La production d'énergie en mer connaît une profonde transformation.À mesure que la demande mondiale d'énergie continue de croître et que les infrastructures terrestres sont confrontées à des contraintes croissantes, allant de la délivrance de délais à l'opposition environnementale, l'industrie se tourne vers la mer pour trouver des solutions novatrices. Parmi les développements les plus prometteurs, on peut citer la centrale flottante au gaz naturel : une centrale autonome modulaire qui peut être déployée directement en mer, ancrée dans les fonds marins et reliée aux réseaux terrestres ou aux consommateurs locaux par câbles sous-marins.

Quelles sont les centrales électriques flottantes au gaz naturel?

Une centrale flottante au gaz naturel est essentiellement une centrale mobile montée sur une plate-forme flottante, généralement une barge, une coque en forme de navire ou une structure semi-submersible, qui abrite des turbines à gaz ou des unités à cycle combiné pour produire de l'électricité. Ces centrales acceptent le gaz naturel liquéfié (GNL) ou le gaz naturel comprimé (GNC) comme combustible, qui est stocké à bord dans des réservoirs spécialement conçus et regazéifié avant combustion.

Types de plate-forme

  • Les barges à faible tirant d'eau sont la configuration la plus courante. Elles offrent un coût peu élevé, une facilité de construction dans les chantiers navals et un déploiement simple de remorques vers les sites.
  • En forme de pellet (floaters):[ Basé sur des coques-citernes converties ou conçues pour être construites, elles permettent de mieux assurer le maintien en mer en pleine mer. Elles peuvent être utilisées pour des capacités de puissance plus grandes (300 MW+) et peuvent intégrer le stockage à bord du GNL.
  • Les plates-formes semi-submersibles: Utilisées pour les environnements difficiles (p. ex., la mer du Nord, les eaux profondes), elles sont plus stables mais aussi plus coûteuses. Elles sont courantes pour les unités flottantes de stockage et de déchargement de production (FPSO) adaptées à la production d'électricité.

Cycles de production d'énergie

Les usines de gaz naturel flottant utilisent généralement des turbines à gaz à cycle simple (aéro-dérivées ou industrielles) pour des fonctions de pointe et de réaction rapide, ou des configurations à cycle combiné pour une utilisation à charge de base plus efficace. Les usines à cycle combiné captent la chaleur des gaz d'échappement pour conduire une turbine à vapeur, accroissant l'efficacité globale au-dessus de 55 % (VHL) et réduisant la consommation de carburant et les émissions par MWh.

Manipulation et stockage du combustible

Le GNL est stocké dans des réservoirs cryogéniques à -162 °C. L'usine comprend une unité de regazéification qui vaporise le GNL avant de l'envoyer aux turbines à gaz. Pour le GNC, des réservoirs de stockage à haute pression sont utilisés, mais le GNC a une densité énergétique plus faible et n'est généralement viable que pour des distances plus courtes.

Principaux avantages des centrales électriques à gaz naturel flottant

Les centrales flottantes offrent un ensemble unique de bénéfices qui répondent à certains des défis les plus pressants dans le développement des infrastructures énergétiques.

Déploiement rapide et scalabilité

Comme l'installation est construite dans un chantier naval dans des conditions contrôlées, l'installation sur place se limite à l'amarrage et au raccordement par câble, ce qui réduit les délais de réalisation du projet. Bien qu'une usine de gaz terrestre puisse prendre trois à cinq ans pour permettre et construire, une usine flottante peut être opérationnelle dans les 18 à 24 mois suivant la commande.

Mobilité et flexibilité

Les installations flottantes peuvent être remorquées vers un nouvel emplacement si la demande d'énergie change ou si le site initial devient peu rentable ou politiquement instable.Cette mobilité est utile pour répondre aux besoins en énergie temporaire (par exemple, pendant la récupération après une catastrophe, la construction de grandes installations industrielles) ou pour suivre les activités d'exploration en mer.

Réduction des besoins en infrastructure terrestre

Les usines flottantes de gaz naturel éliminent le besoin d'acquisition de terres, de préparation de sites et de permis étendus pour les installations côtières. Elles évitent également le coût de la construction de longs gazoducs depuis la côte, ce qui peut être un obstacle majeur pour les pays en développement.

