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La technologie de sous-marin Kite fait sensation pour l'énergie marine
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À première vue, la nouvelle technologie du «cerf-volant» sous-marin du développeur d’énergie marine Minesto peut facilement être rejetée comme un concept fantaisiste, l’une des dizaines introduites au cours de la dernière décennie pour exploiter l’immense potentiel de l’énergie océanique – mais ce serait une erreur. Depuis que Minesto a été séparée du fabricant suédois d’aérospatiale Saab fin 2006, la société a mobilisé un formidable soutien privé et public et a renforcé la disponibilité du marché pour la technologie. L’aboutissement de ces efforts – et un immense succès pour l’énergie marine mondiale – en février, la société a conclu un accord d’achat d’électricité (PPA) avec l’entité énergétique des îles Féroé SEV pour 2,2 MW – un accord qui comprend les installations prévues de deux 100 kW Minesto Deep Green cerfs-volants, ainsi que les futurs systèmes à l’échelle des services publics d’au moins 2 MW.

L’accord est important pour SEV, le principal fournisseur d’énergie des îles Féroé, un territoire autonome au sein du Royaume du Danemark qui comprend 18 îles au milieu de l’océan Atlantique Nord (au nord de l’Écosse et à mi-chemin entre la Norvège et l’Islande). L’entité, détenue par des groupes électrogènes municipaux sur ces îles, compte aujourd’hui 13 centrales électriques pour une population d’environ 51 000 personnes. En 2019, elle a produit près de 57% de sa production totale de 380,4 GWh à partir du pétrole, 28,2% à partir de l’hydroélectricité, environ 15% à partir du vent et une infime fraction à partir d’un générateur solaire photovoltaïque de 250 kW installé en décembre. Le territoire, cependant, souhaite éliminer complètement le pétrole d’ici 2030, y compris pour l’électricité, les transports et le chauffage, en raison principalement des coûts volatils et souvent exorbitants du pétrole. Ses ambitions à long terme incluent une accumulation à grande échelle d’énergie marémotrice comprise entre 30 MW et 70 MW, ce qui en fait une source d’énergie dominante et prévisible pour les îles.

Et pour Minesto, le PPA ouvre une percée dans un marché de niche des énergies renouvelables potentiellement lucratif: l’exploitation de la basse vitesse (moins de 2,5 mètres par seconde) [m/s]) des courants océaniques et des marées, que la société considère comme une vaste ressource naturelle mondiale inexploitée. « Le secteur des énergies marines est en phase de construction, et la stratégie de Minesto est de suivre le rythme du développement de la chaîne de valeur à mesure que le secteur se développe », a-t-il déclaré. C’est pourquoi, pour l’instant, le modèle commercial de Minesto est axé sur plusieurs sources de revenus: l’activité principale, qui consiste en la vente de produits, l’exploitation, les services et les services de maintenance; les efforts pour établir un marché, ce qui implique des partenariats pour le développement de grands sites et des démonstrations conjointes pour les petites installations de microréseaux; et licences géographiques.

1. Le système Deep Green de Minesto convertit l’énergie cinétique des courants marins en énergie via une turbine montée sous une aile qui est ancrée au fond marin (ou à une plate-forme de surface) par une longe. L’aile est soumise à la force de levage du courant sous-marin, qui propulse le système dans l’eau. La centrale se déplace sur une trajectoire en huit, à l’aide d’un système de commande et d’un gouvernail. Lorsqu’elle se déplace dans le courant, l’eau environnante s’écoule à travers la turbine à une vitesse plusieurs fois supérieure à la vitesse actuelle du courant. Courtoisie: Minesto

Jusqu’à présent, le seul produit de la société est le cerf-volant sous-marin Deep Green, mais il s’agit d’une technologie unique – et probablement le seul vérifié au monde qui puisse exploiter de manière rentable les cours d’eau marins à faible débit. Selon l’entreprise, le cerf-volant à énergie marine tire la puissance des courants de marée à faible débit et des courants océaniques – avec des vitesses comprises entre 1,2 m / s et 3 m / s – grâce à un «principe breveté» qui est similaire à un cerf-volant acrobatique volant dans le vent (figure 1).

Parce que le courant sous-marin crée une force de portance hydrodynamique sur l’aile, il pousse le cerf-volant vers l’avant et le dirige finalement automatiquement dans une trajectoire en « huit », explique Minesto. Lorsque le cerf-volant «vole» dans le courant, il pousse la turbine dans l’eau «à une vitesse plusieurs fois plus rapide que le débit réel», un principe qui multiplie essentiellement le débit du courant à travers la turbine et permet une conversion efficace de l’énergie dans courants marins de vitesse. La puissance produite dans le générateur embarqué est ensuite transmise au rivage via un câble dans la longe attachée à l’aile.

