Un inventeur d'éoliennes voit un potentiel illimité dans les parcs éoliens flottants

Éoliennes offshore en mer
Photo de fichier: Shutterstock / Teun van den Dries

Par Will Mathis (Bloomberg) – L'inventeur de turbines Henrik Stiesdal est petit à l'ombre de gigantesques courbes d'acier, regardant les ouvriers souder des tours qui seront ancrées au fond marin. Cette usine dans la campagne danoise a produit des milliers de mâts pour éoliennes dont les pales peuvent s'étirer sur plus de 500 pieds. C'est une contribution importante à une révolution éolienne mondiale qui fournit de l'électricité à des millions de foyers dans le monde.

L'usine va bientôt entreprendre une nouvelle tâche, fabriquer des composants pour un autre type de turbine, conçue par Stiesdal, qui saute en haute mer. Ces structures promettent de mettre les rafales fortes et constantes qui soufflent sur les eaux profondes à portée de main pour la première fois. Les turbines qui se trouvent maintenant autour du Danemark, de l'Angleterre et des autres côtes de la mer du Nord sont conçues pour les eaux peu profondes et nécessitent de grandes structures sous-marines pour les fixer en place. «Les endroits normaux n’ont pas d’eau peu profonde près des centres de population – ils ont de l’eau profonde», explique Stiesdal, inventeur de turbine légendaire et ancien cadre de certaines des plus grandes sociétés éoliennes d’Europe. Cette situation rend de nombreux endroits côtiers impropres à l'énergie éolienne. "Nous pourrions alimenter la Californie plusieurs fois avec leur ressource offshore", dit-il, "mais tout doit flotter."

Si la prochaine génération de parcs éoliens peut flotter et si les coûts peuvent être maintenus bas, cela pourrait inaugurer une ère d'énergie presque illimitée et sans émissions. L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que les éoliennes flottantes pourraient aider à fournir suffisamment d’électricité pour répondre aux besoins mondiaux en électricité 11 fois, sur la base de la demande prévue en 2040.

À 63 ans, Stiesdal a franchi toutes les étapes de l'évolution moderne de l'énergie éolienne. Jeune homme, il a conçu la première turbine et a ensuite participé à l'introduction du premier parc éolien offshore, créant ce qui est maintenant l'une des formes d'énergie renouvelable à la croissance la plus rapide. Selon les données de BloombergNEF, il a vu la capacité éolienne mondiale passer de pratiquement rien en 1978 à plus de 600 gigawatts aujourd'hui.

Éolien offshore flottant

À la fin de 2019, environ les trois quarts de la capacité offshore mondiale se trouvaient en Europe, principalement regroupés au Royaume-Uni et en Allemagne. Cette domination régionale doit en partie à la faible profondeur relative de la mer du Nord. Bien que des eaux similaires au large de la Chine, du Vietnam et de la côte est des États-Unis puissent un jour ajouter plus de parcs éoliens en utilisant la technologie établie, il y a un plus grand potentiel plus au large. De nombreux autres endroits, dont la Californie, le Japon et la Corée du Sud, ont de gros besoins en électricité, de grandes ambitions pour réduire les émissions et des mers profondes. Sans oublier que les gens ont tendance à se plaindre – bruyamment – des turbines à la vue du rivage. La pleine mer n’est dans la cour de personne.

Maintenant, Stiesdal fait partie de ceux qui créent l'avenir de l'énergie flottante. L'énergie éolienne offshore étant de plus en plus compétitive avec le prix des combustibles fossiles, l'expansion dans des eaux plus profondes pourrait aider à débarrasser définitivement les réseaux électriques des émissions de carbone. «J'ai eu de mauvais moments en pensant au climat», dit-il. «Les politiciens ne le résoudront pas. Nous devons le résoudre nous-mêmes. »

Après avoir terminé ses études secondaires dans le Danemark rural à la fin des années 1970, Stiesdal a entendu parler d'un collège d'enseignants à proximité qui menait une expérience pour produire de l'électricité à partir du vent. Il a décidé d’essayer de fabriquer une maquette de turbine dans la maison de sa famille. Il a construit les premières lames en acier et en nylon de haute qualité, travaillant sur le sol du salon pendant que sa mère tricotait sur le canapé.

La première turbine qu'il a fabriquée était suffisamment petite pour pouvoir la soulever d'une seule main. "Une fois que vous l'avez fait tourner, il doit être vivant et vous pouvez sentir toutes les petites choses dans le vent", se souvient Stiesdal. "J'étais accro." Cela a fonctionné assez bien pour qu'il trouve un machiniste local pour l'aider à construire une version plus grande qui pourrait alimenter la ferme de sa famille.

