Aller au contenu principal

Le « levelised cost of energy » de l'énergie éolienne moins élevé dans les conditions extrêmes

L'OWI-Lab met à disposition des entreprises et centres de recherche du monde entier ses tests climatiques, instruments de mesure et outils d'analyse de données. Ce labo permet ainsi d'obtenir un ensemble de données de R&D conférant aux chercheurs les connaissances nécessaires dans leurs recherches destinées à réduire davantage les coûts.

Les « levelised costs of energy » (LCOE), ou coûts énergétiques moyens des installations de production d'énergie éolienne, baisse rapidement. Néanmoins, les éoliennes qui se trouvent dans les régions les plus froides du grand Nord, soumises à des températures extrêmes et à la glace, ou celles qui sont exposées aux éléments en pleine mer, restent relativement neuves. Ces installations doivent faire l'objet d'études plus approfondies afin de mieux comprendre l'environnement dans lequel ces machines sont tenues d'opérer, ses effets sur les performances et la fiabilité de la turbine et les concepts en matière de maintenance préventive ou basée sur les conditions et en vue d'étayer les décisions. Au vu du caractère reculé de ces sites, les questions telles que la fiabilité et la facilité de maintenance sont essentielles. Pour leurs tests climatiques des prototypes de systèmes et composants, les entreprises peuvent compter sur les installations climatiques de l'OWI-Lab d'Anvers. Les mesures sont réalisées sur place avec des partenaires et se concentrent principalement sur les installations éoliennes offshore en mer du Nord belge.

« L'objectif des activités de RD&I de l'OWI-Lab est clair : faire baisser les coûts de l'énergie éolienne et accroître sa fiabilité à travers la recherche. »

Projets en 2016

IBN Offshore Energy crée un réseau d’entreprises dans le domaine de l’énergie offshore

Fin 2016, le lancement d'un Innovative Business Network (IBN) a été approuvé. Sirris, l'UGent, la VUB et Agoria sont partenaires dans le cadre de ce projet, lequel peut compter sur le soutien de la Vlaio. Cette initiative a été lancée dans le but de favoriser l'innovation et les activités de R&D dans les chaînes de valeur de l'énergie offshore flamandes. L'énergie éolienne offshore joue un rôle central dans ce projet. Néanmoins, la houle et l'énergie marémotrice en font elles aussi partie. Les réseaux d’entreprises innovantes cherchent à créer une dynamique d'innovation au sein d'un groupe d'entreprises. La collaboration intense entre celles-ci et le secteur de la recherche permet aux entreprises d'appliquer un plan d'action concret doté d'une valeur ajoutée économique démontrable pour les membres de ce réseau.

O&M intelligent et à un bon rapport coût-efficacité pour parcs éoliens offshore

Soutenu par la Vlaio, le projet OWOME « Offshore Wind O & M Excellence » (lien en néerlandais) entend encadrer et permettre le développement et la validation de solutions O&M intelligentes et présentant un bon rapport coût-efficacité. Le projet donne aux entreprises accès à des mesures offshore et à des données concrètes, développe une plateforme de données intégrée et soutient les entreprises dans la création de solutions O&M intelligentes. Dans le cadre de ce projet, plusieurs campagnes de contrôle R&D ont été mises en place avec les acteurs du secteur industriel et les partenaires afin de permettre la création d'ensemble de données capables de contribuer à une analyse des causes (RCA), à une évaluation de la durée de vie (restante) et à la validation de modèle. Ces mesures ont pour objectif le développement de nouvelles techniques de pointe de contrôle des conditions et de méthodes destinées à étayer les décisions permettant de réduire les frais de fonctionnement et de maintenance (operations & maintenance - O&M) liés à l'énergie éolienne offshore. En effet, ces frais représentent encore un tiers environ des coûts de durée de vie totaux d'un parc éolien offshore. Les premiers résultats de la campagne de mesure C-Power, actuellement menée dans le cadre du projet, ont été présentés à la Third International Conference on Substructures for UK Offshore Wind et ont fait l'objet d'un rapport de valorisation.

Des tests climatiques réalisés au sein de la plus grande salle climatique d'Europe

Plusieurs systèmes électromécaniques exposés à des conditions climatiques difficiles et extrêmes, ou opérant dans de tels environnements, ont été testés au cours de l'année 2016. Les applications testées concernaient non seulement l'énergie éolienne, mais d'autres secteurs ont eux aussi utilisé la grande salle climatique afin de valider ou de tester leurs systèmes selon les normes imposées et ce, dans le but de certifier le produit pour une utilisation sous des climats extrêmes. Depuis 2016, le labo offre la possibilité de soumettre des objets à un test de couche de glace et d'en mesurer les effets.

Moments d'inspiration

L'OWI-Lab partage ses connaissances et son expérience au niveau international

Dans le cadre du WindEurope Summit  d'Hambourg, l'OWI-Lab a partagé ses connaissances et expériences en matière d'énergie éolienne dans des climats froids. WindEurope organise chaque année cet événement international, devenu aujourd'hui l'une des principales conférences mondiales consacrées à l'énergie éolienne. La présentation « Low temperature compliance testing of wind turbine applications for the ‘cold climate’ market » donnée à l'occasion d'un séminaire thématique a exposé des cas de bonne pratique d'entreprises qui ont eu recours à nos installations climatiques en vue d'optimiser et de valider les produits destinés aux parcs éoliens dans les régions climatiques froides. L'OWI-Lab fait partie du groupe d'experts Wind Task 19 – Wind Energy in Cold Climates  de l'AIE chargé de se pencher sur les défis liés aux températures extrêmes et à la formation de glace sur les éoliennes. Dans le cadre de ce partenariat de R&D international, deux rapports d'expert, auxquels l'OWI-Lab a contribué, ont également été publiés.

