FOCUS – Calculer la production d’une éolienne en mer

07/02/2017 | Le projet

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Le parc éolien en mer de Dieppe – Le Tréport comptera 62 éoliennes d’une puissance unitaire de 8MW. D’une puissance totale de 496 MW, il permettra de fournir l’équivalent de la consommation électrique annuelle d’environ 850 000 personnes, chauffage compris. Les équipes d’Eoliennes en mer Dieppe et Le Tréport (EMDT) prévoient en effet que le parc éolien en mer produira environ 2000 gigawattheures par an.

Comment calcule-t-on la production d’énergie d’un parc éolien en mer ? Focus sur une campagne de caractérisation météorologique et l’évaluation du productible d’un parc éolien en mer.

Les campagnes de « caractérisation météorologique »

Afin de calculer l’énergie produite par un parc éolien, il est nécessaire de connaître les conditions climatiques de la zone dans laquelle il sera implanté.

A cet effet, EMDT a mis en place dès 2014 une campagne de « caractérisation météorologique » ayant pour but de collecter une série de données (vitesse du vent, direction du vent, etc.) à partir d’instruments montés sur un mât de mesure à terre ou plus récemment à partir de technologies plus innovantes comme les LiDARS (appareils de mesure utilisant un système de lasers).

Afin de s’assurer de la validité et de la pertinence de la campagne de caractérisation, il est essentiel de s’assurer que la technologie et le nombre d’appareils déployés sur site permettent une caractérisation précise des conditions de vent.

Sur terre, la vitesse et la direction du vent sont fortement influencées par la topographie (les reliefs, l’hydrographie, ou encore les bâtiments ou les routes), ce qui implique la mise en place d’appareils en divers points du site étudié afin d’avoir une vision suffisante de l’ensemble des conditions de vent.

En mer, la caractérisation des conditions de vent est plus facile car la mer est « plate ». Le vent y est donc plus uniforme et généralement, seuls deux appareils de mesure seront déployés. Dans le cas du projet de Dieppe – Le Tréport, ce n’est pas moins de trois appareils différents qui ont été déployés sur et autour de la zone :

  • Un LiDAR à terre installé à Biville-sur-Mer depuis janvier 2015
  • Un mât de mesure à terre installé à Biville-sur-Mer depuis novembre 2014
  • Un LiDAR flottant déployé en mer au sein de la zone du projet depuis mai 2015

La durée d’une campagne de caractérisation météorologique peut varier (elle est fonction de la localisation du site, de la topographie du terrain, de la variabilité des conditions de vent déjà connues…). Néanmoins, une campagne dure de manière générale entre 2 et 4 ans au minimum.

Crédits : EMDT

L’analyse des données recueillies et l’estimation du productible du parc éolien

Une fois les données recueillies, l’ingénieur de caractérisation des sites du projet éolien en mer doit en étudier la représentativité sur le long terme afin d’estimer la production du parc éolien en mer tout au long de sa phase d’exploitation (20 minimum dans le cadre du projet de Dieppe – Le Tréport).

Les conditions de vent d’un site peuvent en effet fortement varier dans le temps : une année de fortes conditions de vent peut être suivie d’une année de très faibles vents. Au début d’une campagne de caractérisation météorologique, il est impossible de savoir si l’année en cours est peu ou très venteuse par rapport aux autres années. Par conséquent, pour déterminer les conditions de vent les plus proches possibles de la réalité, il est nécessaire de confronter les données mesurées sur site avec des observations réalisées sur le long terme au cours des décennies passées. C’est à partir de ces données que l’ingénieur de caractérisation des sites d’EMDT peut prédire les conditions de vent pour son projet sur le long terme. Des modèles mathématiques sont pour cela mis à disposition par des entreprises privées ou des agences météorologiques (Météo France par exemple).

Une fois les conditions de vent du site sur le long terme connues, on peut en déduire la puissance qui sera produite par une éolienne grâce à une formule théorique mathématique :

Puissance (Watts)= 0.5 × Aire du rotor × Densité de l’air × Vitesse du vent^3

A chacune des productions théoriques des éoliennes du parc sont ensuite appliqués des facteurs de correction qui rapprochent ces calculs théoriques des puissances produites réelles.

Les facteurs de correction les plus courants sont :

  • L’effet de sillage : Dans un parc éolien, lorsque le vent passe à travers une éolienne en fonctionnement, sa vitesse est légèrement réduite et subit des perturbations. La puissance produite par les éoliennes placées derrière elle est donc réduite.
  • Les pertes électriques des équipements et des câbles: Lors de son passage au niveau des équipements électriques ou des câbles d’un parc éolien, l’électricité subit des pertes inhérentes au matériel.
  • La maintenance des équipements : Au cours de l’exploitation d’un parc éolien, il est parfois nécessaire de réduire ou de stopper la production électrique afin de pouvoir entretenir et vérifier la conformité des équipements et du matériel du parc.
  • L’indisponibilité : Il est possible que des pannes surviennent lors de l’exploitation d’un parc éolien. L’énergie produite par le parc est ainsi réduite lors de la période d’indisponibilité du matériel et des opérations de réparation.
  • La fiabilité de la courbe de puissance de l’éolienne : Il arrive que la puissance délivrée par l’éolienne en fonction de la vitesse du vent soit légèrement différente de celle estimée par le fabricant de l’éolienne. Les calculs théoriques sont en effet réalisés grâce à des tests réalisés à partir d’une banque de données et non dans des conditions extérieures.
  • Enfin, en fonction de différents facteurs tels que la configuration du site, la connaissance du fonctionnement de l’éolienne ou l’expérience acquise avec le modèle mathématique utilisé, il est possible d’appliquer d’autres facteurs de correction afin de rendre le calcul de l’énergie produite par le parc éolien plus précis et le plus proche de la production réelle.

Une fois tous ces calculs effectués, les équipes techniques d’Eoliennes en mer Dieppe et Le Tréport sont en mesure d’estimer l’énergie produite par le parc éolien en mer pendant toute sa durée d’exploitation.

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