Les installations permettant de fabriquer des tuyaux de grand diamètre sur place dans les parcs éoliens peuvent être mises en place et prêtes à fonctionner en un mois environ, selon Keystone.
La société Keystone Tower Systems de Denver affirme pouvoir réduire le coût de l’énergie éolienne grâce à une technologie empruntée à la fabrication de tuyaux. Elle utilise des techniques de soudage en spirale pour enrouler de la tôle d’acier en d’énormes tours de turbine sur place, plus solides, plus rapides et moins chères que les techniques actuelles.
Les vents les plus forts ont tendance à souffler plus haut, mais comme le montre cette étude de 2022, des turbines plus hautes captant des vents plus forts ne sont pas nécessairement synonymes de coût énergétique plus bas. En effet, si l’on tient compte du coût des fondations plus solides et des tours plus hautes et plus robustes, tout ce qui dépasse environ 120 m, a tendance à produire une électricité plus chère – et sur un marché aussi sensible aux prix que celui de l’énergie, c’est une mauvaise nouvelle.
Selon le NREL (National Renewable Energy Laboratory), près de la moitié du coût de l’énergie (LCoE) d’une installation éolienne commerciale moyenne provient directement du coût des éoliennes elles-mêmes. Sur ce total, près de la moitié de l’argent se trouve dans la nacelle au sommet, et le reste est réparti entre les rotors, qui contribuent pour environ 13,7 % au LCoE, et la tour elle-même, avec environ 10,3 %.
Mais plus les tours sont grandes, plus leur part du CAPEX (dépenses d’investissement) initial augmente de manière disproportionnée. Une tour de 110 m peut représenter 20 % des CAPEX d’un projet, tandis qu’une tour de 150 m représente 29 % du coût. Sans parler des problèmes logistiques supplémentaires liés à la manipulation de machines aussi massives.
Keystone affirme avoir trouvé une solution pour fabriquer des tours qui permet de réduire le prix des grandes tours au point de « faire de l’énergie éolienne la source d’énergie la moins chère, non seulement dans les plaines, mais dans le monde entier ».
L’idée est assez simple : au lieu de créer un certain nombre de « boîtes » cylindriques, de les transporter par camion jusqu’au site de l’éolienne et de les souder ensemble pour créer la structure finale de la tour, Keystone propose de construire rapidement de petites installations de fabrication sur place, puis de transporter par camion des bobines d’acier en vrac, ou même des feuilles plates, qui peuvent être soudées ensemble pour former des bandes plus longues. Ces bobines ou bandes sont introduites dans des cintreuses à angle qui les plient en forme de spirale, laquelle est soudée en continu le long de la ligne de jonction pendant que l’acier est tourné. Une grande partie du processus est automatisée, comme vous pouvez le voir dans la vidéo ci-dessous.
Soudage en spirale de Keystone
Le résultat, selon Keystone, est une tour pleine longueur, ou des sections plus courtes si cela est plus facile d’un point de vue logistique, fabriquée 10 fois plus vite qu’une usine standard, en utilisant jusqu’à 80% de main d’œuvre en moins. Des économies peuvent également être réalisées au niveau des fondations utilisées pour les tours soudées en spirale. L’usine peut être prête à fonctionner en un mois environ, et la construction sur place permet de fabriquer le type de sections de grand diamètre qui ne pourraient tout simplement pas passer sous les ponts si elles étaient fabriquées dans une usine et expédiées.
D’après Reuters, cette restriction en matière de transport limite actuellement le diamètre maximal à 4,3 m, ce qui limite la hauteur des tours à environ 80 m. La technologie de Keystone peut être mise à l’échelle pour produire des tours de plus de 7 m de diamètre, pour des tours pouvant atteindre et dépasser 180 m de haut. Les parcs éoliens terrestres peuvent donc utiliser des tours plus hautes, avec des pales plus longues, entraînant des turbines plus grandes et produisant plus d’énergie.
Le soudage en spirale est une technologie bien établie pour la fabrication de pipelines, de sorte que le processus de création et de contrôle de la qualité de ces longues sections de tubes est déjà éprouvé. Keystone affirme que cette technique permet également d’obtenir « une meilleure performance en matière de fatigue et de flambage », ce qui permet de fabriquer des tours d’une hauteur donnée en utilisant moins d’acier. Et comme l’usine de fabrication est essentiellement mobile, il est assez facile d’en installer une temporairement à côté d’un quai et de produire des dizaines de sections ou des tours entières pour des installations en mer.
Keystone a mis en place sa propre usine de fabrication au Texas, mais les véritables avantages commenceront à se faire sentir lorsque les tuyaux seront laminés sur place dans un parc éolien.
Si l’unité d’usine mobile est un élément clé du jeu de Keystone, la société a également mis en place sa propre usine de fabrication au Texas, d’où elle a produit la tour de sa première installation réelle, en collaboration avec General Electric Renewable Energy.
Ce premier produit est une tour soudée en spirale de 89 m (292 pi) pour la turbine 2.8-127 de GE. Certifiée pour une durée de vie de 40 ans, la tour est conçue pour être un simple remplacement des tours standard de GE. Elle fournira probablement une bonne étude de cas à l’échelle commerciale à partir de laquelle il sera possible de procéder.
Certes, Keystone est une petite entreprise pour l’instant, qui survit en grande partie grâce aux subventions du gouvernement américain. Dans ce type de fabrication, il faut que les économies d’échelle se fassent sentir avant de pouvoir promettre de grandes économies aux clients. Mais il est clair que la tour représente une part importante du coût d’une éolienne finie, ainsi qu’un facteur restrictif dans l’équation taille/puissance, de sorte que la technique de soudage en spirale de Keystone pourrait devenir un levier puissant pour faire évoluer les coûts des énergies renouvelables.
https://keystonetowersystems.com/news/keystone-and-ge-announce-operation-of-first-spiral-welded-wind-tower
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544222015328
