Introduction au suivi de la vitesse du vent pour les éoliennes

C'est le premier^st d'une série d'articles que j'espère publier au cours des prochains mois pour tous ceux essayant d'en savoir un peu plus au sujet des éoliennes et de ce qui les fait tourner. Je commencerai avec les petites éoliennes et des points très basiques et, petit à petit, monter en complexité et technicité dans l'évaluation du site éolien qui est souvent le gagne-pain des analystes en énergie éolienne.

Ces articles essayent de résumer les questions typiques que les utilisateurs finaux nous posent au quotidien et ils n'impliquent en aucune manière que vous ne deviez pas recourir à l'assitance d'un analyste.

Lorsque l'on réfléchit à l'installation d'une petite éolienne chez soi ou à la ferme, il y a certaines choses à considérer, mais probablement le plus important peut être résumé en trois points clés :

• Hauteur
• Loacalisation
• Taille de l'éolienne

 Hauteur

C'est simple, plus le mât de l'éolienne est haut, meilleur cela est. Plus la hauteur est élevée, moins il y a d'obstacles et par conséquent moins il y a de turbulences sur le vent signifie habituellement que les vitesses du vent seront plus élevées

(Données réelles fournies par Logic Energy Ltd)

Ci-dessus se trouve la comparaison entre deux anémomètres sur le même mât éolien, l'un a 40 mètres et l'autre à 30 mètres. L'anémomètre à 40 mètres affiche une vitesse moyenne du vent supérieure de 1 m/s que celui à 30m.

Localisation

Localisation - comme le marché de l'immobilier - ce point est probablement l'une des choses les plus importantes à considérer quand on pense à installer une éolienne. Nous pouvons être dans une région venteuse mais le site particulier auquel nous pensons pourrait être cerné par des obstacles comme des arbres, des maisons ou même des villes situées à quelques kilomètres. Tout cela pourrait avoir un effet indésirable pas seulement sur l'augmentation des turbulences du vent mais également sur la vitesse du vent lui-mêle qui peut être sévèrement réduite.

Comme vous pouvez le voir ci-dessus, plus élevée est la hauteur du hub de l'éolienne et meilleure est la localisation de l'éolienne, moins il y aura de turbulence sur le vent et plus stable sera le flux du vent.

Taille de l'éolienne

Pensez aux voiles d'un navire, plus elles sont larges, plus elles prennent de vent et ainsi plus elles peuvent le transformer en énergie. Les éoliennes ne sont pas si différentes, plus grand sera le rotor, plus elles prendront de vent.

Bien sûr, il y a des techniques afin d'améliorer l'efficience de la production à partir du vent et toutes sortes d'avancées techniques, mais c'est une règle de base à garder à l'esprit.

Le point final qui est lié à la localisation est que, dans certaines régions où le vent souffle trop en rafale ou est trop turbulent, voir même trop rapide, cela peut ne pas être la meilleure solution d'installer une éolienne avec un grand rotor et d'autres éoliennes plus petites seront en mesure de tirer un avantage maximal de ces vents à vitesse élevée.

Votre analyste éolien ou votre consultant seront en mesure de vous conseiller lorsque vous aurez collecté suffisamment de données éoliennes.

La planification de votre projet de suivi de la vitesse du vent

Avec ces trois règles en tête, nous pouvons rechercher le site "parfait" pour installer une éolienne mais, avant cela, vous devrez faire le suivi de la vitesse du vent de votre site pendant une certaine période de temps, plus longue est-elle, meilleur cela sera. Cela peut être effectué de différentes manières mais, en général, il est préférable d'utiliser un enregistreur éolien qui n'enregistrera pas seulement les données éoliennes mais qui fera également les calculs en temps réel avec les données afin de délivrer toutes les informations pertinentes pour l'analyste éolien.

