Atlas Éolien Européen

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Atlas olien Europen

Troen, Ib; Lundtang Petersen, Erik

Publication date:1991

Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of record

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Citation (APA):Troen, I., & Lundtang Petersen, E. (1991). Atlas olien Europen. Roskilde: Ris National Laboratory.Meteorology and Wind Energy Department.
http://orbit.dtu.dk/en/publications/atlas-eolien-europeen(37e45083-2427-4362-81f9-21beff59cd4f).html

-Atlas Eolien Europen

Meteorology and Wind Energy Department Ris,:; National Laboratory P.0. Box 49 DK-4000 Roskilqe Denmark

Phone +45 42 371212 Telex43 116 Telefax +45 46 75 56 19

COMMISSION DE LA COMMUNAUTE EURO PENNE

ATtAS OLJEN EUROPEEN lb Troen et Erik Lundtang Petersen

Publi pour la Commission de la Communaut Europenne Directorat Gnral pour la Seertce, la Reeherhe et le Dveloppement Bruxelles, Belgique

Par le Laboratoire National de Ris!GI, Roskilde, Danemark

Atlas Eolien Europen Copyright 1991 Laboratoire National de Ris!I).

Thus droits reservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ou stocke dans aucun systme de restitution 01.rtrans-mise sous une forme quelconque ou par quelque procd qe ce soit, sans le consentement et l'autorisation crite du Laborloire National de Ris!ll. La disquette jointe au document ne pet tre copie que pour des besoins de backup.

NOTICE LEGALE Ni la Commission de la Communaut Europenne, ni le Labqfa~ taire National de Ris0, ni aucune personne oprant pour le C

AvantpFo,pos C~tlas Eolin. Eutopenconstitu~ r aboutfssem~mt essentiel ds efbttsfournis p~r la Cfll11unt }3uiopnnefoutenti~re pourprqmmivoiil~ mar~( de la ptoductfon d'lectri;~it part~rc,t 1',;nergie 91~ertne et de dvelopper les d'iffteilts systqy~~t

,,.,;:_ , ' 1,; 1 ,, -: : : ' ~ ~" : _, - -: - --- "_ -' --- - ' - /'>! teclinof,gie(qffeluispnt associs.

1

Cet Atlas vient. compttt les ndmbreux. Atlas haf5naux ptcdmment publis et c\eviendta. sans aucwt dohte l'.o\ttii principal de.i>Ia11iffoatio~dahs '1e dom.ine deJ~lergi~ oliem:ie ~u sein phH~, sans oublierJesrgion~ rilcirlses pat une.topogra-phie cilhipiex~ p~~ lsqu~fl~~ d~~ ~ogicie,Is ~a~l~s ont :t sptial~tr(~flt 'tlv~~opps.

llia .. ralisationdrcefAtlas. cnstfie unexemple reinarquable1.d.e 1coopra:tfon eu-ropefilt dans . .le dmaihe ,scientifrqiue. et ~~cliniq'Ueitqui a t c0nstammet en-coura!gnp).ar1 la Cmmisstqn de la Comhiunaut Epn6mique Eutopenne . Bru-xeIJes.;;~.~cierght des Jn'.ultip1es informations qui lel.;lr sont ki fournies po-r leurs ac~ivits futures.

Dr. W.Palz Clif de la Division h1

Dvelop1ement de~ neFgies,tenou;velables, Commission de ,Jaieon:111b\lnant E11ropenne

Brwcellest Belgique ..

Table des matires

Avant-propos

Rsum

Contenu de I' Atlas Eolien

Prface et remerciements

1 Introduction l' Atlas Eolien

1 LA RESSOURCE EOLIENNE

2 Les ressources oliennes d'Europe 2.1 La climatologie du vent en Europe .. 2.2 Cartographie des ressources oliennes . . . 2.3 Lgende des cartes de ressource olienne .

5

6

7

12

15

27

29 30 33 36

II DETERMINATION DES RESSOURCES EOLIENNES 39

3 Concepts gnraux 41 3.1 La rugosit du terrain 42

Longueur de rugosit 42 3.2 Effet d'obstacle . . . . . , . 45 3.3 Effet des variations d'altitude du terrain 47

4 Potentiel rgional d'nergie olinne 4.1 Utilisation des cartes de ressources oliennes

Zones ctires . . . . . Rgions montagneuses . . . . . . . . . . . .

