CONCEPT INNOVANT

LA PHYSIQUE AU SERVICE DE L'OPTIMISATION ÉCONOMIQUE

L'éolienne flottante Eolink est la seule éolienne qui été conçue spécialement pour une application flottante en mer. Le concept intègre toutes les caractéristiques de son environnement marin, tirant profit des avantages et minimisant les contraintes. Le design Eolink permet d'installer de plus grandes turbines en mer, un facteur de compétitivité qui permet de diminuer le coût de l’énergie (LCoE). 

Dès le départ, il était évident que le système d’orientation de la nacelle n’était plus nécessaire. Même si cette solution est utilisée à terre pour orienter le rotor face au vent, la mer offre un nouveau contexte dans lequel de lourdes structures deviennent facilement mobiles. C’est ce constat qui a amené Marc Guyot, fondateur d’Eolink, à concevoir une structure pyramidale. Quatre mâts décrivent les arêtes de cette pyramide et se rejoignent en leurs sommets, pour supporter la turbine en deux points. Ainsi installée, la turbine peut être plus grande et capter plus d’énergie. L’efficacité du concept a déjà été démontrée par 2 prototypes et un démonstrateur de 5 MW doit être mis à l’eau dans les années à venir.

Afin d’être orientée face au vent et de transférer l’énergie produite au réseau, l’éolienne flottante est ancrée sur un point unique dit SPM. La structure est reliée à la partie supérieure du point d’ancrage via deux haussières, tandis qu’un câble dynamique transporte l’électricité. Dans le but de limiter l’influence des vagues sur les câbles électriques, la bouée d’ancrage est située à 20 mètres sous la surface.

Eolink a breveté un système d’orientation pilotable pour le flotteur, en cas de désalignement entre le vent et le courant, rare en haute mer. Il complète l’orientation passive et permet de contrôler l’orientation sur une plage de 120 degrés grâce à un système de ballastes dynamiques. Cette technologie améliore la production ainsi que la durée de vie de l’éolienne. Elle permet également de dévier le sillage de l’éolienne à la demande pour l’optimisation le productible global de parcs éoliens.

Une structure pyramidale plus résistante qu’un mât unique

Le premier avantage est la faible fatigue que subit la structure. Même si la fatigue  n’est pas un terme courant, c’est un élément très contraignant pour le dimensionnement mécanique d’une structure en mer. Lorsqu’un objet en mer subit des efforts de manière répétée, comme ceux des vagues, la structure est progressivement endommagée. Ce phénomène de fatigue est modélisé lors de la conception. La structure d’Eolink ne présente pas de zones fortement contraintes grâce à la répartition des efforts entre les 4 mats, à la différence du pied de mât des architectures classiques. Aussi, la durée de vie et la résistance à la fatigue sont bien meilleures.

Ces deux avantages permettent d’installer des turbines d’une puissance de 20 MW, en mer.

Qu'est ce que la résonnance ?

Phénomène de résonnance

Toutes les structures peuvent vibrer suivant une fréquence qui leur est propre. Par exemple, le diapason vibre à 440 Hz pour jouer la note LA. Lors de la conception des machines tournantes, on veille à ce que les sources vibratoires n’excitent pas la structure, ce afin d’éviter une résonance qui pourrait mener à la ruine.

Davantage d’énergie produite

On sait que la clef de la compétitivité réside dans la taille des turbines. Actuellement, la principale difficulté de conception concerne les pales. Leur allongement nécessite de les alourdir, ce qui entraîne une fatigue inertielle cyclique, critique. A titre d’exemple, une machine de 5 MW, équipée d’un rotor de 115 mètres produit 14 GWh par an, mais 17 GWh avec un rotor de 140 mètres.

Grâce à une plus grande distance entre les pales et les mâts, l’architecture Eolink permet de concevoir des pales plus flexibles, ne risquant plus d’entrer en collision avec la tour. L’économie de masse ainsi réalisée permet d’allonger la base des pales. Le gain en productible est de 6% en conservant la génératrice de la solution de référence, jusqu’à 11% si le couple est augmenté.

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Eolink augmente la distance pales/mats

Une structure plus légère et moins onéreuse

Un autre avantage de la structure pyramidale réside dans sa capacité mécanique à répartir le poids de la nacelle de manière homogène dans les 4 mâts. Les contraintes étant mieux réparties, les épaisseurs d’acier sont réduites. En comparaison, une solution à mât unique est plus lourde de 40%. Cette différence représente une économie de 10% sur le LCoE. Ainsi Eolink atteint une masse inférieure à 200 t/MW, unique sur le marché. Enfin, le flotteur, composé de quatre colonnes permet de réduire les dimensions de 20% en longueur et en largeur par comparaison à un flotteur à 3 colonnes. Ceci permet aussi de réduire la masse globale.

Fort de ces avantages, le gain en LCoE apporté par la solution Eolink est estimé entre 20 et 25%, par rapport à une technologie de référence.

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Une analyse des contraintes montre une meilleure distribution