Avantages pour l'environnement et la sécurité

Les centrales à gaz flottantes modernes sont équipées de systèmes de réduction des émissions avancés (brûleurs à faible teneur en NOx, réduction catalytique sélective) et peuvent atteindre des niveaux très faibles de NOx et de CO. Parce qu'elles sont situées au large, le bruit et les impacts visuels sont minimes. En cas de fuite de gaz, la dispersion sur l'eau réduit le risque d'explosion par rapport aux installations terrestres.

Intégration avec les énergies renouvelables

Les centrales à gaz flottants peuvent servir de sauvegarde flexible pour les sources renouvelables variables comme le vent en mer et le solaire flottant. En s'accroissant rapidement lorsque le vent se meurt, elles permettent une plus grande pénétration des énergies renouvelables tout en maintenant la stabilité du réseau.

Défis techniques et solutions d'ingénierie

Malgré leur promesse, les centrales flottantes à gaz naturel sont confrontées à des obstacles techniques importants. L'adaptation de la technologie des turbines à gaz terrestres à un environnement marin mobile et corrosif nécessite une ingénierie robuste.

Motion et stabilité

Les mouvements induits par les vagues, c'est-à-dire le heave, le tangage, le roulis, peuvent affecter l'alignement des turbines à gaz, les performances des roulements et la qualité des gaz combustibles. Les solutions comprennent les systèmes d'amarrage à réglage, la stabilisation active (gyroscopique ou lesturgétique) et l'utilisation de turbines à gaz à valeur marine conçues pour tolérer des mouvements angulaires jusqu'à plusieurs degrés.

Corrosion et dégradation des matériaux

L'air chargé de sel provoque une corrosion accélérée des pales de turbine, des échangeurs de chaleur et des composants électriques. Des revêtements avancés (par exemple, l'aluminium platine, les barrières thermiques céramiques), des alliages spéciaux (acier inoxydable, Inconel) et des systèmes de filtration d'air avec élimination de la poussière et du sel sont essentiels.

Sécurité et gestion des gaz

Le gaz naturel est inflammable et peut former des mélanges explosifs avec l'air. Les installations flottantes doivent comprendre la détection des gaz, les systèmes de suppression des incendies (brume d'eau, produits chimiques secs) et les systèmes de décompression pour évacuer les gaz en toute sécurité en cas d'urgence. Le stockage de GNL ajoute des risques cryogéniques (brûlures froides, transition rapide en phase).

Logistique et entretien

L'alimentation en carburant nécessite un calendrier fiable de mise en soute GNL ou GNC, qui peut être perturbé par les intempéries. L'entretien doit être effectué sur place ou sur une cale sèche, ce qui entraîne des temps d'arrêt plus longs que les installations terrestres où les techniciens peuvent facilement accéder.

Comparaison avec d'autres options énergétiques extracôtières

Les centrales flottantes au gaz naturel sont en concurrence avec d'autres technologies de production en mer, notamment les éoliennes, les éoliennes, les éoliennes, les éoliennes et les turbines à gaz sous-marines.

Vents en mer

Les parcs éoliens offshore sont maintenant compétitifs en termes de coûts dans de nombreuses régions, avec un coût d'énergie normalisé (LCOE) qui tombe sous 50 $/MWh. Cependant, le vent est intermittent et nécessite des batteries de grande capacité ou une transmission pour équilibrer.

Solaire flottant

Les systèmes photovoltaïques solaires flottants (PV) sont bon marché mais aussi intermittents, avec des facteurs de capacité plus faibles que les centrales à gaz. Ils nécessitent de grandes surfaces d'eau et ne peuvent pas correspondre à la sortie 24/7 d'une turbine à gaz.

Turbines sous-marines à gaz

Les turbines à gaz subsea (par exemple, Aker Solutions ou OneSubsea) sont placées sur le fond marin et peuvent fonctionner à des pressions élevées pour le fonctionnement direct des compresseurs. Elles éliminent la nécessité d'une plate-forme supérieure mais impliquent une transmission d'énergie sous-marine complexe.

Centrales nucléaires flottantes

Le nucléaire flottant (par exemple, Russie, Akademik Lomonosov) offre une charge de base sans carbone, mais fait face à des obstacles réglementaires sévères, à des coûts d'investissement élevés et à l'opposition publique.

Études de cas et déploiements opérationnels

Plusieurs centrales flottantes au gaz naturel sont en exploitation ou en construction dans le monde entier. Les exemples suivants illustrent leur polyvalence.

