Époustouflant

De tous les signes avant-coureurs d’une reprise de l’industrie de l’énergie éolienne, la transformation des parcs éoliens en attractions touristiques est l’un des moins attendus… mais c’est bel et bien arrivé ! Et notamment sur la côte sud de l’Angleterre, où les habitants sont plus enclins à protester contre le changement qu’à apprécier la nouveauté. Des pêcheurs et des plongeurs de Brighton proposent désormais des excursions en bateau pour découvrir Rampion, un parc éolien offshore de 400 MW exploité par RWE, qui a été autrefois méprisé parce qu’il gâchait la vue d’un parc national voisin[1].

Les récents événements mondiaux ont également souligné que l’intérêt de développer les énergies renouvelables plutôt que de dépendre des combustibles fossiles n’est pas seulement d’ordre environnemental. Si l’on veut une énergie abordable et sûre, il faut que l’approvisionnement soit proche de chez soi et ne dépende pas de flottes de camions-citernes et d’oléoducs longs de plusieurs milliers de kilomètres et traversant de multiples frontières nationales.

Plus positivement, la technologie qui sous-tend l’énergie éolienne devient de plus en plus sophistiquée et répond aux défis de la production d’une énergie bon marché, sûre et sécurisée. Des inquiétudes ont été soulevées quant au fait que les éoliennes interfèrent avec la faune et le radar, mais la recherche y apporte des réponses, tandis que la technologie des pales continue de s’améliorer. L’essor de l’éolien en mer et les technologies innovantes telles que les fondations flottantes promettent de fournir de grandes quantités d’énergie éolienne dans des endroits où son déploiement aurait été inimaginable jusqu’à très récemment. Même la forme familière des éoliennes pourrait changer, car les chercheurs explorent le potentiel des éoliennes à axe horizontal (Horizontal Axis Wind Turbines, HAWT) et des tourbillons.

De nouvelles méthodes de fabrication, telles que l’impression 3D, s’imposent également, car l’industrie cherche à implanter des parcs éoliens dans des zones de plus en plus éloignées. Et ce ne sont pas seulement les turbines qui évoluent, c’est aussi le réseau de distribution qui doit s’adapter à une source d’énergie qui n’est pas constante.

Un marché en pleine croissance

Le coût relativement faible de l’électricité éolienne par rapport à l’électricité produite à partir de combustibles fossiles est également un facteur important de l’essor de l’énergie éolienne. Aux États-Unis, par exemple, les coûts de l’énergie éolienne sont passés de plus de 0,55 USD par kilowatt-heure (kWh) en 1980, à une moyenne inférieure à 0,03 USD par kWh aujourd’hui.[2] Cette échelle varie naturellement en fonction des conditions locales, mais elle montre à quel point l’énergie éolienne peut être rentable. Elle est certainement en pleine croissance, comme le montrent les chiffres les plus récents de l’Institut de l’énergie[3] datant de juin 2023. La production mondiale d’énergie éolienne a atteint 898 824 térawattheures en 2022, soit une augmentation de 9,1 % par rapport à l’année précédente et un taux de croissance annuel de 12,9 % depuis 2012.

Le rythme auquel les pays du monde entier construisent des générateurs d’énergie éolienne prouve que cette dernière est de plus en plus considérée comme l’énergie gagnante. Près de 78 GW de capacité éolienne ont été ajoutés en 2022, la troisième année la plus élevée de l’histoire (seules les deux années précédentes étaient plus élevées), ce qui porte la capacité éolienne installée totale à 906 GW, soit une croissance de 9 % d’une année sur l’autre.

Sur ce total, 68,8 GW proviennent de nouvelles installations éoliennes terrestres, le reste provenant de l’offshore. La Chine est restée en tête du développement mondial de l’éolien offshore, avec 5 GW. L’Europe a connecté 2,5 GW de capacité en 2022, la France et l’Italie ayant chacune mis en service leurs premiers projets éoliens offshore commerciaux. La capacité totale de l’éolien offshore de l’Europe est de 30 MW, dont 46 % proviennent du Royaume-Uni.

De grandes perspectives

Un contexte géopolitique mondial incertain alimente ce regain d’intérêt pour les énergies renouvelables comme moyen de renforcer la sécurité et la résilience énergétiques, en particulier aux États-Unis et en Europe[4].

