Des générateurs supraconducteurs pour alléger les éoliennes de 10MW
La promesse du projet SUPRAPOWER (SUPerconducting, Reliable, lightweight, And more POWERful offshore wind turbine) est alléchante: un générateur à entraînement direct supraconducteur (SC) à la fois léger, robuste et suffisamment fiable pour tirer pleinement parti de l'éolien offshore en Europe. Les éoliennes obtenues seront plus petites et moins coûteuses, les coûts d'exploitation et de maintenance seront réduits, la fiabilité et l'efficacité seront améliorées, et le rendement de conversion sera maximisé. «Plusieurs concepts de générateurs à supraconducteur ont été développés ou sont en cours de développement, mais certains des concepts proposés font toujours face à certains problèmes techniques qui compliquent leur faisabilité industrielle pour le très difficile secteur de l'éolien offshore. Ces problèmes comprennent, entre autres, le coût élevé du matériau supraconducteur et l'utilisation de fluides cryogéniques», explique Iker Marino Bilbao, coordinateur de SUPRAPOWER. «Notre générateur à supraconducteur MgB2 résout ces problèmes.» Un développement difficile Le développement du générateur MgB2 n'a pas été une promenade de santé. «En raison de sa nouveauté, nous avions peu de précédents sur des aspects essentiels de cette technologie, tels que les bobines rotatives MgB2», déclare M. Bilbao. «Nous avons dû procéder par étapes: d'abord, deux petites bobines de test pour valider le processus de conception et de fabrication; puis une bobine à double enroulement en vraie grandeur destinée aux essais; et enfin, des bobines de champ à l'échelle réelle.» Le cryostat a nécessité une approche similaire, avec d'abord un système factice puis, en fonction des résultats expérimentaux, des cryostats finaux en cours de construction. «Un autre défi tient à ce que toute modification d'un composant affecte les autres, car les différentes parties (bobines, mats, cryostats, etc.) seront assemblées dans la machine à l'échelle réelle. La coordination technique est essentielle, tout comme il est essentiel de trouver des fabricants qualifiés pour certains composants qui nous ont posé plus de problèmes que prévu.» Un poids réduit Le projet, qui doit s'achever en mai 2017, est en bonne voie d'atteindre ses objectifs ambitieux. La conception du générateur à supraconducteur (SCG) est achevée, et l'équipe a pu comparer ses performances dans une éolienne à celles d'un générateur à aimant permanent (PMG). Elle a observé une réduction de 26 % du poids des parties actives de l'éolienne, une réduction globale de 16 % en comptant la structure de support, et une réduction de 11 % du poids de la tour. Cela permettra notamment de baisser considérablement les coûts de transport et de déploiement. «L'une des opérations maritimes les plus difficiles sera l'installation des pales, qui sont exactement les mêmes dans les deux cas», fait observer M. Bilbao. Le projet a également conçu un système magnétique rotatif à l'échelle pour valider le concept d'un générateur de 10MW. Il se compose d'un rotor externe avec deux bobines de champ à supraconducteur, qui sont actuellement en phase finale de fabrication. Ces deux bobines se composent d'un empilement de neuf bobines MgB2 à double enroulement, connectées en série entre deux plaques de cuivre épaisses. Les deux bobines à champ sont enveloppées dans un cryostat modulaire autour d'un axe en fer, et on extrait la chaleur par conduction à travers un collecteur thermique reliant les deux bobines. Les cryostats sont encore en construction, mais des versions factices ont déjà été réalisées et testées. Le joint rotatif, de son côté, a déjà été conçu, fabriqué et entièrement testé. «Actuellement, nous sommes en train de fabriquer à l'échelle tous les éléments de la machine et nous pensons achever sa validation expérimentale en mai 2017», déclare M. Bilbao. Une solution attractive pour le marché Alors que les membres du projet doivent encore analyser le potentiel commercial de leur technologie, ils estiment que son déploiement sera sensiblement plus facile que celui des éoliennes conventionnelles. Le transport et l'installation peuvent être réalisés avec les équipements actuels, sans différences majeures avec les éoliennes de puissance comparable. Les éléments supraconducteurs sont extrêmement fiables et leur entretien se réduit à celui des pompes à vide et des cryoréfrigérateurs. Cependant, même s'il s'agit de composants industriels bien connus, le fait qu'ils n'ont jamais été employés pour ce type d'usage signifie que les premiers prototypes à l'échelle et les premières unités commercialisées nécessiteront une attention et un suivi particuliers. «Si nous parvenons à prouver la faisabilité et les avantages de ce nouveau concept de générateur, la prochaine étape majeure consistera à convaincre un fabricant d'éolienne ou de générateur pour éolienne de poursuivre le développement de ces technologies et d'en faire la démonstration à l'échelle du MW», conclut M. Bilbao.
Mots‑clés
Éoliennes, évolutivité de la puissance, SUPRAPOWER, supraconducteur, légèreté, refroidissement sans cryogène