Certaines choses avec lesquelles il faut être familier :

• Moyenne, maximum et déviation standard de la vitesse du vent : Elles sont généralement données par période de 10 minutes.
  • Moyenne : c'est la moyenne arithmétique de la vitesse du vent pendant une période de 10 minutes, habituellement donnée en mètre par seconde [m/s]
  • Maximum : c'est le maximum en rafale de la vitesse du vent mesurée pendant un intervalle de 10 minutes
  • Déviation standard : c'est une indication de l'intensité de la turbulence du vent pendant un intervalle de 10 minutes. Nous devons nous assurer que "l'éolienne va fonctionner avec le vent et pas contre lui"
• Direction du vent :Vous devez savoir d'où vient le vent pendant la majorité du temps et à quelle vitesse.
• Mât Météo ou mât éolien : Ils sont utilisés par les professionnels avec des capteurs éoliens ou anémométriques installés dessus. Les mâts doivent être exempts de toute vibration ou de vacillement car cela aura un impact sur les mesures prises par l'enregistreur éolien. Habituellement un mât éolien aura plusieurs capteurs à différentes hauteurs afin d'obtenir le meilleur du vent sur le site. Les aspects tels que la dimension de la rugosité ou le cisaillement sont très importantes mais aussi la température et le pression.
• Cisaillement : Cela est calculé en mesurant la vitesse du vent à différentes hauteurs. Ainsi, nous pouvons obtenir une meilleure compéhension de l'intensité de la turbulence mais également de l'impact sur la vitesse du vent pour les hauteurs plus élevées. C'est également souvent utilisé pour extrapoler à des hauteurs plus élevées lorsque la mesure à la hauteur du hub de l'éolienne n'est pas possible. Quelques autres avantages de la mesure à différentes hauteurs sont de conserve les options ouvertes au moment de choisir parmi différentes éoliennes.

(Exemple de moyenne, de maximum et de déviation standard de la vitesse du vent sur LeSENSE, fourni par Logic Energy Ltd.)

Questions et réponses sur le suivi du vent

• Pendant combien de temps dois-je enregistrer ou suivre les données éoliennes ?
  • Vous aurez besoin de plusieurs mois avant de prendre une décision éclairée. Idéalement, pas moins de 6 mois et une année complète est le mieux.
• Quand vous aurez toutes vos données éoliennes prêtes, que faut-il en faire ?
• Idéalement, faites appel à un analyste éolien pour les consulter, surtout si la vitesse du vent semble raisonnable et si le site parait prometteur.
• Envoyez-les à votre fournisseur d'éoliennes préféré. Ils seront en mesure de vous dire combien d'énergie vous pouvez espérer obtenir de votre site.
• Calculez la vitesse moyenne du vent. Cela vous donnera une idée générale de la vitesse du vent sur le site.
  • En général pour les petites éoliennes qui seront financées sur fonds privés, les choses commencent à devenir intéressantes au-dessus de 4 m/s.
  • Si l'éolienne est financée par le crédit, habituellement vous aurez besoin de vitesse de vent au-dessus de 6m/s.
• Calculez la distribution de fréquence. Cela vous donnera une vision plus claire du profile éolien du site en distribuant ou en répartissant les différentes vitesses du vent en sections.
  • Dès que vous connaissez le nombre d'heures pendant lesquelles le vent souffle à différentes vitesses (habituellement sous forme de bandes ou de compartiments de 1 m/s), vous pouvez les multiplier par la courbe de puissance fournie par le fournisseur de l'éolienne. La somme de tout cela vous donnera l'énergie que votre site aurait généré si vous aviez cette éolienne en particlier sur le site.
• Un problème avec quoi que ce soit... Prenez contact avec nous et nous vous mettrons en relation avec un spécialiste.

(Tableau de distribution de la fréquence en utilisant LeSENSE, fourni par Logic Energy Ltd.)

Equipement

• Anémomètres, ils doivent être calibrés avec un certificat traçable. Avec une précision supérieure à 1% et une résolution de 0,1 m/s. Il est toujours recommandé d'utiliser au moins deux anémomètres.
• Girouette/em>, idéalement 1x résolution
• WindLogger ou moniteur :
  • Il doit être en mesure de stocker les données historiques. Au minimum les paramètres suivants pour la vitesse du vent :
    • Moyenne, maximum et déviation standard de la vitesse du vent
  • Direction du vent
  • Il est conseillé de mesurer la température et/ou la pression, l'humidité.
  • Il est conseillé d'avoir des canaux supplémentaires pour des équipements en anémométrie additionnels ou pour d'autres capteurs.
  • Alimentation en énergie de l'enregistreur éolien ou du moniteur.
    • Pour des périodes de temps courtes, il est acceptable d'utiliser des piles alcalines lorsque les données peuvent être récupérées assez fréquemment.
    • Pour des périodes de temps plus longues, il est hautement recommandé de récupérer les données à distance (ie: via GSM ou GPRS) et d'utiliser le kit photovoltaïque pour alimenter le moniteur éolien.

