La plateforme hybride énergétique à flottabilité passe au stade pilote à grande échelle
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L'entreprise suédoise NoviOcean a testé un prototype de troisième génération de sa plateforme combinée éolienne/solaire/vagues, une plateforme flottante capable de produire jusqu'à 1 mégawatt d'énergie propre en continu 24 heures sur 24 grâce à un fascinant mécanisme de flottabilité. Prochaine étape : un pilote à grande échelle.
Cette plateforme d'énergie renouvelable aura une empreinte relativement petite une fois construite à taille réelle : 38 x 9 m (125 x 30 pieds), la plateforme elle-même s'étendant à environ 4 m (13 pieds) au-dessus de la surface de l'eau et 12 m supplémentaires (39 pieds) plus bas. Minuscule, donc, en comparaison de certaines des monstrueuses éoliennes offshore que nous commençons à voir, comme la colossale turbine MingYang de 20 MW qui est actuellement la plus grande du monde .
Mais il est conçu pour dépasser son poids de 140 tonnes et fournir de l'énergie de manière plus constante que n'importe quel générateur à méthode unique.
Comment ça marche ?
Lorsque le soleil brille, il alimente environ 700 mètres carrés de panneaux solaires, soit 50 kW. Lorsque le vent souffle – et la plupart des meilleures ressources éoliennes du monde se trouvent en mer, là où se trouvera cet engin – il alimentera une série de six éoliennes à axe vertical et à pales hélicoïdales. Il récoltera également jusqu'à 650 kW d'énergie à partir du mouvement de l'océan, grâce à un intéressant système d'énergie des vagues.
De nombreuses unités seront déployées en groupes relativement serrés
Mais tout d'abord, parlons de ces éoliennes à axe horizontal. Par rapport aux turbines à axe horizontal de type moulinet que nous avons l'habitude de voir, les éoliennes à axe vertical présentent quelques avantages clés, en particulier dans une application éolienne offshore. Pour commencer, la partie lourde du générateur se trouve en bas, par opposition au sommet d'un poteau gigantesque qui doit également supporter un énorme ventilateur rotatif. Cette plate-forme restera donc debout toute seule, sans avoir besoin de contrepoids ou de structures de support lourdes.
Deuxièmement, ils peuvent accepter le vent de n'importe quelle direction, puisqu'ils tournent de toute façon à 360 degrés. La plateforme peut donc être orientée parallèlement aux vagues, pour mieux servir son principal producteur d'électricité.
Le générateur d'énergie des vagues fonctionne également de manière intéressante. La grosse chose en forme de bouchon qui dépasse du haut est un système turbine/générateur, posé sur un gros piston. Le haut de ce piston est fixé à la plate-forme flottante et le bas au fond de l'océan.
Entre les vagues, la plateforme flotte vers le bas et, au plus bas de son parcours, une valve se ferme pour maintenir la plateforme au sol pendant que la vague suivante commence à monter. Ce faisant, jusqu'à 3 m de ce flotteur géant sont maintenus sous l'eau, emprisonnant environ 600 mètres cubes d'air sous l'eau, qui cherche désespérément à s'élever vers le haut.
Animation sur les principes de fonctionnement de NoviOcean
Au moment optimal, la vanne s'ouvre et cette flottabilité est libérée pour créer une force de levage énorme de 600 tonnes sur le flotteur. Cette force tire l'eau vers le haut à travers une conduite forcée pendant que le flotteur monte et la propulse à travers la turbine génératrice de type Pelton située au sommet à grande vitesse pour créer jusqu'à 650 kW d'énergie propre instantanée. Selon NoviOcean, il n'aura besoin que de vagues de 4 m de haut pour atteindre sa puissance maximale.
Une fois le flotteur construit, les systèmes solaires et éoliens peuvent plus ou moins profiter de la gratuité. « Normalement, pour l'énergie solaire flottante, il faut construire la structure, avoir les systèmes à bord et le câble », a déclaré Jan Skoldhammer, co-fondateur de NoviOcean, à un auditoire lors des discussions de la Marine Energy Alliance à l'OEEC 2022. « Eh bien, nous avons la structure, le câble et les systèmes à bord, alors pourquoi ne pas les utiliser ? »
Le flotteur est maintenu sous l'eau pendant une seconde pendant que la vague commence à monter, puis utilise son énorme force de flottabilité pour propulser l'eau à travers une turbine
Quelle est la promesse ici ?
Selon NoviOcean, une plateforme de taille réelle devrait fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec un facteur de capacité compris entre 40 et 70 %, chaque unité générant en moyenne environ 3,5 gigawattheures par an. Pour mettre cela en contexte, un foyer américain moyen a consommé 10 791 kWh d'électricité en 2022, selon l' US Energy Information Administration . Chaque plateforme devrait donc produire suffisamment d'électricité pour alimenter environ 324 foyers.
