Comment Timken a maîtrisé la tempête parfaite, et rendu l’énergie éolienne plus viable

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Comment Timken a maîtrisé la tempête parfaite, et rendu l’énergie éolienne plus viable

La technologie de l’énergie éolienne s’est considérablement améliorée ces dix dernières années, les éoliennes étant devenues de gigantesques prouesses techniques, dominant le paysage ou flottant dans la mer. Selon le Global Wind Energy Council (GWEC), une seule éolienne peut aujourd’hui alimenter des milliers de foyers, et il ne faut que trois à six mois pour récupérer les coûts de production, d’exploitation et de recyclage sur une durée de vie allant de 20 à 25 ans.

Dans son rapport sur le marché de 2017, le GWEC a affirmé : « L’énergie éolienne est en évolution rapide pour devenir une technologie entièrement commercialisée et non subventionnée, concurrençant sur le marché et avec succès les énergies fossiles et nucléaires déjà en place et fortement subventionnées. » En 2017, la Chine a été en tête des investissements mondiaux de 107 milliards de dollars américains dans l’énergie éolienne, suivie de près par les États-Unis, l’Allemagne, le Royaume-Uni et l’Inde. Selon l’American Wind Energy Association (AWEA), l’énergie éolienne est en voie de fournir 10 % de l’électricité américaine d’ici 2020 et alimente déjà aujourd’hui 26 millions de foyers dans 41 États.

Timken a joué un rôle important dans cette progression, en travaillant avec ses clients et partenaires du secteur de l’énergie éolienne en vue de leur fournir l’échelle et les performances nécessaires pour transformer l’énergie éolienne en une source viable. Au cours de ces 10 dernières années, les activités de Timken dans le secteur de l’énergie éolienne sont passées de 20 à 150 millions de dollars américains, le secteur ayant reconnu le leadership et l’innovation technique de l’entreprise.

Le moment était la clé de l’arrivée de Timken dans l’éolien

En raison du coût élevé de l’entretien d’une éolienne qui se trouve à 150 mètres au-dessus du sol ou qui flotte à 25 km au large des côtes, les clients accordent aujourd’hui une grande importance aux solutions fiables et sans entretien de transmission de puissance des éoliennes. Cela n’a cependant pas toujours été le cas.

Ajay Das, vice-président de la stratégie et du développement d’entreprise chez Timken, a été chargé de développer l’activité éolienne de l’entreprise en 2007 déjà. Au fur et à mesure de l’augmentation des dimensions des turbines, la conception s’est complexifiée et les conceptions existantes n’étaient pas à la hauteur de la tâche. Les turbines construites pour durer 20 ans ont nécessité d’importants travaux de réfection des réducteurs dans les sept à dix ans, à un coût de plus de 300 000 $, soit 1,2 million de dollars sur la durée de vie d’une turbine.

Ajay Das, vice-président de la stratégie et du développement d’entreprise chez Timken, est l’homme qui a fait entrer l’entreprise dans le secteur de l’énergie éolienne en 2007.

« Timken est intervenu à ce moment-là », dit M. Das. Quand les turbines étaient plus petites, les charges sur les roulements n’étaient pas aussi élevées et les concepteurs de turbines pouvaient se contenter de solutions de roulements sous-optimales. Timken a servi le marché de façon très sélective jusqu’à ce que les turbines atteignent la capacité de plusieurs mégawatts. Il est ensuite devenu évident qu’investir dans des roulements plus perfectionnés sur le plan technique pourrait considérablement améliorer la valeur du cycle de vie d’une turbine.

« L’investissement dans l’énergie éolienne a été une décision qui portait sur plusieurs millions de dollars », explique M. Das, et l’avenir de l’industrie n’était pas du tout certain à ce point. Néanmoins, dit-il, « nous avons décidé que c’était une occasion que nous ne pouvions pas nous permettre de manquer ».

En 2010, l’entreprise a ouvert une nouvelle usine en Chine pour fournir des roulements de très grand diamètre à une société chinoise d’énergie éolienne. M. Das a également supervisé le réoutillage et l’expansion d’usines aux États-Unis, à Wuxi en Chine, à Chennai en Inde et à Ploiesti en Roumanie.

Imaginez trois Boeing 747 qui tournent autour d’un moyeu

Timken met au point des solutions pour les éoliennes les plus grandes du monde.

Faire croître le marché de l’éolien en réduisant les coûts

Tout au long de ses 120 ans d’histoire, les dirigeants de Timken ont été fiers de leur capacité à résoudre les problèmes techniques difficiles que personne n’est capable d’affronter. L’énergie éolienne ne fait pas exception.

