WILLOW | Outils numériques holistiques et intégrés pour une plus grande longévité et une meilleure rentabilité des parcs éoliens offshore

La production d’électricité devant répondre à la demande en temps réel, les parcs éoliens doivent fournir une puissance générée qui satisfait aux besoins des gestionnaires de réseaux. Cela présuppose une production inférieure au potentiel maximal disponible. Parvenir à optimiser l’équilibre entre la production et la demande est une tâche complexe, tout comme l’est l’impact de ces actions sur l’équipement, et les connaissances à ce niveau font défaut. Le projet européen WILLOW vise à mettre sur pied un système intégré qui assurera aux opérateurs de parcs éoliens offshore une stratégie de délestage de la production qui tient compte de la santé des structures.

Contexte

Sur le marché à 24 heures, la production d’énergie éolienne est maximisée en modulant la production d’autres sources d’électricité distribuable pour s’adapter à la variabilité de l’énergie éolienne. Cette approche a cependant été remise en question. Les parcs éoliens devraient fournir un volume de production commandé qui répond aux besoins des gestionnaires de réseaux, au lieu de produire le plus de puissance possible. Cela implique que les parcs peuvent être amenés à réguler leur production à la baisse et à produire en sous-capacité.

Comment procède-t-on actuellement ? 

À l’heure actuelle, les parcs éoliens régulent essentiellement la production d’électricité selon deux méthodes :

• Par la mise à l’arrêt de certaines éoliennes : un nombre déterminé de mâts sont immobilisés, les autres fonctionnant toujours au maximum de leur puissance.
• Par une réduction de capacité de chaque éolienne : la capacité de chaque turbine est réduite d’un volume constant, ce qui peut avoir un impact négatif sur la longévité du mât.

Les deux méthodes visent à équilibrer la production électrique et la demande sur les réseaux, mais elles impliquent des défis opérationnels et recèlent des inconvénients potentiels distincts. L’implémentation de nouveaux programmes décisionnels pour la régulation des parcs éoliens n’a pas connu le succès escompté, pour diverses raisons :

• La complexité de la dégradation des composants et de l’intégration aux réseaux : la nature complexe que revêt la gestion de l’usure de l’équipement des parcs éoliens tout en garantissant parallèlement l’intégration sans heurts aux réseaux pose des défis d’envergure.
• Les niveaux de dégradation en mer : les parcs éoliens offshore sont confrontés à d’autres phénomènes de dégradation, notamment :
  • La corrosion : l’élévation de l’humidité et de la salinité accélère la corrosion des composants.
  • Les contraintes additionnelles : les vagues, les marées et les courants imposent un stress mécanique supplémentaire au matériel, ce qui complique d’autant plus leur entretien et leur fonctionnement.

Objectifs

Le projet vise à développer des outils open source fondés sur les données, dans le but de réduire les coûts d’exploitation énergétiques, d’augmenter la production des parcs éoliens et d’évaluer les risques opérationnels. En mettant en œuvre des outils numériques et physiques de pointe, les opérateurs pourront prendre des décisions mieux informées pour optimiser les parcs, allonger leur durée de vie et planifier leur démantèlement. Ces innovations contribueront à réduire les « coûts totaux moyens actualisés de l’énergie produite » (LCOE) en allongeant la « durée de vie résiduelle utile » (RUL) des sous-structures des parcs éoliens, conformément aux objectifs du plan SET.

Impacts escomptés

• Diminution des coûts de maintenance – Réduction attendue de 50 % des frais d’inspectio
• Optimisation de la conception et de la durée de vie utile – Allongement de 20 % de la longévité des parcs éoliens conçus initialement pour une durée de vie de 25 ans.
• Impact environnemental – Atténuation escomptée de 4 % des nuisances sonores.
• Coûts totaux moyens actualisés de l’énergie produite (LCOE) – Jusqu’à 10 % de réduction des LCOE, soit entre 3,5 et 4,5 €/MWh.

Approche

La surveillance globale de l’état de santé des structures (SHM) intègre les contraintes, les accélérations, les images et les pertes d’épaisseur pour évaluer la fatigue, la corrosion par piqûres et la dégradation de l’enduit de protection. Cette approche recourt à des capteurs physiques et virtuels qu’elle combine avec des techniques d’apprentissage machine (ML). Les outils de pronostic avancés combinent les données SCADA et SHM avec les modèles physiques et les méthodes ML et peuvent ainsi prédire la durée de vie déjà consommée ainsi que le temps résiduel de vie utile des composants de parcs éoliens. Par ailleurs, un outil d’aide à la décision contribue à la distribution intelligente de l’électricité lors des délestages, et optimise la planification de l’exploitation et de la maintenance (O&M). Cette stratégie d’ensemble permet d’améliorer la fiabilité, le rendement et la longévité des opérations d’exploitation du parc éolien.

Groupe cible

Les acteurs industriels : les exploitants de parcs éoliens et les compagnies d’électricité en tant qu’utilisateurs finals, les gestionnaires de réseaux électriques (GRT, GRD), qui pourront fournir des valeurs de consigne mieux documentées pour les points de délestage aux exploitants de parcs éoliens, les fabricants de composants structurels pour éoliennes offshore, les fournisseurs de contrôleurs pour parcs éoliens, les entreprises de services et de produits pour éoliennes ainsi que les fournisseurs de services O&M pour parcs éoliens.

Les décideurs politiques

Les organismes de recherche et de technologie : centres de recherche et universités, pour pérenniser le développement des outils et la fourniture des services

La société : sensibilisation du public
 

Financement

WILLOW est intégralement financé par l’Union européenne
Subvention de l’UE : ~5,8 millions d’euros (taux de financement : 100 %)

• Cadre
  • Appel : HORIZON-CL5-2022-D3-03 (Approvisionnement énergétique durable, sécurisé et compétitif) 
  • Thème : HORIZON-CL5-2022-D3-03-04 
  • Type d’action : HORIZON-RIA

Expertise de Sirris

Accès au site d’essais offshore
Sirris a noué une collaboration permanente avec le Blue Accelerator pour effectuer des essais offshore. Nous disposons d’un système d’acquisition de données sur site et nous possédons l’expérience et les protocoles de collaboration nécessaires pour réaliser des tests d’exposition offshore.

Laboratoire de dégradation des enduits de protection
Sirris possède un laboratoire dédié aux essais de dégradation accélérée des enduits (essai au brouillard salin, enceintes de vieillissement QUV, chambres en atmosphère humide, tests cycliques, essais d’immersion), mais aussi à l’application et à l’évaluation de ces mêmes enduits (dureté de l’enduit, décrochage du chariot, essais au scléromètre, tests électrochimiques).

Laboratoire de corrosion
Sirris dispose d’un laboratoire dédié aux essais de corrosion accélérée (tests électrochimiques, immersion, essais au brouillard salin, essais de corrosion par piqûres, laboratoire chimique) et à l’évaluation de la corrosion (microscopie optique et électronique, SEM-EDX, contrôle par ressuage, mesure de profondeur des piqûres).