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Les convertisseurs d'énergie des vagues ont fait beaucoup de vagues dans le secteur de l'énergie ces derniers temps,
en partie grâce au tout nouveau dispositif d'énergie des vagues de la Chine, à l'échelle du mégawatt.
Cet appareil n'est pas le premier du genre, mais sa taille représente une percée
pour cette branche sous-utilisée mais puissante de l'arbre généalogique de l'énergie propre.
Qu'est-ce que la production d'énergie houlomotrice et comment se compare-t-elle aux autres énergies renouvelables ?
Et si l'énergie des vagues est si grande, pourquoi est-elle à la traîne par rapport au solaire, au vent et aux autres ?
Plongeons dans l'océan des énergies renouvelables, où les vagues peuvent détenir plus de potentiel inexploité
que le soleil.
Peut-être que les surfeurs avaient raison depuis le début.
Je suis Matt Ferrell… bienvenue dans Undecided.
L'énergie des vagues est en quelque sorte une branche de l'arbre généalogique de l'hydroélectricité.
Au lieu d'utiliser des barrages et la gravité pour capter l'énergie potentielle de l'eau lors de sa chute,
il traduit le mouvement de l'océan en une énergie presque illimitée.
En d'autres termes, l'énergie des vagues utilise l'énergie cinétique stockée dans les vagues et est mécaniquement
similaire à l'énergie éolienne.
Techniquement, ils essaient tous les deux de capturer des ondes, mais les ondes ondulent à travers
différents états de la matière.
Il y a cependant quelques différences importantes.
Premièrement, contrairement au vent, les vagues océaniques ne sont pas intermittentes.
Le surf est toujours en place, mec !
Et deuxièmement, l'eau a plus de masse que l'air.
Parce que l'énergie potentielle est calculée en utilisant la masse et la vitesse, elle a le potentiel de transférer
plus d'énergie.
Cela signifie qu'il y a beaucoup plus d'énergie potentielle dans la mer disponible pour la capture.
En théorie, les côtes américaines pourraient générer à elles seules jusqu'à 2,64 billions de kilowattheures d'énergie.
Cela représente environ 64 % de la production totale d'électricité à l'échelle des services publics aux États-Unis en 2021.
Et les vagues ont tendance à augmenter en hiver.
Ainsi, lorsque des journées plus courtes commencent à affecter négativement l'énergie solaire, l'énergie des vagues ne fait que se
renforcer !
Sonne bien, mais quel est le piège?
Tout comme le solaire, l'astuce consiste à convertir efficacement toute cette énergie des vagues
en électricité utilisable.
Au cœur de ce problème se trouve le développement d'un convertisseur d'énergie des vagues (WEC) optimisé qui
peut générer de l'électricité tout en survivant aux conditions difficiles de l'océan.
Le record le plus ancien de l'exploitation de l'hydroélectricité par l'humanité remonte à 202 avant notre ère en Chine.
À l'époque, ils utilisaient des marteaux-piqueurs et une roue hydraulique à réglage vertical pour piler et décortiquer le grain, ainsi que
casser le minerai.
Il est donc approprié que nous retournions en Chine pour la dernière innovation hydroélectrique.
Il s'agit d'un WEC massif appelé la banque d'alimentation mobile Nankun.
Et quand je dis massif, je le pense !
Le Nankun pèse 6 000 tonnes métriques et peut générer jusqu'à 24 000 kilowattheures
d'électricité par jour.
Cela équivaut à la consommation électrique quotidienne de 3 500 foyers.
La taille et la génération à l'échelle du mégawatt du Nankun représentent un grand pas en avant
par rapport aux dispositifs d'énergie des vagues plus anciens et plus petits à l'échelle du kilowatt.
Mais le Nankun n'est pas le seul WEC.
Des bouées absorbantes à points serpentins aux colonnes d'eau oscillantes qui utilisent les vagues pour déplacer l'air pour
déplacer les turbines, à des choses encore plus étranges, il existe une vaste gamme de conceptions différentes, toutes en compétition
pour être celle qui craquera efficacement et commercialement l'énergie des vagues.
Pourquoi est-ce?