Un saut de préparation technologique

La conception est rapidement passée à un niveau de maturité technologique (TRL) de 7, en partie grâce au soutien notable des investisseurs privés et des partenaires de financement publics au Royaume-Uni, en Suède et dans l’Union européenne (UE). Après le développement du premier prototype «QuappenKite» en 2007, prouvant que le cerf-volant pouvait être dirigé sur une trajectoire prédéfinie, Minesto a produit en 2009 la première électricité du prototype SeaKite I lors d’essais en cuve aux Pays-Bas, et a rapidement évolué vers des essais océaniques le SeaKite II en 2011.

En 2013, il a construit le premier prototype Deep Green Ocean avec une envergure de 3 m et l’a exécuté en cycle de marée complet sur le site de test d’énergie marine de l’Université Queen’s de Belfast Strangford Lough en Irlande du Nord. Enfin, en juin 2018, la société a commandé le premier projet à grande échelle Deep Green à Holyhead Deep, une grande dépression dans les fonds marins au large des côtes du Pays de Galles. Le projet en cours comprend un seul démonstrateur de 500 kW Minesto appelé «DG500». Le succès de ce projet permettra à la société de déployer un cerf-volant plus grand entre 750 kW et 1,5 MW.

Ce modèle de deuxième génération du «Deep Green Utility», ou DGU, aura une envergure allant jusqu’à 24 m et sera installé à des profondeurs d’eau de 60 m ou plus (figure 2). Forte de 15,6 millions de dollars de fonds européens, elle cherche maintenant à installer la nouvelle DGU d’ici 2021 pour potentiellement étendre le site gallois à une gamme de démonstration commerciale allant jusqu’à 10 MW – et, finalement, à l’étendre à une gamme d’énergie marémotrice commerciale de jusqu’à 80 MW.

2. Un système Deep Green consiste en une turbine montée sous une aile qui est ancrée au fond marin (ou à une plate-forme de surface) par une longe. L’aile est soumise à la force de levage du courant sous-marin, qui propulse le système dans l’eau. La centrale se déplace sur une trajectoire en huit à l’aide d’un système de commande et d’un gouvernail. Au fur et à mesure qu’elle se déplace dans le courant, l’eau environnante s’écoule à travers la turbine à une vitesse « plusieurs fois supérieure à la vitesse actuelle du courant », explique l’entreprise. «Ce principe de multiplication du débit dans la turbine permet une conversion efficace de l’énergie dans les courants marins à faible vitesse.» Courtoisie: Minesto

Pendant ce temps, Minesto développe également le DG100, une version de 100 kW du système Deep Green de deuxième génération pour la démonstration dans les applications de micro-réseaux, avec des profondeurs d’installation inférieures à 60 m. Dotée d’un financement public de 3,6 millions de dollars par le biais du programme européen Instrument PME et de l’Agence suédoise de l’énergie, la première installation DG100 sur le réseau de SEV à Vestmannasund dans les îles Féroé doit commencer au début de cette année et la seconde suivra plus tard en 2020, renforçant son TRL à 8, a indiqué la société. La prochaine étape dans les îles Féroé pourrait impliquer la «construction progressive» du premier réseau de production à grande échelle de Minesto pouvant atteindre 30 MW, selon le communiqué. La vérification de la fonctionnalité et de la production d’énergie avec plusieurs unités propulsera son TRL à 9.

Parallèlement, armé de 2,7 millions de dollars supplémentaires de financement de l’UE, le développement d’un autre projet d’installation et de mise en service d’un système DG100 à Paimpol-Bréhat, un site d’essai connecté au réseau électrique français et exploité par EDF au large des côtes bretonnes, se poursuit. Minesto fait également partie d’un projet de développement conjoint avec le Center for Ocean Energy System de la National Taiwan Ocean University pour une installation pilote dans les courants de marée au large de Keelung, à Taïwan, ainsi qu’une installation dans les courants océaniques continus de l’État d’Asie de l’Est. Île verte. Minesto a noté que le projet pourrait ouvrir une opportunité de marché lucrative en Asie du Sud-Est, où le prix de l’électricité produite est «moins sensible» et la demande d’énergies renouvelables est élevée.

