Éolienne Câbles pour les projets d'énergie éolienne

Dans ce blog, nous vous en dirons plus sur les différents types de câbles pour les éoliennes, pour les projets d’énergie engendrée par le vent. Quels câbles sont nécessaires dans une éolienne et quels câbles sont requis pour transporter l’énergie générée depuis l’éolienne vers le réseau d’électricité. L’emplacement du projet déterminera quels câbles sont précisément nécessaires. Le site peut se trouver en pleine mer, sur la côte ou sur la terre ferme. Les câbles pour éoliennes offshore et onshore ont beaucoup de similitudes mais aussi des caractéristiques différentes. Avant d’approfondir la question, nous voulons d’abord rendre les développements au sein du secteur des éoliennes plus transparents. Nous vous dirons quelles sont les différences entre les parcs d’éoliennes offshore et onshore.

Statistiques générales de l’énergie durable

Globalement, l’énergie éolienne a la plus grande part dans la croissance de l’énergie durable, suivie par l’énergie hydroélectrique et l’énergie solaire. Le marché de l’énergie éolienne croît tous les ans, et en 2014 il a dépassé la limite de 50 GW d’énergie produite en un an. De ce fait, la demande de câbles pour les éoliennes grandit en même temps.

En 2014, selon le ‘Global Wind Energy Council’ (GWEC), 277 milliard d’euros ont été investis dans l’énergie durable. Globalement, les investissement dans l’énergie éolienne ont augmenté de 11% pour atteindre un montant record de 88 milliard d’euros : une croissance remarquable par rapport à 2013 (71,7 milliard d’euros) et 2012 (72,3 milliard d’euros).

Les câbles dans une éolienne

Les câbles d’éoliennes ont un rôle important dans le transport de l’énergie générée par les éoliennes. Chaque éolienne est composée d’une nacelle, d’un mât et d’une fondation. Dans une éolienne, on utilise entre autres des câbles pour la transmission, la distribution, les commandes et la transmission de données.

La plupart des éoliennes installées onshore et offshore ont une conception classique. En haut de l’éolienne, dans la nacelle, se trouve le générateur avec une boîte de démultiplication pour changer de vitesse. Il existe également des modèles sans ‘boîte de vitesses’.

Normalement, deux types de câble sont utilisés dans la nacelle. Ce sont des câbles à basse et à moyenne tension. Les câbles à basse tension sont utilisés pour les commandes et les signaux de données et de communication. Les câbles à moyenne tension transportent le courant vers le bas et sont utilisés pour commander la boîte de vitesses.

Les câbles à basse et à moyenne tension pour les éoliennes.

Les câbles à basse et à moyenne tension sont conçus pour des applications flexibles. Ils doivent avoir un rayon de flexion le plus grand possible. La raison est que les câbles pendent quelques mètres dans le mât, depuis le générateur dans la nacelle. La nacelle en haut de l’éolienne peut tourner. Les câbles dans l’éolienne doivent donc pouvoir tourner sans problèmes. Les câbles doivent également résister à des températures très hautes et très basses. Le plus souvent, on utilise une isolation spéciale en caoutchouc et une gaine extérieure, ou un matériau qui possède les mêmes caractéristiques physiques.

Les systèmes dans une éolienne requièrent des câbles sophistiqués de qualité pour la transmission de commandes, d’électricité et de données, et des câbles en fibre de verre pour commander l’éolienne.

Les câbles de commande sont flexibles et en règle générale bien protégés contre les champs électromagnétiques. Ils sont utilisés pour transporter la basse tension et les signaux de basse fréquence pour la commande de l’entraînement du moteur, des freins du générateur, le positionnement de la nacelle ou l’optimisation de la vitesse du rotor.

Les câbles de transmission électronique de données sont utilisés pour la commande des installations électroniques et mécaniques. Ils sont utilisés pour mesurer la vitesse du vent, la température et les paramètres pour enregistrer les performances. Habituellement, ces câbles sont blindés électromagnétiquement (EMC).

Les câbles en fibre de verre sont employés pour assurer une bonne transmission de données pour le monitorage et la gestion de toute l’éolienne.

Les caractéristiques des câbles pour les éoliennes

Les câbles utilisés dans la nacelle doivent être résistants à l’huile : De manière occasionnelle, ces câbles peuvent être exposés à de l’huile hydraulique et à l’huile de la boîte de vitesses. Dans le cas contraire, l’isolation durcira ou gonflera, également lorsqu’elle entre en contact avec des lubrifiants. L’usure du câble en est la conséquence, et dans le pire des cas, les conducteurs seront dénudés.

Les autres caractéristiques requises sont : résistant à l’usure, aux UV et à l’ozone, et aux températures qui varient de -40°C à 90°C. Depuis des années, le marché demande de plus en plus de câbles sans halogènes, avec une émission réduite de fumée en cas d’incendie.

Éoliennes offshore et onshore, les différences.

Les éoliennes peuvent être installées onshore (sur la terre) et offshore (en mer). Les conditions en offshore sont différentes de celles onshore. La différence la plus importante est constituée par les flux d’air. Sur la terre, on a affaire à des obstacles, comme le paysage, les arbres et les bâtiments. Ces obstacles perturbent les flux d’air. Offshore, il n’y a pas d’obstacles, et les vitesses du vent sont plus élevées. Le rendement est plus grand, mais l’installation de ces éoliennes est plus onéreuse.

D’autres différences entre les éoliennes offshore et onshore sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Le fonctionnement des parcs éoliennes onshore

En règle générale, les éoliennes terrestres sont installées en rangées. Les éoliennes sont interconnectées par un câble ‘inter-array’. Ce câble transporte l’électricité générée depuis les éoliennes vers un poste de transformation ou directement au réseau d’électricité. Lorsque l’électricité est dirigée vers un poste de transformation, la tension y est augmentée par des transformateurs pour réduire les pertes de transmission. L’électricité est ensuite transportée via des câbles de transport.

Le fonctionnement des parcs éoliennes offshore

Pour des distances encore plus grandes, on utilise un poste de transformation haute tension (HVDC) pour transporter l’électricité vers la terre ferme par le biais d’un câble CC. Pour garantir la sécurité, ces câbles sont enfouis dans le fond marin jusqu’à une profondeur de 3 mètres.

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Références

E.ON (2012), Offshore Wind Energy Factbook.
E.ON (2013), Wind Turbine Technology and Operations Factbook.
International Energy Agency – IEA (2014). World Energy Outlook