Ce n'est pas comme si nous voyions une tonne de façons différentes de transformer le vent en énergie, et il n'y a
pas une grande variété de formes de panneaux solaires différentes.
Qu'est-ce qui rend l'énergie des vagues si étrange ?
Eh bien, contrairement à l'énergie solaire ou éolienne, nous n'avons pas encore trouvé les meilleurs outils, techniques et matériaux de leur catégorie
.
En ce qui concerne les WEC, il existe de nombreuses façons différentes d'écorcher un chat, et le domaine est tout simplement
moins étudié que les autres énergies renouvelables.
Selon Robert Thresher du National Renewable Energy Laboratory (NREL), même s'il
existe une vaste gamme de conceptions différentes, il est possible que nous n'ayons pas encore inventé le
meilleur WEC.
En 2014, certains experts estimaient que l'énergie des vagues avait environ 30 ans de retard sur l'éolien et le solaire.
Cependant, depuis lors, le nombre d'articles publiés sur l'énergie des vagues a presque doublé.
Même si la recherche se développe rapidement, quel est le gros retard ?
L'énergie houlomotrice fait face à plus de défis techniques que les autres générateurs d'énergie renouvelable.
Les WEC, de par leur conception, doivent être suffisamment solides pour être secoués par le vent et l'eau
toute la journée, tous les jours, pendant des décennies.
Encore une fois, le surf est en place, mec, le surf est toujours en place.
Il n'y a pas d'échappatoire au surf !!
Et c'est un jour normal.
Ces systèmes doivent être conçus pour résister à une mer agitée, ainsi
qu'à diverses tempêtes et ouragans.
Un système mal conçu sera mis en pièces par les vagues.
L'océan lui-même n'est pas particulièrement accueillant pour notre technologie.
L'eau salée est corrosive et peut détruire le métal et l'électronique.
Alors que les boîtiers étanches et les anodes sacrificielles peuvent aider à protéger certaines structures, le brouillard salin
est toujours l'un des principaux tests de torture sur l'électronique et les métaux robustes.
Il y a aussi l'encrassement biologique, où des organismes comme les balanes et les algues adhèrent volontiers
à tout ce que nous jetons à la mer et causent toutes sortes de problèmes.
Mais malgré ces défis, l'énergie propre potentiellement offerte par les mers est trop
belle pour être laissée de côté.
Et avec le domaine aussi jeune qu'il soit, il n'y a qu'une pléthore d'appareils étranges et merveilleux
tous en lice pour surmonter efficacement ces défis et devenir la norme de l'industrie.
Un nouveau venu prometteur est la série xWave de convertisseurs d'énergie des vagues de CalWave.
Êtes-vous fatigué que je dise "vague" ?
Qu'est-ce que xWave et comment ça marche ?
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Revenons donc à xWave et à son fonctionnement.
Conçu et breveté en 2012 par CalWave, cet appareil convertit le mouvement relatif des
vagues en puissance.
La conception robuste du xWave lui permet de capter l'énergie des vagues provenant de n'importe quelle direction, et
même de se repositionner dans la colonne d'eau pour maximiser son potentiel de capture.
En 2016, CalWave a remporté le deuxième prix de 500 000 $ du concours Wave Energy du DOE.
Ensuite, il s'est rendu au Scripps Institute of Oceanography pour un essai de 6 mois, où le xWave a résisté
à la plus grande tempête qui ait frappé la région en une décennie.
Cela soulève en fait un bon point.
Les grosses tempêtes peuvent apporter des vagues trop fortes pour être converties en énergie.
Les grosses vagues peuvent également endommager les WEC.
Mais le xWave peut détecter de manière autonome les tempêtes venant en sens inverse et utiliser sa capacité à se repositionner pour
se cacher en toute sécurité sous les vagues.
Le laboratoire national du nord-ouest du Pacifique a étudié l'impact environnemental du xWave et a attribué
à l'appareil d'excellentes notes globales.
La menace d'enchevêtrement et de collision était présente mais minime.
Tous les sons ou champs électromagnétiques (EMF) émis par le xWave ont été suffisamment amortis
par sa coque.
Et pour couronner le tout, le xWave n'utilise que des lubrifiants et des huiles approuvés par Green Marine, de sorte que tout
déversement chimique malheureux serait inoffensif.
