >500 MW Puissance moyenne installée annuellement 3 MW 230 MW >1.000 MW # Fabricants majeurs 2 3 >8 Puissance moyenne des éoliennes < 0.5 MW 3 MW 5-10 MW Dimension moyenne du rotor 37 m 98 m 125-150 m Profondeur moyenne d eau 5 m 15 m >30 m Clients Utilités Scandinaves Utilités Européennes Utilités, IPPs 30 Production à grande échelle <=> approche «centrale traditionnelle»
Les grandes orientations Des projets plus grands Des projets plus loin des côtes De nouveaux marchés Les projets futurs seront plus complexes en termes de technologie, d installation, de raccordement réseau et de service / opération 31
Les principaux défis Optimiser la technologie pour des parcs de grande dimension Optimiser les techniques d installation et sécuriser les navires Trouver les structures portuaires adéquates pour développer l industrie Optimiser les interfaces projet et les concepts de maintenance/ opération 32
33 La situation nationale
Offshore - France Deuxième gisement éolien en mer d Europe Objectifs du Grenelle de l environnement: 6 000MW pour 2020 3.5% consommation nationale d électricité Près de 3000MW planifiés: Appel d offre 2012: 1928MW Mise en service prévue 2018-2020 Appel d offre 2014: 992MW Mise en service prévue 2023 Du retard, mais un réel décollage 34
Alstom Haliade150 6MW Fabrication pales et des mâts Fabrication des fondations gravitaires Fabrication des génératrices et assemblage des nacelles (~100 machines/an) Centre de R&D en énergies marines Sur un rythme de 100 éoliennes/an -> 1 000 emplois directs et 4 000 indirects en France! 35
Alstom Haliade150 6MW - Lauréat de l appel d offre en France pour 1428MW - Haliade 150 6MW: - 1 machine offshore en opération en Belgique (Belwind) depuis fin 2013 - Rotor 150m de diamètre - Puissance nominale 6MW - Génératrice à attaque directe (Converteam) 36
Aménagement d un dock éolien en cours au port de Saint-Nazaire 37
ArevaWind -ADWEN Joint venture avec Gamesa en mars 2015 -> Adwen Lauréat de l appel d offre en France pour 1 492MW Eolienne dédiée au offshore : M5000-5MW Fabrication des nacelles et des pales à Bremerhaven (Allemagne) 300 personnes actuellement mais en développement Base industrielle en France prévue: 2 Usines au Havre et bureau R&D à Rouen Parc éolien Alpha Ventus (6 x M5000) 38
Exemple: le parc éolien de Fécamp Les acteurs: EDF EN: Développement et exploitation Dong Energie: Spécialiste offshore depuis 20 ans WPD: Développement et études techniques Alstom: Fabricant 83 éoliennes Haliade 6MW Puissance nominale: 486MW Entre 13 et 22km des côtes Profondeur moyenne d eau: 27m 67km² Mise en service prévue: à partir de 2018 39
Le parc éolien de Fécamp Production électrique couvrant la consommation d environ 770 000 personnes (chauffage compris) soit environ de 60% de la population de Seine Maritime ou l équivalent de la ville de Strasbourg avec son agglomération 4 enquêtes publiques (projet éolien, raccordement électrique, base de maintenance, site de fabrication des fondations gravitaires) 2 autorisations administratives: Au titre de la loi sur l eau Concession d occupation du domaine publique maritime 40
Le parc éolien de Fécamp: zone d implantation Limite des eaux territoriales françaises Zone d étude Zone d exclusion visuelle 41 Zone d exclusion technique (radar, extraction granulat) Le parc se situe en dehors de zones de pêches principales de la région
Le parc éolien de Fécamp: Prise en compte des enjeux liés à la pêche 42 Zones d exclusion Pêche autorisée Pêche traînante interdite (mais pose de filets autorisée) Ports du Havre, Fécamp, Dieppe, Le Tréport 131 navires 550 marins pêcheurs Pratique essentiellement les arts trainants (le chalutage ou la drague à coquille Saint-Jacques en hiver) Pêche essentiellement côtière < 20 km des côtes Réalisation d un état initial de la ressource halieutique Etude d impact: Travaux: Augmentation du niveau sonore Travaux: Remise en suspension des sédiments (assez faible car sol peu de vases) Augmentation du champ magnétique à proximité des câbles (-> protection galvanique et enfouissement) Effet récif positif en phase d exploitation Autorisation de pêcher entre les lignes d éoliennes
Le parc éolien de Fécamp en photo Mise en eau et transport du mât de mesures Photomontage depuis la plage d Etretat 43 Navire d installation sur mesure Poste électrique en mer (fabriqué par STX St Nazaire)
Base de maintenance à Fécamp 100 emplois directs 44