Quelques années plus tard, avec plus de bricolage, il avait évolué au point qu'il fallait deux personnes pour porter une lame. Des cadres d'un fabricant local de grues hydrauliques sont venus vérifier ses turbines et boire du café. Il était logique de remplacer les combustibles fossiles coûteux et polluants par le vent, avant même que le changement climatique ne devienne une préoccupation urgente.

Stiesdal a conclu un accord de licence avec les dirigeants, qui a finalement conduit à une production de masse et plus tard à un changement de marque complet sous le nom de Vestas Wind Systems A / S. L’entreprise est le plus grand fabricant d’éoliennes au monde, avec un chiffre d’affaires de plus de 13 milliards de dollars l’année dernière. Dans son histoire officielle, Vestas reconnaît que ses premiers efforts – conçus pour ressembler à un fouet à oeufs – n'ont pas réussi à produire suffisamment d'électricité pour être viables. Mais les prototypes de Stiesdal, écrit la société, sont «essentiellement le même modèle à trois pales utilisé aujourd'hui». Et pas seulement par Vestas: la même configuration est utilisée partout dans le monde, par des dizaines de fabricants.

L'inventeur a travaillé avec Vestas jusqu'au milieu des années 1980, puis a travaillé pour Bonus Energy, une société danoise de turbines qui a ensuite été achetée par le géant industriel allemand Siemens AG. C’est là qu’il a orchestré l’introduction en 1991 des premières turbines offshore capables de résister à des conditions difficiles en mer. «Il est comme le parrain du vent», explique Tom Harries, qui analyse le secteur pour la BNEF.

Les turbines offshore sont désormais dispersées dans le monde par milliers, le produit de milliards de dollars d'investissement. La plus récente et la plus grande, une machine de 860 pieds de haut de Siemens Gamesa qui sera testée l’année prochaine dans le nord du Danemark, est presque aussi haute que le Chrysler Building de New York. Au fur et à mesure que les turbines se sont multipliées et se sont propagées, les coûts ont fortement chuté, en baisse de plus de 60% au cours de la dernière décennie.

Au cours des deux prochaines décennies, l'AIE prévoit que l'industrie offshore attirera 840 milliards de dollars, soit presque autant d'investissements que le gaz naturel. La plupart des plus grands développeurs en ce moment sont des compagnies d'électricité européennes comme Orsted au Danemark, RWE en Allemagne et Iberdrola en Espagne, qui se sont de plus en plus éloignées des combustibles fossiles. En Chine, deuxième marché offshore après l'Europe, des sociétés telles que China Ming Yang Wind Power Group Ltd. et Xinjiang Goldwind Science & Technology Ltd. ont vendu des centaines de turbines au niveau national.

«Le bouchon se détache de la bouteille», explique Stiesdal. «Avec les réductions de coûts que nous constatons, nous sommes en concurrence avec toutes sortes de carburants. Vous ne pouvez pas construire des centrales au gaz et des centrales au charbon et des centrales nucléaires qui peuvent correspondre au vent. "

Une plate-forme flottante réussie ouvrirait de nouveaux marchés éoliens et générerait potentiellement des milliards de dollars de contrats d'éoliennes. Ironiquement, les premiers aperçus de cet avenir proviennent de projets pilotes lancés par des sociétés de combustibles fossiles, qui ont une longue expertise dans l'extraction de ressources des fonds marins à l'aide de plates-formes. Les conceptions des versions éoliennes varient, mais les plus courantes utilisent de l'acier ou du béton pour supporter une seule turbine. Certains modèles ont une forme de tube, avec une turbine sur un coin. D'autres ressemblent plus à une bouée, avec une turbine sur le dessus. Le principal défi d'ingénierie est de maintenir la machine dans la bonne position; une légère rotation peut éloigner les pales du vent. Les conceptions reposent sur des câbles et des ancrages pour maintenir les plates-formes au bon endroit. Des turbines flottantes munies d'ancres peuvent être mises à l'eau en mer jusqu'à 1 000 mètres (3 281 pieds) de profondeur.

Ouverture de rivages plus profonds aux éoliennes

Sur le plan économique, «le principal goulot d'étranglement est la fondation flottante», explique Jason Cheng, associé directeur de la société de capital-investissement Kerogen Capital. "Nous pensons que c'est là qu'une grande partie de la valeur sera capturée." Kerogen investit principalement dans les énergies fossiles, mais il a pris une participation dans Ideol, un développeur de plate-forme français. Cheng dit qu'il aimait que le vent flottant s'appuie sur des technologies éprouvées. "Parce qu'il a déjà été développé dans le pétrole et le gaz, nous savons à quoi pourraient ressembler ces solutions."