53 53 56 56

5 Choix des sites 59 5.1 Slection d'une. clilllatologie du vent pour un site donn . . . . . . . 59 5.2 Classification de rugosit et calcul des statistiques .d'un site donn . 61

Calcul de la densit de puissance moyenne . . . . . . . . . . 62 Calcul des paramtres de Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.3 Calcul des effets d'obstacle . . . . . . . . . . 71 5.4 Corographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

9

TABLE DES MATIRES

6 Productidn de puissance 79 ~~F ~1mnn~mlttY:f'(flfu l'Yomte f~l\'mSiSftmee . . . . : ,,, . t ;:~"' 6.2 Fonction de densit de puissance ... _ .. A:. .. ~ ., ... r . . t4 6.3 Courbe de dure de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.4 Optimisation de la production de puissance . . . . . . . . . . . . . . 86

7 Statjstiques et cliniatolo~e des stations 93 7.1 Description de la station et tableaux statistiques . . . . . . . . . . . 94

Description de la station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Rsum des donnes brutes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Climatologie r~gionale et valeurs moyennes . . . . . . . . . . . . . . 95

7.2 Les empreintes climatologiques du vent . . . . . . . . . . . . . . . . 95 ---~--~-~-~ Statistiqttes et elimatelegie es s.tae:as -r-.r r- . ; , .... fJ)'::/.._--- . -m-

France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Statistiques des stations de radiosondage .... ~ . . . . .. . . 176

III LES MODLES ET LES ANALYSES 187

s Le modle de.l'Atf~.slrolien 189 8.1 Les bases physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Lois de similitude de la couche liFtite ae!sutface . . .~ . \ . . . . 19() Loi du frottement gostropbique et vent gostrQpbigue . . . . . . . 191

8 2 Le d"l d .. t nr . . .p. .n .. 191 . . mo e e .es a 1 e ............. ; .......... . 8.3 Le mac;liede chang~ment de Ia.tp'griit ................ 195

~&4-u td~~aes-lt1fe~~ d'~1'~ta~r~ . . . . . ; . . . . . . . . . . 197 "'~.,..S.S., ~~~ . 199

8.6 Les bases statistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 C. s,e.; .... ~ .. '* 1 . ~ 1 203 ta . te Weibu11 . . . . . . . .' . . . . . . . . . . . . . 206

8. 7 Le Jille>4le d'analyse d~ I'Atlas Eolien . . . . . . . . ~ . . . . . 20~ 8.8 LeJUOdled'~pp1icatinde1'AtlasBQiie1l ., ... ~ . .. ; . .": ...... 211 8.9 Do,tinies mtorologiques et description oes ~~fl~ions ~. . . . . ... . . . 212

Statistiques des_iadiosohdaj,s ...... ....... , . . . . ~ 216 s.10 Linit~ffons des 9onhes ~t cJ.F:s mtlcl!~s . . . . . ~ . . : . . .. 211

9 Vrification de la mthodologie del' Atlas EPUen . .i.219 9.1 Intercomparai:So~ dcef.~i~#:PPS . , .. '.,'," .. : .. ......... )19 9.2 Valiition avec de hi11fliilts mtorlogiques . . . . . . .. . . . . . . 240

O Rfi;enes 243 10.1 Publications cites dans l'Atlas ................... ~ 24~ 10.2 Etuc;les c. 9,V~S.~J.1.VOPt,~ft~c;~~~S.~Jl~u,t.PPe . ~ ,; . ' . . 246

~~fiJ,eJlc;~s... J~.aia~es cJ ~eiltp~tttllfi~.1~.tp~r PAYS 'J. . 247 Listesp ubhca onsplr. ~.~." .. '. . . . .~ . ..... . ... . . 249

i. '' !'f

Annexes

A Li~te des symboles

B , 'Dbls1amiliaiiTes

C C:dtl'es ders,~eotion\e't questionnai:re

D Cpntenu d~ ,Ja d:Jsguett'

TABLE DES MATIRES

257

261

.273

27"/r

11

CAtlas Eolien Europen est le rsultat d'une recherche relative aux conditions cli-matiques du vent au sein des pays de la Communaut Economiq-q~ Eu1opeime.

Le.:projet de recherche a t conduit de 1~8'1jusi}~ la date de f>'l.:lb1:i'.