Quelques cas

Siemens teste un transformateur 15 MVA dans des conditions de froid extrême

Au premier semestre 2016, un programme de test climatique a été réalisé sur un transformateur 15 MVA Siemens dans la grande salle de tests climatiques de l’OWI-Lab.

Le transformateur de 15 tonnes a été testé quant à sa résistance à des conditions de froid extrême (jusqu'à -50 °C) afin de valider ses performances en démarrage à froid et le comportement général en fonctionnement à des températures ambiantes basses. Pas moins de 85 paramètres de capteurs ont été mesurés au cours des 4 semaines du programme de test, de façon à garantir un fonctionnement fiable, sûr et optimal de tels produits dans des endroits comme le Canada, la Russie, la Chine, la Mongolie et la Scandinavie, où des températures de -40, voire -50 °C peuvent se rencontrer en hiver.

Écoulement de fluide

Le transformateur a été rempli d’un fluide d’ester synthétique écologique mais d’une viscosité très élevée. Cette haute viscosité à basse température empêche l’écoulement naturel du fluide, ce qui entraîne une modification des performances thermiques. Cette situation est particulièrement pertinente dans le cas d’un refroidissement par radiateurs externes, le système standard sur les transformateurs électriques. L'écoulement d’un fluide dans les petits tuyaux d’un radiateur est très différent de l’écoulement sur la paroi du réservoir, d’autant plus si la viscosité est élevée.

Un objet test lourd et de grande dimension

En raison des grandes dimensions et surtout du poids élevé de l’élément testé, Siemens recherchait un partenaire disposant d’une grande salle climatique et des services associés afin de mener des tests fonctionnels complets dans un climat froid. L'exemplaire de test a été testé par les ingénieurs de l’OWI-Lab en étroite collaboration avec l’usine autrichienne de transformateurs de Siemens, à Linz, qui a pu suivre à distance, depuis son siège, chaque séquence de test réalisée dans le laboratoire.

En savoir plus ...

Une éolienne moyenne de XANT testée dans des conditions climatiques froides

XANT, le constructeur belge d'éoliennes, a procédé à des tests de basse température sur sa turbine de 100kW, la XANT M-21. L'entreprise entend ainsi garantir un fonctionnement sûr et fiable dans des régions où la température peut atteindre les -40 °C.

XANT est une spin-off de 3E, l'un des membres fondateurs de l'OWI-Lab. L'entreprise développe et produit des éoliennes de taille moyenne. L'éolienne testée a été mise en point afin de répondre aux besoins énergétiques de petites entreprises et communautés situées dans des régions isolées non reliées au réseau de distribution électrique. Elle est adaptée à un fonctionnement dans des zones climatiques froides, un marché en pleine croissance dans le secteur de l'énergie éolienne.

Contrôle et maintenance dans des conditions extrêmes

Les températures basses et la formation de glace durant l'hiver imposent des contraintes supplémentaires aux concepteurs d'éoliennes de manière générale, mais aussi aux projets de construction de parcs éoliens dans ces régions soumises à des conditions extrêmes. Les tâches de maintenance peuvent notamment entraîner des coûts élevés ou, dans le pire des cas, doivent être reportées par manque d'accessibilité. Ce type de situation peut se produire dans des régions reculées telles que l'Alaska.

Des éléments adaptés

Les concepteurs doivent dès lors tenir compte de facteurs environnementaux supplémentaires tels que la formation de glace sur les pales de rotor et sur les capteurs. D'autres types de matériaux et de lubrifiants doivent également être employés et les procédures de démarrage à froid doivent être adaptées afin par exemple de ne pas endommager les entraînements en rotation ou à bascule. D'autres éléments du moyeu, notamment l'électronique de puissance et les pompes, doivent eux aussi être contrôlés et leur fonctionnement doit être validé pour une installation dans de telles conditions extrêmes. Afin de relever ces défis, les ingénieurs de XANT ont mis au point certaines modifications adaptées aux températures basses.

Testé et approuvé dans des conditions extrêmes

Afin de tester et de valider ces modifications, une campagne de basse température a été lancée en collaboration avec l'OWI-Lab, lequel dispose d'une grande salle de test climatique. Les dimensions imposantes de cette salle ont permis d'installer l'intégralité du moyeu de l'éolienne et de l'unité électronique de puissance (normalement installée séparément sous la turbine) et de procéder à des tests opérationnels dans des températures extrêmes jusqu'à -40 °C. Plusieurs procédures de démarrage et d'arrêt ont été validées avec succès, à l'instar des opérations de basculement lors d'un démarrage à froid. L'électronique de puissance et les capteurs ont eux aussi été soumis aux tests dans la salle climatique.

En savoir plus ...

Hyundai et Cummins testent simultanément deux excavatrices

Hyundai, entreprise spécialisée dans la construction de machines pour le secteur de la construction établie à Geel, souhaitait valider de nouvelles procédures de démarrage innovantes en collaboration avec Cummins, son fournisseur de groupes motopropulseurs. Ils se sont alors tournés vers l'OWI-Lab et sa grande salle climatique. Grâce à la taille de la salle et à la capacité de résistance du sol, deux excavatrices identiques ont pu être testées simultanément. Une telle configuration permet de tester les deux machines plus intensivement, de comparer plus aisément les résultats et de réduire de moitié les temps de refroidissement.

Cette solution garantit des périodes de test intensives, de qualité et plus courtes extrêmement économiques.