La baisse du prix de l’énergie solaire a plus de presse, mais il se passe aussi de grandes choses dans la technologie éolienne. Et je veux dire grandes.

Le calcul des éoliennes est assez simple : Plus c’est gros, mieux c’est. Plus précisément, il y a deux façons de produire plus d’énergie à partir du vent dans une zone donnée.

La première est avec des rotors et des pales plus grands pour couvrir une zone plus large. Cela augmente la capacité de l’éolienne, c’est-à-dire sa production potentielle totale.

La seconde consiste à faire monter les pales plus haut dans l’atmosphère, là où le vent souffle plus régulièrement. Cela augmente le « facteur de capacité » de l’éolienne, c’est-à-dire la quantité d’énergie qu’elle produit effectivement par rapport à son potentiel total (ou plus familièrement : la fréquence à laquelle elle fonctionne).

L’histoire du développement de l’énergie éolienne a été l’histoire de l’ingénierie de turbines de plus en plus hautes avec des pales de plus en plus grandes. C’est une affaire délicate et délicate. Les choses grandes et minces, placées dans des vents forts, ont tendance à se plier et à fléchir. Lorsque de longues pales d’éoliennes se courbent, elles peuvent s’écraser sur la tour, ou le moyeu, comme ce système danois l’a fait en 2008 après que son « frein » ait lâché et qu’il soit devenu incontrôlable :

Donc, le troisième défi d’ingénierie consiste à trouver des conceptions et des matériaux capables de résister aux contraintes qui accompagnent la hauteur et les vents plus forts. Ces contraintes deviennent assez intenses – regardez cette vidéo d’ingénieurs testant une énorme pale de turbine en la tirant d’avant en arrière avec « le poids d’environ 16 éléphants africains ».

De toute façon, rendre les turbines de plus en plus grandes est le nom du jeu. Lorsqu’il s’agit de turbines terrestres (onshore), ce processus commence à se heurter à diverses limitations non techniques – points d’étranglement des transports et des infrastructures, préoccupations relatives à l’utilisation des terres, inquiétudes concernant les vues, les grands oiseaux, les ombres, etc.

Mais surtout en Europe, l’énergie éolienne se déplace de plus en plus vers la mer. Et dans l’océan, avec la terre à peine en vue, la seule limite à la taille est l’ingénierie. Par conséquent, les turbines offshore d’aujourd’hui font un saut encore plus rapide que les turbines terrestres au cours de la dernière décennie.

Un exemple frappant de cette tendance a surgi en mars 2018 (lorsque j’ai publié cette histoire pour la première fois). GE Renewable Energy a annoncé qu’elle allait investir 400 millions de dollars pour développer une nouvelle turbine monstrueuse : la Haliade-X, qui sera (au moins jusqu’à la prochaine grande annonce) la plus grande, la plus haute et la plus puissante du monde.

C’est impressionnant comme exploit d’ingénierie, mais la signification de l’augmentation de la taille des turbines va bien au-delà. Des turbines plus grandes récoltent plus d’énergie, de manière plus régulière ; plus elles sont grandes, moins elles sont variables et plus elles sont fiables, et plus elles sont faciles à intégrer au réseau. L’énergie éolienne supplante déjà les autres sources sur les marchés de gros de l’énergie. Après quelques générations supplémentaires de croissance, ce ne sera même plus un concours.

Ce que les éoliennes atteignent

Pour avoir une idée de la taille de cette nouvelle turbine GE, commençons par quelques comparaisons.

J’ai appelé Ben Hoen, un chercheur scientifique au Lawrence Berkeley National Laboratory pour obtenir les derniers chiffres sur la taille des éoliennes. (Il souligne qu’il s’agit de chiffres préliminaires – le LBNL publiera un rapport à ce sujet dans quelques mois, mais il ne s’attend pas à ce que ces chiffres changent beaucoup, voire pas du tout.)