M '1- Ul'-' . 1.., t;;'',. ' (i)mA(a . . "'nc.rJJt~..:::.1ssmg ~1illf~W--111iJ~lt:dt~t Hamb:ung Rpublique Fdrale d'Ml~magne

JC!Jn, Wteringa' r ;'f;lli; ..... it.A11;M1-...llii\~11~ .... , .... '1,;mt~J!IWJ!liN1i.L1j7M''L~fli't!lel:.tiElll'Qlf; ' '.'

~eteor;ologisda.Instituut He)3ilt1 Hpllande .

PREFA:GE

Crde 4 giBinent bn'tfoi d~ 1a particlpati,o.ii de plusieurs personnes qui ont con-tribu iftiveinentt1 sen dtlgrotye e travan, ~ofrperidant tlii~priod donne soit au cours' a\me' du p1usie'rS1 runfohs du grm.1pe; ees personnes sont:

~w~}f 9;'1~: Lla:$'.emark: .!\~lie~:~-~ RFA: .. lt~i~~ ,~:i{fWiV~,'.'.',:~/\ ~~ll~~~;~:, ' ll'oyauhie rii:

L.Malet 'N.O.rJ~nsen, .. S.E. ~:r~en et N.G. Mortensen C..Sai. ~: . .... ~~ec~.~. ~ .... -~ ...... ~~~ ............. . ~- Scfuitidt .and w.. tlldm111es Q.4,,:p~JJ,\@~4.N[~ Sefupte~,i;ya

,\: 'j, 3,~" j ', ''"'; 'nrde.l' Atl ... J ont,norme.-tibn&idU?divauemertt;et i.d la.comptence de Niels Gylling Mortensen.

Dliftmt~~---dilttattiela,pl1Jation du ~luserit, L, Ctoa1b~eapp.on son.as". sis.tance linpstique de grande valeur et sa contribution l'dition.

13

PREFACE

Nous reme..-cionspartieulirementtaus nos collgues des iilrents c:tpanements 7"cre""~~Ms'woo1ren~~~~d~mm~~~flra,~"";"'''''';'"'#~ tiques telles que les travaux de phot0'graphie, d'informatique, de trac des cartes; de dactylographie, de photocopies etiplusieurs autres actions:

C'est avec un grand plaisir que npus :reconnaissons l' e,~c~l\e:qte coopration que nous avons eue avec. W. Pitlz, de la Co:nlmission Etqpenne, qui nous a. pro4igu ses encouragements et son support ta,nt. sr le plan scientifigue .qu'administratif, et un intert permanent qui n'a pas de prix.

Nous dsirons gale~ent exprimer .notre excellente apprciation poyr la bonne coopration que nous avons u aV:ec W.Sc.hne11,.E. Vari der Voort.tG~ aratti de la

Nous esprons que cette publication. contenant les statistiques climatologiques du v~ntrpomtoutes Iesrgicms~cte1~ .. ,EE~2sur;la'3:sedejeux tfe ormes sleetimms et anll11yss .avec soin et de modles. 1deve\of>ps partir' iles meilleures thories atctuelles, tmpliraIes fonctions attendues :n fomissarit une base 1autorise, bin qu'irrvitablement .incomplte~ pour calculer le.s ress0urces oliennes dan~ les pays de la Communaut Europenne; Erii yrit~ )robjectif. poursuivi: pour. raliser une tellepullication a toujdnrsriilm'tl'a Ceutmission et lergroupede'.ti.;iivail1derAdtas Eolien.duranMes septannes dertud~. Nous sfllnmes rtJdevable tL.la' Commission Europenne+pour sa confiance murant tdut :lepru.j.~~'etlpm1r avoir mis, notre mispo-sition ,les fonds ncessaires. Nous tenons remeroierite:us nfls collgueSi et nos amis du groupe de travail pour leur excellente;cmllabo:ratiol1:

Plusieurs modles utiliss dans J',analyse 0nt,t dvelopps spcialementpour cetf tude. La mthodologie base sur1es lois.de frottement gostrophique et les lois de similitude de la couche limite de surface :n:~a jamais t' applique auparavant des rgions vastes, et non homognes,; Aussi; nous nous sommes avenfurs parfois dans un territoire inconnu, jusqu' craindre par moment que l'tude ne conduise jamais des rsultats acceptables et que nous soyons obligs de reprendre les mthodes traditionnelles ;d'analyse des.donnes compte tenu: des nombreuses difficults ren-contres. Aprs nos longues priodes de silence, l groupe de travail tait to'ujours disponible pour des consultations et des avis: dans ce sens, tous mritent notre gra-titude ..

