En exploitant la puissance des vents forts à une altitude supérieure à celle des turbines, l'énergie éolienne aéroportée pourrait être une autre source clé d'énergie renouvelable, mais il faudra une combinaison de conceptions réussies, un logiciel plus robuste et une bonne narration pour vraiment décoller.

Le drone carré tremble au vent avec les Alpes suisses en arrière-plan. A première vue, cela ressemble à une vidéo de vacances d'un passionné de drones, sauf que le drone génère de l'énergie lorsqu'il vole. Un câble le relie au sol et lorsque le vent soulève le drone, il libère le câble grâce à un treuil, et de l'énergie est produite. Il s'agit d'un test d'un système d'énergie éolienne aéroporté par la société Skypull de Suisse, et il pourrait s'agir d'une technologie clé pour façonner l'avenir des énergies renouvelables.

Pour lutter contre le changement climatique, l'énergie éolienne va probablement jouer un rôle clé. D'ici 2027, l'Agence internationale de l'énergie estime que les éoliennes seront la première source d'énergie dans l'UE. Pourtant, cela s'accompagne également d'une série d'inconvénients :les turbines sont grosses, cher et difficile à construire.

C'est pourquoi une série de scientifiques et de startups expérimentent maintenant ce qu'on appelle l'énergie éolienne aéroportée. Les conceptions diffèrent grandement, mais généralement cela signifie utiliser un dirigeable, cerf-volant ou drone, qui est fixé au sol avec un câble, pour produire de l'énergie. De telles installations aéroportées peuvent accéder à des vents plus forts en volant plus haut que les éoliennes conventionnelles, tandis qu'aussi, en théorie, étant moins cher et plus facile à installer, compenser certaines des faiblesses de l'éolien au sol.

Déployabilité

"Le vent aéroporté coûtera moins cher que l'éolien traditionnel, " dit Nicola Mona, co-fondateur de Skypull. « Il y a un moteur économique. Mais il y a aussi la déployabilité. Les éoliennes traditionnelles se heurtent à des contraintes d'espace, tandis que les systèmes aéroportés peuvent fonctionner dans une plus grande variété d'endroits."

La conception de Skypull est un hybride entre un drone multicopter, et un avion régulier à voilure fixe. L'engin ressemble à une boîte, avec quatre ailes attachées les unes aux autres dans un carré et des rotors sur les coins. Cela lui permet de décoller dans des endroits difficiles mais à des altitudes plus élevées voler comme un planeur ordinaire, qui génère de la portance à travers ses ailes. À l'heure actuelle, l'équipe teste toujours le concept avec des conceptions plus petites d'environ 1,25 mètre d'envergure, mais finalement, ils veulent construire un drone d'une envergure totale de 17 mètres.

La startup a décollé lorsque les trois fondateurs—Mona, Marcello Corongiu et Aldo Cattano—rencontré. "Quand j'ai rencontré Aldo pour la première fois, il m'a présenté l'idée, Je me souviens que ma première réaction a été :"C'est fou, ça ne marchera jamais, "' dit Mona, un ingénieur en aérospatiale qui avait déjà été impliqué dans plusieurs startups. Encore, au fil du temps, il est devenu plus convaincu du potentiel. "J'ai regardé les documents et les numéros, et tout vérifié, qui m'a convaincu."

Après, l'entreprise a participé à plusieurs concours de startups, gagner un grand nombre d'entre eux. Actuellement, l'équipe termine la conception de son engin. "Nous avons quelques prototypes fonctionnels, " a déclaré Mona. " Ils ne ressemblent pas au produit final, mais ils sont assez bons pour prouver le concept."

Lequel, si ça marche, pourrait générer une quantité importante d'énergie. Mona note qu'ils atteignent actuellement une puissance maximale de 3 kilowatts par mètre d'envergure, tandis que leur produit commercial initial prévu pour 2022 atteindra 100 kilowatts pour environ 6 mètres d'envergure. De là, un système plus grand sera construit qui génère 1 mégawatt, plus bas qu'une éolienne terrestre, qui fait en moyenne environ 2,5 à 3 mégawatts, mais intéressant pour les emplacements éloignés et les opérations hors réseau dans le monde entier.

Une autre équipe pariant sur le vent aéroporté est Ampyx Power des Pays-Bas. Ils emploient une cinquantaine de personnes pour lancer leur design. Tout comme Skypull, ils produisent une voilure fixe, conception de type drone. Mais l'engin d'Ampyx Power décolle avec une catapulte depuis le sol, et ressemble plus à un avion. Leur démonstrateur pré-commercial AP3 a une envergure de 12 mètres, avec deux fuselages attachés, safrans arrière et un stabilisateur. Ce vaisseau d'essai pourrait générer 150 kilowatts de puissance.