En Europe, le programme REPowerEU3 a été introduit, engageant l’UE à réduire sa dépendance au gaz russe d’ici 2030 ou avant[5]. Le programme vise à éliminer les goulots d’étranglement en matière d’autorisation et les autres obstacles qui entravent le déploiement des projets d’énergie renouvelable. Les États-Unis[6], quant à eux, ont promulgué la loi sur la réduction de l’inflation (Inflation Reduction Act, IRA), qui révolutionne l’approche du pays en matière d’énergies renouvelables, de transport décarboné, de stockage d’énergie, de réseau électrique et d’efficacité énergétique. Cette législation a déjà stimulé un investissement substantiel dans le secteur. De même, le 14^e plan quinquennal chinois[7], couvrant la période 2021-2025, a été approuvé, indiquant un engagement envers un développement axé sur l’innovation, durable et à faible émission de carbone. Le plan établit des objectifs de réduction de l’intensité carbone et vise à atteindre les émissions maximales de CO₂ avant 2030.

Dans ce contexte, la veille stratégique du GWEC (Conseil mondial de l’énergie éolienne) prévoit que les nouvelles installations éoliennes dépasseront les 100 GW en 2023. Et ce n’est que le début. Elle estime qu’il y aura en moyenne plus de 136 GW de nouvelles installations chaque année jusqu’en 2027, soit un total de 680 GW supplémentaires dans le cadre des politiques actuelles, ce qui représente un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 15 % pour les cinq prochaines années.

Mix énergétique

Il est clair que le secteur de l’énergie éolienne se développe rapidement, mais est-ce suffisamment rapide pour que le secteur mondial de l’énergie parvienne à une neutralité carbone d’ici à 2050 ? Objectif Zero net d’ici à 2050 : Feuille de route pour le secteur énergétique mondial[8], l’AIE (Agence internationale de l’énergie) définit le strict minimum requis.

Selon ce rapport[9], les combustibles fossiles représenteront encore 82 % de la consommation totale d’énergie dans le monde en 2022, comme l’année précédente, ce qui entraînera une augmentation des émissions de gaz à effet de serre de 0,8 %, le monde consommant globalement plus d’énergie. En outre, les sources d’énergie renouvelables (à l’exclusion de l’énergie hydraulique) n’ont répondu qu’à 7,5 % de la demande mondiale d’énergie l’année dernière.

Des opportunités offshore

Malgré la difficulté de l’objectif, les raisons d’être optimistes ne manquent pas, car les nouvelles priorités en matière d’énergie abordable et sûre s’imposent et la technologie permet d’améliorer encore l’efficacité de la construction et de l’exploitation des parcs éoliens, ainsi que de la distribution et du stockage de l’énergie qu’ils produisent. À titre d’exemple, les éoliennes construites dans les années 1980 avaient des pales de 15 mètres et pouvaient produire 0,05 MW d’électricité. Aujourd’hui, une éolienne offshore avec des pales de plus de 100 mètres de long génère jusqu’à 14 MW[10].

Les éoliennes flottantes en mer (Floating Offshore Wind Turbines, FOWT) sont l’une des avancées techniques les plus prometteuses. Non seulement elles sont moins chères que les turbines à fondation fixe, mais elles présentent également deux avantages essentiels : l’accès à des eaux plus profondes au-delà de 60 mètres et une installation simplifiée de la turbine, même à des profondeurs moyennes de 30 à 50 mètres.

Par rapport aux installations fixes, les FOWT sont plus simples à fabriquer et à installer, car elles peuvent être construites et assemblées sur terre, puis remorquées jusqu’au site d’installation en mer. Par conséquent, les FOWT ont beaucoup moins d’impact sur l’environnement, car elles nécessitent beaucoup moins d’activités invasives sur le fond marin.

Avec environ 80 % du potentiel éolien offshore mondial situé dans des zones où la profondeur de l’eau est supérieure à 60 mètres[11], le potentiel de croissance de l’éolien offshore flottant est important. D’ici 2030, le GWEC prévoit une accélération rapide du secteur de l’éolien offshore flottant, avec une capacité de marché estimée à 16,5 GW. La Chine a déjà installé sa première éolienne flottante en mer, la Three Gorges Pioneer, et d’autres projets sont en cours[12].