Selon Hoen, la hauteur totale moyenne (de la base à la pointe) d’une éolienne terrestre américaine en 2017 était de 142 mètres (466 pieds). La turbine médiane était plus proche de 152 mètres (499 pieds). En fait, selon M. Hoen, la médiane se rapproche de la hauteur maximale. En d’autres termes, au fil du temps, les turbines terrestres américaines semblent converger vers cette hauteur approximative. Pourquoi ? Parce que si vous construisez plus de 499 pieds, l’Administration fédérale de l’aviation exige quelques étapes supplémentaires dans son processus d’approbation, et apparemment la plupart des développeurs n’ont pas trouvé que cela valait la peine.

Les très hautes turbines terrestres américaines se trouvent au projet Hancock Wind dans le comté de Hancock, dans le Maine. Celles-ci – des Vestas V117-3.3, si vous voulez savoir – mesurent environ 574 pieds de haut.

C’est donc sur terre. Qu’en est-il de l’offshore ? Eh bien, jusqu’à présent, les États-Unis ont une et une seule installation éolienne offshore en service, le Block Island Wind Farm au large de Rhode Island. Ses turbines s’élèvent à environ 590 pieds.

Comment l’Haliade-X se compare-t-elle à tout cela ? Selon GE, elle atteindra 853 pieds de haut.

Ce serait, pour autant que je sache, la plus haute éolienne du monde. D’après ce que je peux dire en googlant (comme je l’ai dit, ces choses changent rapidement), le précédent détenteur du record est une turbine terrestre de 809 pieds en Allemagne.

Des turbines plus grandes signifient plus de puissance, plus souvent

La hauteur n’est pas tout ce qui compte, cependant. L’Haliade-X peut se targuer de quelques autres superlatifs.

Le diamètre du rotor est une mesure du balayage complet des pales de la turbine (le diamètre du cercle qu’elles définissent). Toutes choses égales par ailleurs, un plus grand diamètre de rotor signifie que l’éolienne peut récolter plus de vent.

En 2017, m’a dit Hoen, les éoliennes américaines avaient un diamètre de rotor moyen de 367 pieds. L’Haliade-X aura un diamètre de rotor de 722 pieds, soit à peu près le double de la moyenne. Les pales seront gargantuesques, 351 pieds de long chacune, plus longues qu’un terrain de football et plus longues, selon GE, que n’importe quelle autre pale offshore à ce jour.

Le diamètre massif du rotor, plus le vent offshore régulier, plus la turbine de 12MW (les moyennes terrestres sont d’environ 3MW ; offshore d’environ 6MW), signifie que l’Haliade-X aura un facteur de capacité exceptionnellement élevé.

Cette citation du rapport 2016 sur le marché des technologies éoliennes du ministère de l’Énergie montre comment les facteurs de capacité éoliens ont évolué au fil du temps : « Le facteur de capacité moyen de 2016 parmi les projets construits en 2014 et 2015 était de 42,5 %, contre une moyenne de 32,1 % parmi les projets construits de 2004 à 2011 et seulement 25,4 % parmi les projets construits de 1998 à 2001. »

À titre de comparaison, en 2016, le parc nucléaire américain avait un facteur de capacité moyen d’environ 92 %. (Compte tenu des marchés actuels, le nucléaire n’est économique que lorsqu’il fonctionne en continu, en charge de base). Le charbon et le gaz naturel étaient respectivement à 55 et 56 %. (Le gaz naturel est aussi bas parce qu’il augmente et diminue fréquemment sa capacité pour suivre les fluctuations de la demande. Le charbon était autrefois proche de 80, mais il est de moins en moins économique de faire fonctionner les centrales à charbon.)

Donc l’éolien américain moderne est monté à 42,5 pour cent et le gaz naturel est à 56 pour cent. L’Haliade-X, selon GE, aura un facteur de capacité de 63%. C’est de la folie, mais ce ne serait pas le plus élevé au monde – les turbines offshore flottantes du projet Hywind Scotland ont atteint 65 % récemment.