 

 Questions et réponses plus générales

Pourquoi ai-je besoin d'un enregistreur éolien ou d'enregistrer la vitesse du vent ?

En prenant la décision d'acheter une éolienne sans connaître le profile éolien exact de votre site, vous faites un pari. De petites déviations sur la vitesse de vent mesurée aussi petites que 0,4 m/s pourraient se transformer en plusieurs dizaines de milliers d'euros sur une période de 20-25 ans de fonctionnement. Les analystes éoliens et les banques connaissent tout cela très bien. Il n'y a pas de secret, seulement des maths et de bonnes données éoliennes.

J'ai vérifié les bases de données éoliennes et mon site obtient une bonne/mauvaise vitesse moyenne annuelle du vent. Est-ce suffisant pour prendre une décision ?

Non, ce n'est pas suffisant. Les micro-sites individuels des éoliennes sont affectés par la complexité du paysage sur le site. Parfois une bonne vitesse moyenne du vent issue d'une base de données peut ne pas avoir de si bonnes données éoliennes du fait de l'environnement (arbres, maisons, collines) et d'autres fois une vitesse moyenne du vent pas si bonne issue d'une base de données peut résulter en un très bon site compte-tenu des caractéristiques individuelles de ce micro-site (ie: haute élévation par rapport au paysage)

"Distribution de Weibull" et autres termes curieux, de quoi s'agit-il ?

Lorsque vous avez une vitesse moyenne du vent et un profile éolien du site, vous pouvez ensuite calculer une valeur constante afin d'utiliser l'algorithme de distribution de Weibull. Cela permet de générer une prévision énergétique à plus long terme. La chose importante ici est que vous devrez connaître les paramètres de la constante avec lesquels la vitesse du vent à été mesurer sur le micro-site.

Exemple avec une petite éolienne

Regardons ces tableaux, les deux sont relatifs au même site. L'un d'eux donne une probabilité de vent basée sur la distribution de Weibull avec k=2 (ce qui est le standard industriel) et l'autre est basé sur des données réelles enregistrées avec le moniteur de données éoliennes LeNETmobile. Les deux moyennent la vitesse du vent à 3,5 m/s.

Le tableau ci-dessous montre sur l'axe horizontal la vitesse du vent en mètre par seconde et sur l'axe vertical la probabilité de vent en fonction de la vitesse du vent. Dans le cas des données réelles, il n'y a pas de probabilité, juste des données réelles !!

Aves les données prédites, nous avons découvert que nous avons une probabilité de 12% de vent à 6 m/s, mais avec les données réelles, nous avons seulement 6,5%. Cela semble être une mauvaise nouvelle au premier abord mais regardons à l'extrémité vers les vitesses elévées : 10m/s, 12m/s... Il s'agit des vitesses de vent pour lesquelles les éoliennes fonctionnent habituellement le mieux et pour lesquelles elles ont leur efficacité la plus élevée !!

Si loin, si bon. Mais comment cela se rapporte à la production d'énergie ?

Nous trouvons le nombre d'heures pour lesquelles le vent souffle à différentes vitesses pour les deux sets de données (données réelles et Weibull). Avec le nombre total d'heures à différentes vitesses, nous les associons avec la courbe de puissance typique fournie par tout fabricant d'éolienne et nous trouvons des valeurs très differentes :

Données collectées (réelles) : 1492 kWh en 1 mois

Données estimées en utilisant Weibull : 1086 kWh en 1 mois

Vous voyez la différence entre la connaissance des données réelles de votre site et les deviner ?Et dans ce cas, cela fut une approche positive mais que se passerait-il si nous avions la situation inverse ? Que se passe-t-il si nous estimer plus d'énergie qu'il n'y en a réellement de disponible ? Il est évident qu'il est préférable de connaître le potentiel réel de votre site avant d'investir dans une éolienne.

Mais... 1500kWh par mois, ce n'est pas beaucoup, n'est-ce pas ?

Bien, cela dépend de la taille de l'éolienne et du vent disponible sur le site. Cette étude a été faite avec une très petite éolienne.