Avancées en matière de conception

Si l’exploitation des eaux plus profondes à l’aide de la technologie FOWT est susceptible de permettre à l’énergie éolienne de passer à la vitesse supérieure, la recherche et le développement continuent d’augmenter la production des installations côtières.

La tendance vers des éoliennes toujours plus grandes se poursuit. Par exemple, la turbine Haliade-X offshore de GE mesure 260 mètres de haut et offre 45 % d’énergie en plus par rapport aux autres éoliennes offshore. En Norvège, un système de capture d’énergie éolienne offshore emploie plusieurs turbines plus petites disposées en quinconce, simplifiant l’assemblage et la maintenance sans avoir besoin d’équipements industriels. Selon le ministère américain de l’Énergie, les éoliennes seront deux à trois fois plus grandes d’ici 2035[13], avec une médiane de 5,5 MW pour les éoliennes terrestres et de 17 MW pour les éoliennes en mer. Elle affirme que cela entraînera une baisse substantielle des coûts, de l’ordre de 35 % à 50 % d’ici à 2050, tant pour les installations éoliennes terrestres que pour les installations en mer.

Approche latérale

Les éoliennes peuvent également être tournées sur le côté, et les éoliennes à axe vertical (Vertical Axis Wind Turbines, VAWT) présentent des avantages : leurs moteurs sont plus efficaces que les éoliennes horizontales traditionnelles, elles peuvent être disposées de manière plus compacte et leurs performances s’améliorent lorsqu’elles sont organisées en réseau.

Des recherches[14] ont montré que le remplacement des éoliennes traditionnelles à axe horizontal (HAWT) par de grandes éoliennes à axe vertical (VAWT) pouvait augmenter la production d’énergie de 15 % lorsque le second rotor était placé à trois diamètres de l’éolienne en aval et à un angle de 60 degrés par rapport à la direction du vent. Lorsque les VAWT ont été montées en série, la production d’énergie a augmenté d’environ 3 %.

De nouvelles approches font également leur apparition pour réduire les coûts d’installation et d’exploitation tout en améliorant l’efficacité de l’électricité éolienne. Par exemple, la start-up espagnole Vortex Bladeless[15] développe un aérogénérateur à vibrations résonnantes induites par les tourbillons qui exploite l’énergie éolienne à partir d’un phénomène de vorticité appelé « vortex shedding » : une turbine sans pales qui nécessite moins d’entretien parce qu’elle a moins de pièces mobiles qu’un générateur classique.

Innovation aéroportée

Si l’on peut éliminer les pales, pourquoi ne pas éliminer la nécessité d’une tour, l’un des composants les plus coûteux ? C’est précisément ce que fait l’énergie éolienne aéroportée (AWE). L’AWE exploite l’énergie éolienne à travers deux grands principes. La première approche consiste à installer des mini-éoliennes et des générateurs sur l’aile volante afin de convertir l’énergie éolienne en électricité. La seconde méthode implique que l’aile tire sur un câble, ce qui entraîne son déroulement à partir d’un tambour au sol, qui entraîne ensuite un générateur. Cette technique de génération au sol nécessite que le câble soit rembobiné, ce qui entraîne un pompage ou un mouvement de « yoyo »[16].

En Europe, le secteur a sa propre association, Airborne Wind Europe, et travaille déjà avec des services publics plus importants. Les sociétés allemandes RWE Renewables et SkySails Power ont convenu de piloter un projet de 200 kW consistant à faire voler une sonde volante de 120 m² jusqu’à 400 mètres au-dessus du sol afin d’exploiter les vents de haute altitude pour produire de l’électricité. L’entreprise norvégienne Kitemill AS a déclaré qu’après des vols autonomes réussis au cours desquels sa technologie de 30 kW a prouvé son potentiel de production d’énergie, elle envisageait de commercialiser son premier parc de sondes volantes de démonstration.

En Corée du Sud, Odin Energy[17] promeut son concept de tour éolienne silencieuse de 12 étages qui intègre des VAWT et peut être montée au-dessus de bâtiments. La société affirme que ce système exploite l’énergie éolienne en créant un tourbillon grâce à l’utilisation des différences de pression du vent et qu’il peut produire de l’électricité à partir de brises légères ne dépassant pas 3,5 m/s. Selon Odin Energy, ce système produira au moins quatre fois plus d’électricité que les systèmes éoliens existants, tout en n’occupant que 1/80 de l’espace qu’ils requièrent. La société estime que le coût en capital d’une tour de 10 étages unique en son genre serait d’environ 1,4 million USD, avec un coût d’énergie nivelé (LCOE) d’environ 90 USD par mégawatt-heure[18].