Je n'aurais jamais pensé dire "lubrifiants et huiles" dans une vidéo.
Comment se compare-t-il à notre autre percée récente, le Nankun ?
Je n'ai trouvé aucune étude d'impact sur l'environnement pour cet appareil, mais vu qu'il
n'a commencé ses opérations d'essai qu'en juin, je ne serais pas surpris qu'une telle étude
était à venir.
Il est important de noter que les lubrifiants, les huiles et l'encrassement biologique sont une autre raison pour laquelle
l'énergie des vagues n'a pas été beaucoup utilisée dans le passé.
Il est bon de voir des entreprises comme CalWave être proactives à cet égard et fournir également
des résultats.
Mais tout le respect de l'environnement ne signifie pas grand-chose si le xWave n'est pas assez bon
pour générer de l'énergie pour se déployer en premier lieu !
Les plus petits appareils x1 peuvent générer 100 kilowatts, ce qui est suffisant pour un immeuble plus grand,
tandis que leur plus grand appareil, le xWave x100, peut générer jusqu'à 500 MW.
CalWave affirme qu'ils sont également évolutifs, bien sûr, il suffit d'en mettre plus dans l'eau.
Comme nous le verrons dans un instant, il s'agit d'une fonctionnalité assez importante.
De plus, la société affirme que ses xWaves sont conçues pour durer 20 ans ou plus.
Selon CalWave, le xWave atteint à lui seul un facteur de capacité minimum de 40 %
.
Mais cela peut être porté à plus de 80% s'il est co-localisé et combiné avec l'éolien offshore.
Le vent et les vagues forment en fait un duo dynamique.
Rappelez-vous que les vagues ont tendance à être plus fortes pendant les mois d'hiver ?
Eh bien, le vent a tendance à augmenter en été.
Lorsque nous comparons le coût et la production d'électricité sur la durée de vie des générateurs, nous avons tendance à utiliser
le coût actualisé de l'énergie (LCOE), un calcul qui tente de mesurer de manière globale la quantité d'
énergie qu'un projet donné produira au cours de sa durée de vie par rapport à son coût sur
la même durée . période de temps.
L'énergie des vagues et l'éolien offshore ont tendance à avoir des LCOE relatifs élevés pour des raisons similaires,
mais la co-localisation de ces dispositifs d'énergie verte peut vraiment aider à réduire ce nombre.
Ils peuvent partager l'infrastructure d'exportation électrique, deux appareils dans un espace permettent d'économiser sur les coûts immobiliers
, et cela rend la maintenance plus facile et moins chère à effectuer, etc.
Ainsi, même si la colocation n'est pas une stratégie unique pour xWave, il est bon de savoir que
leur appareil est étant conçu à la fois pour fonctionner avec le vent et à la carte.
Nous avons beaucoup parlé de la façon dont l'environnement affecte les WEC, mais comment les WEC affectent-ils l'environnement ?
Il est extrêmement difficile de dire exactement quel est l'impact environnemental des WEC
parce que le domaine est si jeune et qu'il y a tellement de variables.
Littéralement des tonnes de conceptions différentes, chacune faisant des choses différentes avec des vagues dans différentes
parties d'écosystèmes marins uniques dispersés dans le monde entier.
C'est beaucoup à calculer et cela va varier énormément d'une conception à l'autre.
Par exemple, de nombreux WEC flottants utilisent des câbles électriques pour renvoyer l'énergie qu'ils ont
collectée vers le rivage.
La vie marine, comme les requins, peut parfois être attirée par des systèmes comme celui-ci.
Par exemple, certains câbles à fibres optiques océaniques ont amené les requins à leur donner parfois
une morsure de test pas si douce.
La raison exacte pour laquelle est encore une sorte d'inconnue, c'est donc quelque chose que nous devons
mieux comprendre et aborder.
Pour quelque chose comme la pompe à air bruyante sur un WEC à colonne d'eau oscillante, cela pourrait effrayer
les phoques et les tortues de mer au repos.
Comment expliquez-vous tout cela ?
Pour compliquer encore les choses, ces appareils sont censés durer plus de 20 ans.