Un vaste marché de niche inexploité

Pourtant, comme pour les autres développeurs d’énergie marine, les coûts de production d’électricité figurent en tête de liste des défis futurs de l’entreprise, tout comme l’acceptation par le marché, le soutien financier et les autorisations. En utilisant des méthodologies qui prennent en compte les investissements, les coûts d’exploitation et les coûts de déclassement par rapport au rendement énergétique total au cours du cycle de vie, la société suggère que son coût de l’énergie nivelé (LCOE) pourrait atteindre 100 € (111 $) / MWh après l’installation de 100 MW cumulés. les courants de marée, mais dans les courants océaniques, où les usines pourraient atteindre un facteur de capacité beaucoup plus élevé, le LCOE pourrait chuter à 50 € (56 $) / MWh à 100 MW de capacité installée cumulée.

«Cela signifie qu’à un stade précoce, la technologie devrait être plus rentable que les formes d’énergie établies telles que la nouvelle énergie nucléaire et l’énergie éolienne offshore existante», a-t-il déclaré. Et cela, a-t-il souligné, «malgré le fait que le modèle LCOE de la société ne prenne pas en compte l’augmentation de la puissance nominale de la centrale mais repose uniquement sur des systèmes d’une puissance de 750 kW. De plus, l’analyse LCOE est basée uniquement sur des baies de production d’une capacité installée allant jusqu’à 75 MW. »

Néanmoins, aujourd’hui, l’entreprise dépend encore fortement des subventions. Depuis sa fondation, il a reçu un total de 44,6 millions de dollars d’organismes publics, principalement parce qu’il correspond à la facture de nombreuses initiatives menées par l’État, telles que l’atténuation du changement climatique, l’innovation technologique et la future croissance industrielle. La Suède, en particulier, l’appuie fortement, reconnaissant un rôle dans l’exportation mondiale potentielle de la technologie de l’énergie marine. L’UE, quant à elle, la finance par le biais de trois initiatives distinctes, toutes liées à la promotion des technologies énergétiques propres.

Cependant, encouragé par les efforts mondiaux de décarbonisation, Minesto est optimiste quant à ses perspectives. Bien que l’énergie marine soit encore une industrie émergente, elle offre des avantages clés par rapport aux autres énergies renouvelables, a noté la société. Par exemple, il n’a aucun impact visuel et un impact environnemental limité.

Le principe de la technologie, quant à lui, lui confère plusieurs avantages compétitifs par rapport aux autres technologies de l’énergie marémotrice, qui, bien que prometteuses, semblent souffrir d’un faible soutien aux investissements. La première est que le système peut être installé dans les courants océaniques profonds. Parce que ces courants sont constants et réguliers, la perspective offre le potentiel de produire de l’énergie renouvelable en charge de base.

Le design est également petit pour sa sortie. Le prototype DG500, par exemple, pèse 14 tonnes métriques (mt), ce qui se compare à certains modèles de marée concurrents qui pèsent entre 100 mt et 500 mt. De plus, les sites de courants marins à faible vitesse seraient plus faciles d’accès par rapport aux forts débits, où d’autres technologies peuvent fonctionner, donnant à la conception un avantage sur les coûts associés aux opérations et à la maintenance.

Enfin, et ce qui est peut-être le plus important, le potentiel actuel du marché marin dépasse 600 GW – et cela inclut les lacs, les rivières et les océans (figure 3). Cela représente une grande opportunité, mais cela comporte également un risque important, car la commercialisation de Deep Green dépend fortement de la confiance du marché dans l’industrie encore «non éprouvée». Parce que cette confiance «peut prendre du temps à se réaliser», elle expose la technologie de Minesto à la concurrence liée aux prix, à la qualité des produits, à la fiabilité et aux conditions de financement.

3. Répartition mondiale des courants océaniques. L’échelle de couleur indique les différences d’amplitude des marées, qui reflètent essentiellement la force des courants de marée. Courtoisie: Minesto

«Si l’électricité marine en tant que source d’énergie ne peut pas réussir [commercialized], la société ne générera aucun revenu », a déclaré Minesto. Pourtant, pour l’instant, la société prend de grandes mesures pour susciter l’intérêt pour la technologie pionnière. En dehors de son implantation dans les îles Féroé, au Pays de Galles, sur la côte atlantique de l’UE et à Taïwan, il est également «en dialogue» avec des collaborations établies avec des instituts de recherche et des acteurs de l’industrie dans de nombreux autres marchés mondiaux, tels que le Japon, la Chine, le Canada , les États-Unis, le Chili, la Norvège, la Corée du Sud, les Philippines et l’Australie, a-t-il déclaré.

—Sonal Patel est rédacteur en chef adjoint de POWER.

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