Réduction des coûts

Le défi de la réduction des coûts de fabrication et d’installation prend de nombreuses formes et englobe toutes les étapes de la création d’un parc éolien opérationnel, depuis les pales de l’éolienne jusqu’à l’installation sur le site.

Lors de la fabrication d’une pale d’éolienne, l’un des processus les plus longs et les plus exigeants en termes de main-d’œuvre est la production d’une fiche, ou d’une représentation grandeur nature de la pale finale, qui est ensuite utilisée pour fabriquer le moule. Pour y remédier, le Wind Energy Technologies Office et l’Advanced Manufacturing Office du ministère américain de l’Énergie s’associent à des organisations publiques et privées pour appliquer la fabrication additive, également connue sous le nom d’impression 3D, afin de rationaliser le processus.

L’impression 3D est également utilisée pour contourner les problèmes logistiques liés au transport des composants sur le site. Plus la turbine est grande, plus l’efficacité et la production sont élevées. Mais il y a une limite à leur taille s’ils doivent être préfabriqués, puis transportés, pièce par pièce, sur le site. Aux États-Unis, la largeur de la base, par exemple, ne peut excéder 4,5 mètres en raison des contraintes de transport, ce qui limite la hauteur de l’éolienne à 100 mètres. Une façon d’éviter cela est d’imprimer le socle sur place, un projet sur lequel travaillent actuellement GE Renewable Energy, le fabricant de ciment LaFargeHolcim et COBOD International[19]. Jusqu’à présent, COBOD a fabriqué une base en béton imprimée en 3D de 10 mètres de haut grâce à sa technologie d’impression 3D pour la construction à grande échelle, mais l’objectif est d’atteindre 200 mètres. Des restrictions de transport similaires s’appliquent également aux pales de rotor. Ici, l’accent est mis sur la production de pales plus légères à partir de matériaux tels que la fibre de carbone afin que les composants jusqu’à 80 m de long puissent être plus facilement transportés puis assemblés sur site.

Protéger l’environnement

Le secteur de l’énergie éolienne connaît des développements et des avancées significatifs qui transforment la perception et la viabilité de l’énergie éolienne. Les parcs éoliens, autrefois considérés comme des objets inesthétiques, deviennent aujourd’hui des attractions touristiques, illustrant le passage à des sources d’énergie propres et durables.

Plus important encore, les récents changements dans le paysage géopolitique ont incité les gouvernements à faire de l’énergie éolienne un incontournable, plutôt qu’une bonne option, facultative.

Dans le même temps, les innovations technologiques et la recherche élargissent le potentiel du secteur. Les parcs éoliens offshore flottants représentent une opportunité intéressante d’accéder à des eaux plus profondes, tandis que les éoliennes à axe vertical (VAWT) et les conceptions innovantes telles que l’énergie éolienne aéroportée (AWE) promettent d’améliorer l’efficacité et de réduire l’impact sur l’environnement. Les progrès des techniques de fabrication, telles que l’impression 3D, permettent non seulement de réduire les coûts, mais aussi d’étendre les zones où l’énergie éolienne est réalisable.

Cependant, pour atteindre les objectifs énergétiques mondiaux, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour accélérer la transition vers les sources d’énergies renouvelables et augmenter la part de l’énergie éolienne dans le bouquet énergétique mondial. Avec des investissements continus, un soutien politique et une collaboration, l’énergie éolienne jouera un rôle crucial dans la réalisation d’un avenir durable et à faible émission de carbone.

Il s’agit d’une mission qui nous tient à cœur chez Abdul Latif Jameel. Notre activité phare dans le domaine des énergies renouvelables FRV exploite aujourd’hui plus de 50 centrales solaires et éoliennes réparties sur les cinq continents et prévoit une capacité énergétique installée de 4 GW d’ici 2024. En février 2023, elle a ouvert un bureau au Royaume-Uni, où elle compte actuellement plus de 80 MW de projets en exploitation, 200 MW en construction et plus de 1 GW en développement. Le site accueillera également son Centre d’excellence mondial pour les batteries. Ses centrales de stockage d’énergie par batteries (BESS) à Contego et Holes Bay, quant à elles, étaient les deux meilleures installations de stockage par batteries du pays, selon le classement établi par l’outil de surveillance MODO Energy[20].