Selon M. Das, « Au début, les roulements constituaient le maillon le plus faible de la chaîne. » Pour remédier à l’usure excessive survenant sous le vent, les ingénieurs Timken ont mis au point une conception de roulement à rouleaux coniques qui permettait aux deux rangées de rouleaux du roulement de se répartir également les charges radiale et axiale. Les revêtements résistants à l’usure Timken ont fourni une assurance supplémentaire contre les problèmes de micro-piqûres et de lubrification.

Avec les ingénieurs de Timken sur l’affaire, les perspectives de l’énergie éolienne se sont rapidement améliorées. L’AWEA a fait savoir en 2017 que les coûts d’exploitation des parcs éoliens avaient diminué des deux tiers au cours des sept années écoulées. Dans les régions où la qualité du vent est très bonne, les éoliennes de moins de 1 mégawatt sont maintenant remplacées par des éoliennes de plus grande puissance de 3 à 5 mégawatts. « Tout d’un coup, le même vent au même endroit produit beaucoup plus d’énergie », affirme M. Das.

La combinaison des défis techniques et de la priorité mondiale continuellement accordée aux énergies renouvelables s’inscrit parfaitement dans le modèle d’entreprise de Timken. Alors que la base installée des produits d’énergie éolienne de Timken continue de croître, selon M. Das, les possibilités du marché des pièces de rechange commencent à peine à se manifester. « D’ici 2020, la demande sur le marché des pièces de rechange devrait doubler par rapport à 2017 », dit-il. « Nous sommes extrêmement performants par l’intermédiaire de nos partenaires de distribution, qui vendent des pièces de rechange pour nos installations initiales, mais aussi pour les modernisations d’installations concurrentes. »

Timken continue d’investir dans l’énergie éolienne, en mettant au point des conceptions innovantes de roulements pour éoliennes dont il a été prouvé qu’elles prolongent la durée de vie des roulements et en réduisent considérablement l’usure. Aujourd’hui, le roulement à doubles rouleaux coniques (TDI) Timken pour arbre principal est confronté au défi de l’éolien comme aucun autre roulement ne l’a jamais été. Résultat de dix années d’ingénierie et de partenariat avec les clients, le TDI a été conçu pour être le roulement optimal pour les turbines d’éoliennes à montage trois points, prolongeant ainsi le cycle de vie et améliorant les performances des plus grandes turbines du monde.

Timken effectue également des investissements inorganiques, avec les systèmes de lubrification Groeneveld conçus pour les turbines, ainsi que les accouplements Lovejoy et les limiteurs de couple AeroTorque. Tous ces produits permettent de transférer efficacement l’énergie brute captée par les pales de l’éolienne à l’alternateur situé derrière l’arbre principal et de le faire de façon fiable, dans certaines des conditions les plus difficiles sur la planète.

Un modèle d’entrée sur les nouveaux marchés qui a fait ses preuves depuis plus d’un siècle

Quand les éoliennes deviennent de plus en plus imposantes et qu’elles sont installées en mer, les défis techniques se multiplient et cela joue en faveur de Timken, explique M. Das. « Timken intervient généralement dans les applications où la probabilité et le coût d’une défaillance sont très élevés. Les clients se tournent vers nous dans ces situations à enjeux élevés parce qu’ils savent qu’ils pourront obtenir une solution fiable. »

Fort de ces règles du jeu, M. Das continue de mener Timken vers de nouveaux marchés émergents qui présentent les types de défis auxquels les ingénieurs de Timken aiment s’attaquer. La robotique en est un exemple. « Aujourd’hui, tellement d’entreprises essaient de développer des cobots », dit-il (c.-à-d. des robots qui travaillent aux côtés des humains). « La transmission de puissance doit cependant être extrêmement précise, extrêmement légère et extrêmement économe en énergie. Timken étudie la possibilité de travailler sur ces applications. »

Timken constate également une croissance considérable dans les applications de l’énergie solaire, ainsi que dans l’agro-alimentaire, où la transmission de puissance doit rester ultra-sanitaire. « Nous continuons à chercher des défis dans ces secteurs émergents et à forte croissance », affirme M. Das, « et nous continuons à nous développer de manière organique et inorganique dans ces segments. »

Comme avec l’éolien, les règles du jeu commencent avec ce défi technique à enjeux élevés. Au fur et à mesure que ces défis sont surmontés, ils se poursuivent avec la croissance de la base installée de produits qui en résulte. Timken vend ensuite des pièces détachées par l’intermédiaire de ses distributeurs du marché des pièces de rechange, ce qui lui procure des revenus et une rentabilité durables.

« Tel est notre modèle typique », déclare M. Das. « Nous le réinventons depuis 120 ans. Il permet de diversifier et de rajeunir perpétuellement notre entreprise. Partout où des innovations techniques se produisent dans le monde, on constate toujours le besoin d’une technologie adaptée de transmission de puissance et de gestion du frottement. Timken est particulièrement capable de résoudre les applications les plus difficiles. »