Ajoutez tout cela et, sur un « site allemand typique de la mer du Nord », dit GE, chaque Haliade-X produira environ 67GWh par an, « suffisamment d’énergie propre pour 16 000 foyers par turbine, et jusqu’à 1 million de foyers européens dans une configuration de parc éolien de 750 MW ». (Il suffit de dire que le nombre serait plus petit pour les ménages américains, qui sont très gourmands en énergie). Cela représente « 45 % d’énergie en plus que toute autre éolienne offshore disponible aujourd’hui », selon la société.

La première Haliade-X est actuellement en construction à Rotterdam, aux Pays-Bas. GE a déclaré en avril qu’elle commencera à produire de l’électricité plus tard cette année.

Des turbines plus grandes qui fonctionnent plus souvent vont écraser tous les concurrents

Penchons-nous sur ce que ces facteurs de capacité croissants signifient pour l’éolien.

Je reviens souvent à ce billet de 2015 de l’analyste énergétique Ramez Naam sur le potentiel ultime de l’énergie éolienne. « L’éolien à un facteur de capacité de 60 %, écrit-il, même au même prix par kwh qu’aujourd’hui, aurait énormément plus de valeur qu’aujourd’hui, avec moins de limites à la quantité que nous pourrions utiliser.

Pourquoi cela ? Plusieurs raisons.

• Plus une source est variable, plus il faut de sauvegarde pour la raffermir et la rendre fiable. (Aujourd’hui, le backup est le plus souvent assuré par des centrales au gaz naturel, même si les batteries se font de plus en plus rares). En rendant le vent moins variable et plus fiable, des facteurs de capacité plus élevés réduisent les coûts de sauvegarde.
• L’énergie renouvelable variable (soleil et vent) a tendance à « manger son propre déjeuner ». Parce qu’elles produisent toutes de l’énergie au même moment (lorsque le soleil brille ou que le vent souffle), le prochain incrément de capacité ajouté a pour effet d’abaisser le prix de compensation pour tous les autres incréments. Plus il y a d’énergie en ligne en même temps, plus le prix est bas. En répartissant son énergie sur une période plus longue – environ deux fois les 32 % des turbines de 2011 – une turbine avec un facteur de capacité de 60 % émousse et ralentit cet effet de suppression des prix.
• En prolongeant ses heures de fonctionnement, une turbine à fort facteur de capacité est plus susceptible de produire pendant les pics de demande, lorsque l’énergie est la plus précieuse.

Un facteur de capacité de 60+ % n’est pas tout à fait  » de base « , mais il semble certainement beaucoup moins variable. Les turbines comme la Haliade-X auraient donc plus de valeur même si le prix de l’électricité éolienne restait le même.

Mais bien sûr, il ne restera pas le même ; il a chuté de 65 % depuis 2009. Un rapport récent du NREL a prévu que les innovations dans la technologie de l’énergie éolienne (dont les turbines plus grandes sont l’une des nombreuses) pourraient le faire baisser encore de 50 % d’ici 2030. (Des chercheurs de l’université de Virginie travaillent sur la conception d’une turbine offshore qui culminera, sans mentir, à 1 640 pieds, soit plus haut que l’Empire State Building.)

Disons que les nouvelles éoliennes américaines atteindront une hauteur moyenne de moyeu de 460 pieds d’ici 2025, ce qui correspond à peu près aux projections actuelles. Selon les données du NREL, ces turbines pourraient atteindre des facteurs de capacité de 60+ pour cent sur plus de 750 000 miles carrés du territoire américain, et 50+ pour cent sur 1,16 million de miles carrés.

Tant de vent, à ce facteur de capacité, avec les progrès prévisibles de la technologie éolienne, produira de l’énergie suffisamment bon marché pour écraser absolument tous les concurrents. Et 2025 n’est pas si loin.