Elle a également annoncé son intention d’entrer sur le marché allemand, avec pour projet de fournir de l’énergie propre à 800 000 foyers.[21] L’ouverture des bureaux de Londres et d’Allemagne contribuera positivement à l’objectif de FRV d’atteindre 1 GW de capacité d’énergie renouvelable installée en Europe d’ici 2025.

Dans le cadre de cette expansion continue, FRV a confirmé au début de l’année son intention de développer sa première centrale solaire en Nouvelle-Zélande, un projet de 52 MW à Lauriston, au nord de Christchurch. Cette initiative a été rapidement suivie par des projets de trois autres parcs solaires, d’une capacité prévue de 400 MW d’électricité renouvelable, en collaboration avec le partenaire en co-entreprise Genesis Energy.^[22]

Entre-temps, chez leurs voisins australiens, FRV a bouclé le financement de son projet solaire à Walla Walla, en Nouvelle-Galles du Sud. Il s’agit de son cinquième parc solaire dans cet État et de son dixième dans l’ensemble de l’Australie, ce qui représente une capacité totale de 1 GW.

« Nous sommes au seuil d’un nouveau paysage énergétique passionnant, qui pourrait transformer le secteur énergétique mondial et faire une énorme différence pour nos émissions de carbone », a déclaré Fady Jameel, président délégué et vice-président, Abdul Latif Jameel.

« Les énergies renouvelables peuvent contribuer à réduire le coût d’alimentation de nos maisons, de nos bureaux et de nos véhicules. Cela peut redonner aux gens le contrôle de leur vie tout en contribuant à préserver notre délicat écosystème pour les générations à venir. L’énergie éolienne est à l’avant-garde de ces changements passionnants, et nous devons faire tout notre possible pour optimiser son potentiel. Mais ce potentiel ne peut pas s’exprimer tout seul. »

« Aussi passionnantes que soient les avancées récentes en matière de technologie éolienne, nous ne pouvons pas nous reposer sur nos lauriers. L’objectif Zéro émission nette est un défi auquel nous ne pouvons pas échouer. Nous devons redoubler d’efforts pour construire un avenir plus brillant et plus durable pour notre société et notre planète. »

[1] https://www.economist.com/britain/2023/01/05/britains-offshore-wind-farms-attract-tourists

[2] https://www.energy.gov/eere/wind/next-generation-wind-technology

[3] https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf

[4] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf page 18

[5] https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_22_1511

[6] https://www.epa.gov/green-power-markets/inflation-reduction-act

[7] https://www.adb.org/publications/14th-five-year-plan-high-quality-development-prc

[8] https://iea.blob.core.windows.net/assets/deebef5d-0c34-4539-9d0c-10b13d840027/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector_CORR.pdf Page 47

[9] https://www.theguardian.com/business/2023/jun/26/greenhouse-gas-emissions-from-global-energy-industry-still-rising-report

[10] https://www.economist.com/the-americas/2021/01/30/the-wind-power-boom-set-off-a-scramble-for-balsa-wood-in-ecuador

[11] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf page 77

[12] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf pp. 54-55

[13] https://www.nature.com/articles/s41560-021-00810-z

[14] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014812100344X

[15] https://www.powermag.com/changing-winds-emerging-wind-turbine-technologies/

[16] https://www.powermag.com/changing-winds-emerging-wind-turbine-technologies/

[17] http://www.odinenergy.co.kr/jsp/eng/product/introduce.jsp

[18] https://www.greentechmedia.com/articles/read/south-korean-firm-touts-novel-vertical-axis-wind-turbine-tower-concept

[19] https://www.asme.org/topics-resources/content/6-advances-in-wind-energy

[20] https://frv.com/en/frv-inaugura-oficina-en-reino-unido/

[21] https://alj.com/en/news/abdul-latif-jameel-energys-frv-enters-the-german-market-with-plans-to-provide-almost-800000-homes-with-clean-energy/

[22] https://frv.com/en/frv-australia-and-genesis-joint-venture-secures-land-for-a-further-400-mw-of-solar-across-three-north-island-sites/