"Il s'agit d'une toute nouvelle génération de technologie éolienne, " a déclaré Pim Breukelman, directeur commercial d'Ampyx Power. "On fait voler une aile aérodynamique reliée à un câble, qui à son tour est connecté à un générateur au sol. Nous volons à une altitude comprise entre 200 et 450 mètres, où l'on trouve des vents constants et puissants."

Les conceptions d'Ampyx Power et de Skypull peuvent sembler très différentes, mais les deux fonctionnent selon des principes similaires. Ils décollent de manière mécanisée, grimper à l'aide de moteurs, jusqu'à ce qu'ils atteignent une certaine altitude, généralement autour de 200 mètres. Là, ils utilisent la portance de leurs ailes pour agir davantage comme un cerf-volant ou un planeur, se faire soulever par le vent. Le câble qui maintient l'avion est attaché à un treuil, qui se retire lorsque le vent tire le drone. Cela génère une rotation, et donc de l'énergie. Lorsque le treuil est tendu à sa limite, le drone se baisse automatiquement pour recommencer le processus.

Ampyx Power testera son neuvième prototype en fin d'année en Espagne, qui sera suivi de tests en Irlande. Ils travaillent également sur un produit commercial de 2 à 3 mégawatts, pour à terre, production d'énergie offshore et éventuellement flottante.

"Ces avions peuvent (éventuellement) être pilotés à partir de plates-formes flottantes, et sont adaptés aux endroits en mer où la technologie éolienne actuelle n'est pas rentable ou techniquement faisable, ", a déclaré Breukelman. "Dans quelques années, ce système est censé être opérationnel."

Complémentaire

Pourtant, malgré tous les avantages de la version aéroportée, Skypull et Ampyx Power ne veulent pas remplacer l'énergie éolienne ordinaire. "Notre système commence là où s'arrêtent les éoliennes, " dit Breukelman, notant que leurs avions volent à des altitudes plus élevées que les turbines ne peuvent atteindre, et leur sont complémentaires. Il dit également que le vent aéroporté pourrait être utile pour prolonger la durée de vie des éoliennes en mer, dont les fondations pourraient servir de rampes de départ pour les drones éoliens aéroportés.

Nicola Mona est d'accord. "Nous aurons toujours besoin d'un mix de sources d'énergie, " a-t-il dit. " Il n'y aura jamais une seule source renouvelable pour tout remplacer. Nous avons besoin d'une combinaison d'hydroélectricité, vent traditionnel, vent aérien, solaire et géothermique."

En attendant, La technologie éolienne aéroportée évolue également. Jusqu'à il y a quelques années, les conceptions ressemblant à des cerfs-volants prédominaient, semblable aux grandes versions des cerfs-volants pilotés par les enfants à la plage. Mais aujourd'hui, les conceptions à voilure fixe, qui ressemblent plus à des drones, sont à la hausse.

« Le vent aéroporté a commencé par adapter ce qui volait déjà, " dit Mona. " Il est donc logique que les cerfs-volants soient venus en premier. Mais au final, les conceptions à voilure fixe offrent un meilleur aérodynamisme et un meilleur potentiel énergétique."

Sécurité

La sécurité est, cependant, quelque chose avec lequel les entreprises éoliennes aéroportées sont toujours aux prises avec. Si le vent aéroporté veut générer de l'énergie à grande échelle, ils devront laisser leurs conceptions voler de manière autonome dans le vent pendant des jours, voire des semaines. Les systèmes logiciels devront contrôler ces embarcations pendant ces périodes, et les faire fonctionner dans des conditions météorologiques changeantes. Et tout cela sans qu'ils ne s'effondrent.

« Le logiciel est notre plus grand défi en ce moment, " dit Mona. " Vous voulez que ces systèmes soient totalement autonomes, ce qui n'est pas facile."

Et puis il y a aussi la réglementation. La réglementation des aéronefs sans pilote est toujours à la traîne dans de nombreux pays, affectant également les entreprises d'éolien aéroporté.

Et enfin, il y a la question des relations publiques. "Au fil du temps, nous avons vu que les gens n'aiment pas les éoliennes, " dit Mona, se référant au fait que dans des pays comme l'Allemagne ou les Pays-Bas, les éoliennes ne sont pas construites en raison de l'opposition locale.

"Ils sont grands, encombrants et ont un impact visuel. Et le vent aéroporté court également le risque d'un contrecoup public, car ils volent au-dessus de la tête des gens. Nous aurons donc besoin d'une bonne narration, et l'accent mis sur la sécurité, pour éviter la même réaction que nous avons vue contre les éoliennes."