Réduction des investissements éoliens offshore grâce à une modélisation précise des câbles

La durabilité à long terme du câblage des parcs éoliens offshore est essentielle, car les coûts associés au remplacement d’un câble endommagé en raison d’une surchauffe risquent de se chiffrer en millions de livres.

Grâce à une modélisation précise, une énorme rentabilité peut être obtenue en s’assurant que le nombre et la taille des câbles utilisés sont exactement adaptés à l’environnement dans lequel les câbles sont installés et à la nature intermittente de la production éolienne et aux conditions météorologiques potentiellement extrêmes.

En utilisant des systèmes de détection de température distribués (DTS) pour surveiller les températures des câbles pendant le fonctionnement, il est devenu clair que la méthode de modélisation traditionnelle des calculs de puissance thermique en régime permanent surestime régulièrement la taille et les types de câbles nécessaires au fonctionnement des parcs éoliens.

Pourquoi la fiabilité des câbles est vitale pour les parcs éoliens offshore

Le câblage est le mécanisme vital qui transmet le courant électrique permettant le fonctionnement d’un parc éolien. En raison de la résistance électrique, de la chaleur est générée à travers le câble. Le câble doit pouvoir gérer efficacement la chaleur générée pendant la durée de vie opérationnelle du parc éolien.

Par conséquent, il doit pouvoir dissiper la chaleur de manière efficace afin de pouvoir fonctionner dans une limite de température définie. Si le câble dépasse la limite de fonctionnement maximale définie
température, un vieillissement accéléré et un emballement thermique peuvent se produire. Cela raccourcira sa durée de vie ou conduira à son échec complet.

La chaleur qui est créée à travers le câble est déterminée par les pertes électriques. La capacité à dissiper la chaleur est déterminée par la construction et les matériaux du câble, mais aussi par les conditions d’installation, notamment le type de sol dans lequel le câble est posé, la profondeur d’enfouissement et la proximité d’autres sources de chaleur. Les pertes électriques résultant de l’échauffement des câbles sont directement
proportionnel au courant dans le câble. Les niveaux de puissance les plus élevés sont transmis par les câbles lors des pics de vent associés à des orages importants.

Avec les grands projets offshore, il n’y a pas d’autre méthode pour exporter l’énergie du parc éolien. Si votre connexion par câble principal tombe en panne, l’ensemble du parc éolien est un actif échoué.
A cela s’ajoutent des problèmes d’accessibilité pour permettre la pose ou la réparation de câbles sur le fond marin.

Les navires appropriés sont en nombre limité, des ressources humaines dotées des compétences appropriées sont nécessaires et le câble lui-même doit être transporté dans cet environnement, réparé et testé. Ce processus peut prendre des semaines voire des mois. Le coût des réparations peut facilement atteindre des millions de livres, sans parler de la perte de revenus d’un actif éolien bloqué. Cela signifie que la fiabilité des performances de ce câble en fonctionnement est cruciale.

La différenciation des approches de notation dynamique offre des solutions différentes

Il existe trois techniques reconnues pour modéliser le niveau d’énergie généré par un parc éolien et transmis par le système de câble. Comme nous l’avons déjà mentionné, l’analyse de l’état d’équilibre est la méthode traditionnelle utilisée pour déterminer la taille des câbles sur les parcs éoliens.

Il s’agit d’une approche de conception initiale prudente, qui utilise de grandes tailles de câbles en fonction de la puissance maximale du parc éolien.

Une approche alternative, connue sous le nom d’évaluation thermique dynamique, utilise des outils numériques pour analyser les données météorologiques et océaniques historiques des 15 à 25 dernières années à partir de l’emplacement où le parc éolien est prévu.

Les événements éoliens significatifs réels de cette période sont évalués en fonction de leur force ainsi que de la durée de leur durée. Cet outil algorithmique prend également en compte le détail du sol ou du sable dans lequel le câble est enfoui et les conditions d’enfouissement, afin d’évaluer le temps de chauffe.

En tenant compte de tous ces facteurs, la taille de câble optimale peut alors être déterminée. Ceci est très rentable car souvent un câble plus petit est conseillé avec un coût nettement inférieur pour
le développeur que ce qui serait recommandé par la méthode Steady State. Nous nous attendons à des économies allant jusqu’à 30% en dépenses d’investissement.

Par exemple, ITPEnergised a participé à la modélisation de câbles pour un projet de parc éolien offshore en Asie de l’Est. En utilisant Dynamic Thermal Rating pour modéliser leurs systèmes de câbles, un certain nombre de circuits de câbles d’exportation proposés ont été éliminés du concept initial, ce qui a permis au développeur d’économiser des dizaines de millions de dollars en dépenses d’investissement.

Cela montre qu’il y a des économies réelles et tangibles à réaliser, d’autant plus que le projet en Asie de l’Est était relativement petit par rapport à la taille de nombreux parcs éoliens en cours de développement.

En plus de cette méthode d’analyse de conception, il existe également l’analyse par éléments finis (FEA) qui implique des niveaux de données plus élevés et une analyse itérative, avec des outils et des logiciels spécifiques pour évaluer la taille de câble requise. Ceci est particulièrement important pour les situations où les conditions du sol et l’environnement installé sont extraordinairement complexes. Par conséquent, des données plus détaillées sont nécessaires pour déterminer la taille de câble nécessaire.

Actuellement, un groupe de travail du CIGRE (le CIGRE est un réseau mondial d’experts qui soutient le développement de normes et d’approches aux défis complexes des systèmes électriques) envisage
Évaluation thermique dynamique comme moyen de modéliser le câble pour les projets offshore. Beaucoup dans le secteur s’attendent à ce que le groupe publie une brochure technique dans les prochains mois, première étape d’un processus par lequel une approche particulière devient un standard de l’industrie.

Avec les économies de coûts générées par Dynamic Thermal Rating et l’analyse d’experts qui garantissent son efficacité et sa fiabilité, nous pouvons nous attendre à ce que cette approche devienne beaucoup plus répandue dans les années à venir.

La taille des projets de parcs éoliens offshore continue de croître de façon exponentielle alors que le changement climatique et les efforts vers des émissions nettes nulles sont devenus une priorité internationale. Cela signifie que les économies réalisées grâce à cette nouvelle approche de la modélisation des câbles seront tout aussi exponentielles.

Cela aura d’énormes implications pour la rentabilité des parcs éoliens et, en fin de compte, l’attrait de leur utilisation comme source d’énergie maintenant et à l’avenir.

Brian Branney est responsable de l’ingénierie et des systèmes d’alimentation chez ITPEnergised, qui fournit des services d’énergie, d’environnement, d’ingénierie, de conseil technique et de gestion des actifs d’énergies renouvelables pour une variété de projets, de secteurs et de clients dans le monde entier.