Si les plates-formes flottantes doivent aider l'énergie éolienne à atteindre quelque chose comme la capacité presque illimitée prévue par l'AIE, les entreprises devront réduire leurs coûts. Le flottement introduit une toute nouvelle dépense dans la fabrication et l'installation des plates-formes, en partie parce que les câbles d'amarrage deviennent plus chers à mesure que l'eau s'approfondit. Les coûts de transport pourraient être inférieurs, car les plates-formes flottantes peuvent être remorquées depuis le port plutôt que montées en mer, mais cela ne suffit pas à compenser le coût d'une technologie qui n'est pas conçue pour la production de masse. "Ce n'est pas du copier-coller du pétrole et du gaz", explique Manahil Lakhmiri, responsable de l'éolien offshore chez Engie, qui travaille avec la société californienne Principle Power Inc. sur un projet pilote flottant au large du Portugal. "Ce que nous voyons aujourd'hui, c'est qu'un flotteur est fabriqué tous les trois mois", ajoute-t-elle. "Nous avons besoin d'un flotteur par semaine."

C’est un problème que Stiesdal a résolu auparavant. Les turbines qu'il a aidées à pionnier se sont avérées assez évolutives – elles sont devenues aussi répandues qu'eux parce que leurs composants pouvaient être produits rapidement et à moindre coût. Sa nouvelle plate-forme flottante, baptisée TetraSpar et soutenue par le géant pétrolier Royal Dutch Shell Plc et l'utilitaire allemand Innogy SE, vise à industrialiser l'industrie. Il travaille également avec Welcon A / S, l'un des plus grands fabricants de tours de turbine. Cela a permis à Stiesdal, un inventeur indépendant, de créer un prototype aux vitesses d'usine.

Sa plate-forme est principalement fabriquée avec les mêmes matériaux qu'une tour de turbine, une grande partie du travail de l'usine danoise étant effectuée par des robots. Les machines déroulent l'acier et effectuent la majeure partie du soudage, tandis que les travailleurs assemblent les pièces et effectuent les finitions. «Il serait assez facile de les fabriquer en série», explique Rune Holm, chef de projet chez Welcon. "Si vous voulez l'industrialisation, vous devez utiliser certaines des connaissances que vous avez déjà."

Les concurrents de Stiesdal incluent le norvégien Equinor ASA, le premier développeur à avoir mis un parc éolien flottant sur l'eau, un projet pilote de cinq turbines au large des côtes écossaises en mer du Nord. La société prévoit de se développer avec une plus grande entreprise en Norvège qui devrait coûter environ 500 millions de dollars. Principle Power est un autre concurrent majeur, soutenu par la compagnie pétrolière espagnole Repsol SA et EDP Energias de Portugal SA. Principle a déjà testé sa conception dans l'Atlantique avec certaines des plus grandes turbines du marché.

Même avec une poignée de projets pilotes flottants sur la mer, les analystes énergétiques prévoient que la croissance exponentielle suivra rapidement une fois la technologie établie. Si le vent flottant atteint 3,5 gigawatts d'ici 2030, comme le prévoit la BNEF, ce rythme suivra celui suivi par le vent offshore traditionnel. Beaucoup dépendra des gouvernements; l'éolien offshore n'a décollé qu'avec l'aide de subventions, et il n'est pas clair si et sous quelle forme l'aide continuera.

Plus tard cette année, ou peut-être au début de 2021, en fonction de l'impact de la pandémie de coronavirus, un camion transportera l'appareil flottant de Stiesdal sur la côte danoise. Un bateau le remorquera en Norvège. La prochaine étape serait de construire pour tester une turbine beaucoup plus grande. Si tout se passe bien, l'homme qui a contribué au démarrage de l'industrie éolienne pourrait se hisser en tête de la course pour la prochaine percée en matière d'énergie propre. Les enjeux, mesurés en incréments de températures mondiales, augmentent rapidement. «La trajectoire n’est même pas de deux degrés aujourd’hui, elle est beaucoup plus élevée», explique Stiesdal. "Le mantra que j'ai moi-même était que nous devions changer la question," Comment pouvons-nous nous le permettre? "En" Comment pouvons-nous nous permettre de ne pas le faire? "??"

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