La flotte de puissance flottante de la Turquie

En 2017, la flotte Karpowership (une entreprise turque) a déployé plusieurs centrales flottantes de 200 MW au large des côtes d'Izmir, fournissant une réponse rapide aux déficits de capacité. Wärtsilä était un fournisseur technologique clé.Ces installations fonctionnent sur GNL et peuvent être redéployées vers d'autres pays.

Projet pionnier en Indonésie

En 2019, l'Indonésie a commandé une centrale à gaz flottant de 120 MW pour alimenter l'île de Lombok, une région à terre limitée et à forte demande touristique. La centrale, construite par Mitsubishi Heavy Industries, utilise une configuration à cycle combiné et est amarrée dans une baie abritée.

Le Brésil au large de l'énergie

Petrobras exploite des centrales flottantes dans le cadre de sa stratégie de monétisation du gaz en mer. Dans le bassin de Santos, le gaz naturel provenant des puits sous-marins est traité et brûlé dans une centrale à turbine à gaz flottante (sur une FPSO modifiée) pour fournir de l'énergie aux plates-formes offshore, avec un excédent exporté par câble sous-marin vers le continent.

Projets futurs en Afrique et au Moyen-Orient

Plusieurs pays africains dotés de petits réseaux (par exemple, le Ghana et le Mozambique) évaluent des projets flottants de GNL à énergie pour lancer l'électrification. Le Moyen-Orient étudie également des usines flottantes de cogénération de dessalement de l'eau de mer, utilisant la chaleur résiduelle pour produire de l'eau douce.

Considérations environnementales et réglementaires

Bien que le gaz naturel soit plus propre que le charbon, il émet encore du CO2 et des polluants de référence.

Émissions

Les émissions de NOx sont contrôlées à moins de 25 ppm à l'aide de combustibles à faible teneur en NOx secs. Une réduction catalytique sélective peut réduire davantage les NOx mais nécessite un stockage d'ammoniac. Les émissions de SOx sont négligeables parce que le GNL est déssulfuré. Le glissement de méthane provenant d'une combustion ou de fuites incomplètes est préoccupant; une surveillance continue et la détection des fuites sont nécessaires.

Pollution marine

L'Organisation maritime internationale (OMI) réglemente les rejets en vertu des annexes I, IV et V de la Convention MARPOL. Les installations flottantes doivent comprendre des systèmes de traitement des eaux huileuses et des eaux usées. L'échange d'eau de ballast doit suivre la Convention de gestion des eaux de ballast pour prévenir le transfert d'espèces envahissantes.

Bruit et vie marine

Les effets de la pollution atmosphérique sur les écosystèmes marins sont importants pour la qualité de l'eau et la qualité de l'eau.

Cadres réglementaires

Les centrales flottantes sont généralement classées comme navires ou installations en mer, relevant de la juridiction des États du pavillon et des États côtiers.Les règlements clés comprennent le Code IGF de l'OMI pour les navires à gaz, les règlements nationaux sur le pétrole et le gaz, ainsi que les autorités portuaires et électriques locales.

L'avenir de l'énergie extracôtière : intégrer le gaz aux énergies renouvelables

Il est peu probable que les centrales à gaz naturel flottant à long terme soient autonomes, mais elles feront probablement partie de systèmes hybrides qui combinent production de gaz, stockage de batteries et sources renouvelables telles que le vent flottant et le solaire.Ces configurations peuvent fournir de l'énergie sans carbone pendant de longues périodes, l'unité de gaz ne fonctionnant que lorsque les énergies renouvelables sont insuffisantes.

Une autre frontière est le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS). L'installation d'une centrale à gaz flottante avec des unités de captage à base d'amines et le stockage du CO2 dans les formations géologiques sous-marines pourraient en faire une émission presque nulle.

À mesure que la pression pour le décarbonisation augmente, le rôle du gaz naturel peut passer de la charge de base à un combustible de transition et à une réserve souple.

Conclusion

Les centrales flottantes au gaz naturel représentent une solution hautement adaptable et rapidement déployable pour la production d'énergie en mer. Elles dépassent les limites de l'infrastructure terrestre, fournissent une puissance ferme pour soutenir l'intégration des énergies renouvelables et peuvent être déployées dans divers contextes géographiques et réglementaires.Bien que des défis subsistent — tolérance aux mouvements, corrosion, sécurité et émissions — les progrès de la ingénierie continuent de s'y attaquer.