Il est difficile d'étudier un dispositif d'une telle longévité dans un domaine aussi jeune, surtout dans un environnement
aussi hostile que l'océan.
Compte tenu des préoccupations environnementales potentielles associées aux WEC, il est réconfortant de
savoir que les études approfondies de xWave montrent que la vie marine ne sera en grande partie pas affectée.
Ces études ont même représenté une mise à l'échelle.
Bien que la mise à l'échelle semble simple - il suffit de construire plus - les défis techniques et financiers
ont été un facteur limitant dans le passé.
C'est ce qui rend l'évolutivité de xWave et la taille de Nankun si excitantes.
Bien sûr, le coût est toujours roi et les WEC ont des coûts initiaux élevés.
L'installation et la maintenance sont souvent difficiles et coûteuses car la plupart des WEC fonctionnent dans
ou sous des eaux agitées.
Nous pouvons voir cela jouer avec d'autres énergies renouvelables.
Vous souvenez-vous de nos installations éoliennes offshore à LCOE similaire ?
Il y a une raison pour laquelle ils ont tendance à être beaucoup plus chers que leurs parents à terre.
C'est en partie parce que trouver un bien immobilier sous-marin approprié et ancrer le WEC
en toute sécurité peut coûter 2 à 3 fois plus cher que l'appareil WEC lui-même.
Et l'installation et la maintenance nécessitent généralement d'attendre les conditions océaniques
être sûr ou «juste comme il faut», ce qui augmente encore les coûts.
Ces défis techniques et financiers ne facilitent certainement pas le test des WEC à
grande échelle ou dans des environnements contrôlés.
En fin de compte, l'océan est un endroit difficile et coûteux à exploiter.
On peut avoir l'impression que l'océan ne veut pas de nous là-bas.
Mais encore une fois, ces défis méritent d'être relevés, en raison du potentiel fou de l'énergie des vagues.
Reza Alam de l'Université de Californie à Berkeley l'a dit ainsi : Chaque mètre carré
d'un panneau solaire reçoit 0,2 à 0,3 kilowatt d'énergie solaire, et chaque mètre carré d'
une éolienne absorbe 2 à 3 kilowatts.
Chaque mètre de la côte californienne reçoit 30 kilowatts d'énergie des vagues.
Met certainement en perspective le potentiel de l'énergie des vagues.
Et il y a de bonnes raisons d'être optimiste.
Une étude de 2019 du NREL a suggéré que si tout se passe bien, le LCOE des convertisseurs d'énergie des vagues
pourrait être aussi bas que 0,30 $ par kWh d'ici 2033, ce qui serait de 300 $ par MWh.
Le LCOE varie bien sûr beaucoup d'un site à l'autre, mais à titre de comparaison, une étude de l'Energy
Information Administration (EIA) a établi le LCOE moyen des parcs solaires en 2021 à plus de 33 $ par
MWh, et l'éolien terrestre à environ 38 $ par MWh.
On ne s'attend pas à ce que l'énergie des vagues descende à ces prix avant 2050.
L'estimation prudente est d'environ 130 $ par MWh (plus ou moins 60 $) et, avec optimisme,
70 $ par MWh (plus ou moins 30 $).
Considérant que l'énergie solaire est actuellement l'un des moyens les moins chers de produire de l'électricité, il
semble qu'elle ne perdra pas cette couronne de si tôt.
Mais dans le scénario optimiste, l'énergie des vagues peut atteindre le stade approximatif.
L'énergie des vagues est encore un domaine nouveau, et ses défis d'ingénierie uniques et coûteux
signifient qu'elle n'est pas aussi «résolue» que l'éolien ou le solaire.
Mais la grande variété de façons dont nous pouvons transformer les vagues en électricité a fait de l'énergie des vagues
un domaine passionnant.
Et l'énergie propre potentielle, presque illimitée, fournie par nos mers est trop belle pour être laissée de côté.
Comme nous le montrent Nankun et xWave, une fois que l'industrie aura retrouvé son pied marin, l'énergie des vagues pourrait
bien être l'un des outils d'énergie renouvelable les plus puissants de notre ceinture de services publics… tant que les
coûts peuvent baisser.
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