La construction, l'installation et la maintenance de ces choses devraient être un exercice trivial comparé aux manipulations impliquées dans les turbines offshore massives, et elles sont conçues pour être déployées dans des grilles, qui seront visuellement discrètes, et pourront être regroupées plus près les unes des autres que les turbines plus grandes, car elles laisseront moins de sillage dans les courants d'air qui traversent leurs VAWT.
Où en est ce projet ?
NoviOcean a construit à ce jour trois prototypes, à l'échelle 1/7, 1/6 et 1/5 respectivement. Ce dernier a passé 24 mois sur un banc d'essai, 6 semaines dans un bassin à vagues et 14 mois installé en mer, où l'entreprise affirme qu'il a fonctionné exactement comme prévu par les simulations.
L'étape suivante est une plate-forme pilote grandeur nature, que l'entreprise espère avoir construite et mise à l'eau d'ici 2026-27, suivie d'une « matrice précommerciale », entre 2028 et 2030, et d'un déploiement commercial complet d'ici 2031-2032.
Le prototype de troisième génération a désormais à son actif environ 14 mois de tests offshore réussis
C'est quoi le "mais" ?
Toutes les inventions en matière d'énergie renouvelable doivent finalement être jugées en fonction du très important coût actualisé de l'énergie (LCoE) - ou du prix auquel elles pourront vendre de l'énergie propre sur un réseau, en tenant compte de tous les coûts, depuis les coûts initiaux de construction et d'installation jusqu'aux coûts continus de maintenance, de personnel, d'amortissement et de financement tout au long de la vie du projet.
NoviOcean estime que la construction de sa première plate-forme hybride de 1 MW à grande échelle coûtera 3,6 millions d'euros, et que la 100e, qui bénéficiera d'économies d'échelle, coûtera environ 2 millions d'euros.
Cela contribue à un LCoE initial de 275 USD/MWh au début, ce qui, selon NoviOcean, représente environ un tiers du niveau de départ de l'éolien et du solaire à l'époque. Mais ce n'est certainement pas le niveau actuel de l'éolien ou du solaire ; selon les chiffres 2022 de l'IRENA , l'éolien terrestre coûte 33 USD/MWh, le solaire à grande échelle environ 49 USD/MWh, et même l'éolien offshore parvient à renvoyer l'électricité vers la terre ferme à 81 USD/MWh.
D'ici à ce que 100 unités soient déployées, NoviOcean vise un LCoE plus proche de 110 USD, et la société affirme qu'elle voit un chemin vers 77 USD bien au-delà.
La construction, le lancement et l’installation devraient être relativement simples
Attention, le LCoE ne dit peut-être pas tout ici, puisque les multiples modes de production d'énergie de la plateforme pourraient bien la mettre en position de vendre de l'énergie pendant les périodes de pointe coûteuses, lorsqu'une source renouvelable ou une autre ne fait pas son travail pour le réseau.
Cependant, il lui sera difficile de rivaliser au début sans un soutien gouvernemental important, et NoviOcean fait actuellement appel à des investisseurs privés, espérant atteindre le niveau de financement de 9 millions d'euros dont il a besoin pour construire cette première plate-forme de taille réelle.
Les finances ne sont pas non plus le seul « mais » ici : il convient de souligner que la conception repose sur un piston hydraulique fonctionnant pendant des décennies dans l'eau salée, qui a la fâcheuse habitude de manger le métal.
Sous la surface, il s'agit d'un gros piston entraîné par la flottabilité
Mais le « mais » pour répondre à ces « mais » est le suivant : le monde doit augmenter considérablement sa production d’énergie renouvelable dans les décennies à venir – non seulement pour remplacer nos niveaux actuels épiques de consommation d’énergie, mais aussi pour répondre à l’électrification imminente des transports terrestres, maritimes et aériens, ainsi qu’à l’ appétit des pays pour le minage de crypto-monnaies et à la montée en puissance de l’IA, qui semble avoir un appétit pratiquement sans fond pour l’électricité .
Et en s'éloignant des combustibles fossiles, dont la production peut facilement être augmentée ou diminuée pour répondre à la courbe de demande du réseau, les réseaux d'énergie entièrement propres devront diversifier leurs sources de production afin de ne pas se retrouver les mains vides lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.
Des sources comme l’énergie des vagues pourraient bien avoir une valeur démesurée dans ce contexte. Nous souhaitons bonne chance à NoviOcean dans ses efforts et espérons que ce projet avancera beaucoup plus vite que d’autres dans le secteur de l’énergie des vagues, qui semble gagner en notoriété en raison de ses délais longs et croissants.