DÉFI DU CLIENT
Situé à Blyth, dans le Northumberland, sur une partie du littoral de la mer du Nord, le National Renewable Energy Center (Narec) (Centre national des énergies renouvelables) est un centre d’excellence pour la recherche et le développement des éoliennes et des hydroliennes. Le Narec a un rôle clé sur ce marché actuellement dominé par quelques grandes organisations mondiales, car il aide les nouveaux entrants à évaluer et valider plus facilement leurs modèles, ce qui incite à une concurrence et à une innovation accrues à l’échelle de l’industrie.
Selon Tony Quinn, directeur des opérations du Narec, le temps que prennent les essais des nouvelles turbines et leur coût sont des obstacles redoutables pour les nouveaux entrants. « Traditionnellement, la seule façon pour les développeurs de tester de nouvelles turbines était de les mettre en mer », a déclaré Quinn. « Bien sûr, l’équipement n’est généralement pas prêt à partir en mer, et il est facilement endommagé. Cela signifie que les développeurs devaient les récupérer des fonds marins, les ramener à terre, les réparer et les redéployer. C’est un processus extrêmement coûteux et un obstacle de taille à l’entrée sur le marché. »
En plus d’être coûteuse et chronophage, cette méthode n’est pas répétable et retourne souvent des données exploitables limitées. Il n’y a aucune garantie que même un essai en mer de 12 mois rassemblera toutes les conditions nécessaires à une évaluation rigoureuse de la fiabilité et de la durabilité d’une turbine. « Ce processus dépend beaucoup des conditions de vent ou de marée que l’appareil connaît cette année-là », précise Quinn. « Vous attendez que certains événements de marée ou de vent se produisent à quelques kilomètres au large, ou au fond de la mer. Ce n’est pas un moyen très fiable ni très rapide de valider un modèle. »
SOLUTIONS MTS
Pour aider les développeurs d’hydroliennes et d’éoliennes à surmonter les coûts et l’incertitude des essais en mer, Narec a développé un complexe de laboratoires, dont deux installations capables de tester les trains d’entraînement de turbines allant jusqu’à 3 mégawatts (MW) et 15 MW, respectivement. Ces installations sont équipées des systèmes innovants de charge sans couple (NTL) de MTS, qui permettent aux développeurs de soumettre des transmissions d’éoliennes et d’hydroliennes à pleine échelle à des charges complexes et réelles, et de reproduire avec précision un large éventail de conditions maritimes dans des paramètres de laboratoire contrôlés et reproductibles.
« Avec les systèmes NTL de MTS, nous pouvons reproduire à volonté un événement de marée d’une année sur 100 ou un événement éolien d’une année sur 100 », a déclaré Quinn. « Nous pouvons recréer les forces du vent ou des marées selon trois axes orthogonaux, et nous pouvons appliquer une force le long de n’importe quel axe ou un moment de flexion autour de n’importe quel axe en trois dimensions simultanément. Nous pouvons utiliser un historique pour soumettre les conceptions de turbines à 10 ans d’événements du monde réel en seulement six mois. »
Les systèmes NTL utilisent des systèmes hydrauliques et des commandes MTS de pointe pour introduire des forces et des moments hors axe (ou sans couple) très importants dans le train d’entraînement d’une turbine rotative avec des degrés élevés de contrôle et de précision. Le système NTL logé dans l’installation de 3 MW du Narec est particulièrement adapté aux transmissions des hydroliennes, tandis que le système en construction dans l’installation de 15 MW sera idéal pour tester des transmissions des éoliennes en mer de plus grande taille.
Pour Quinn, les forces hors axe nécessaires pour tester efficacement les transmissions des turbines sont énormes. « Une éolienne de 7 MW a un diamètre d’environ 160 mètres, avec des pales de 80 mètres. Imaginez la force qu’il faut au vent pour frapper cette pale de plein fouet, le moment de renversement sur la transmission est énorme. Pour les turbines marines, l’effet est similaire mais les forces relatives sont encore plus élevées car elles sont immergées. » Pour répondre à ces besoins, le système NTL qui fonctionnera dans l’installation de 15 MW de Narec sera capable d’appliquer un moment de renversement de 56 meganewton-mètres (MNm), tandis que le système de l’installation de 3 MW peut appliquer une force allant jusqu’à 15 MNm.
Pour accueillir des équipements aussi puissants, les deux installations de transmission comportent des fondations massives spécialement conçues. Par exemple, l’installation de 15 MW repose sur une base comprenant 1 000 tonnes d’acier de construction et 100 pieux enterrés à 20 mètres de profondeur. « Nous avons dû enterrer les pieux à cette profondeur en raison des forces considérables que l’équipement MTS est capable d’appliquer », a déclaré M. Quinn.
AVANTAGES CLIENTS
La capacité de reproduire des événements réels de marée et de vent dans des paramètres contrôlés permet aux clients du Narec d’obtenir plus efficacement des informations critiques sur la fiabilité et la durabilité des nouveaux modèles de turbines, ce qui accélère considérablement leur développement et leur validation. Cela a un effet d’entraînement sur la compétitivité de l’industrie des énergies renouvelables en mer dans son ensemble, ainsi que sur le coût unitaire global de l’énergie éolienne et marémotrice.
« En fin de compte, ce que nous cherchons à faire, c’est de faire baisser le coût de l’énergie offshore et de la rendre plus compétitive par rapport au gaz naturel et au charbon », a déclaré M. Quinn. « Plus les développeurs s’informent rapidement sur leurs produits, plus ils améliorent rapidement la fiabilité et les coûts, et plus nous réduisons rapidement le coût de l’énergie. Plus la fiabilité est grande, plus nous donnons confiance aux investisseurs, ce qui est vital, et plus la concurrence se traduit par un marché plus sain. »
Quinn attribue à la relation de collaboration étroite entre les ingénieurs de Narec et de MTS la mise en place des capacités d’essai de la chaîne cinématique de Narec. « L’ensemble de la conception est le fruit d’un effort fantastique entre nous et MTS », a déclaré M. Quinn. « Nous relevons des défis techniques qui n’ont franchement pas été relevés par qui que ce soit dans le monde. Et ils ont vraiment nécessité une ingénierie de pointe. »