Cexprience que nous avoris accumule travers cette tude, montre que les statis-tiques climatologiques sont satisfaisantes pour ]a plupart des applications pratiques et parfois mieux encore qu'on ne l'escomptait. Nous avons la ferme certitude que r Atlas Eolien Europen constitue:r;a une seiurced~information tts utile. Notte par-ticipation sa ralisation a certainement )t nn plaisir, un 1privilge et un emseigne-ment.

~aboratoire National de Ris~, Danemark , /b. .. Ttoen et Erik Lundtang Petersen

14

Chapitrel

Introduction l' Atlas Eolien

Le but de l'Atlas ]39lien Europen est d'asseoir les bases mtorologiques pour l'estima,tion des re.ssources n.ergtiques oliennes. L'.objectif pritlpipal est de !Uet-tre J disposition des usagers des donnes qui permettent j.'v~luer le .. ppten., tiel.d'nergie olienne fqurnie.par.de grandes installations .. d'arog11ra~eursproduisant de flectricit. De plus, 1' Atlas Eolien prsente des dpnnes et des lignes directrices.relatives aux aspects mtorologiques qui interviennent dans le choix des sites pour l'installation des petits et des grands ar9gnrateurs.

Une caractristique importante de l'nergie olienne est que la puissance de sortie d'un a:rogntateut est proportionnelle au cube de 1a Vitesse du vent. Donc, en ce qui concerne les valuations nergtiques, les prcisions requises parles statistiques de la Vitesse du vent sont suprieures celles exiges pour la plupart des autres applications.

Une avtr~ caractristique aussi importante est lavariat.ion saisonnire .et inter-annuelle. du vent. J]ne ttermination exacte de la climatologie du vent d.oit tenir compte de ces variations; plusieurs.annes de mesures de vent.doivent donc tre utilises dans l'anlyse.

Ainsi, l'appliation des mesures .de vent aux calculs de puissance olienne ncessite de longues sriesJemporeUes de trs bonne qualit. Dans notre tude conduisant 1'4tlas Eolien,il a t hereusement possible de disposer de telles sries de donnes obtenues partir de mesurs effectues par des stations d'aroport, synoptiques et climatologiques et par des bateaux-feux, partout en Europe.

La vitesse duvent mesre dan~ ra.e station mtorologjque ,est dtermine prin~ cipaleI)1ent. pardex facteurs; l,(;!s grani$ systmes mtorologiques, qi .. s'tendent gnralement sur plusieurs centaines de kilomtres, et la topographie envir0nnante dans un rayon de quelques dizaines de kilomtres de la statjon. Strictement parlant, 1'1..ltilisation directe de la vitesse du vent mesure pour les calculs des ressources oliennes conduit des estimations qui ne sont en fait reprsenttives qu de l'endroit o les mesures ont t effectues. Capplication des statistiques d.e vitesse de vent B.1J. c~lcU-lctes r.essncir:ces nergtiqu~s po.r u.ne rsion donn.enc~ssit~donq des mthodes de tran~fp.rmation ~ppropries. Au cours de la ralisation. de FAtlas

15

INTRODUCTIONACATIASEOIJEN CHAPITRE!

Eolien, un grand effort a t .fourni pour dvelopper de telles mthodes, ce qui a p~mll-'tifl"Ml!MDew1~'W;4trm_rtadtt'1mmttea~t$1W;fJ{!)'..l!m>~~Iltesf;;n'CJ!'-"

polations horizontales et verticales des donnes mtorologiqpes et qe$ resso'"ce,~ nergtiques. Les modles sont bass sur les principes physi~uJsfCi~t M~1nedt dans la couche limite atmosphrique et tiennent coinpte des effets des . iffrentes conditions de surface du sol, de l'influence des constructions et obstacles et de la modification du vent impose par les variations spcifiques de la topogtaphie au-tour de la station mtmm>ly#(quy.;.{i j;~~r\~ Jl.trii~~f,~e l~U~~PG;iP,~id'~~if~ti,171~' ces modles partir des msures'por aiwer la cfmtofgie rgfonale du venf. Lli figure illustre galement la procdure inverse qui permet de calculerla climatologie du vent en un site spcifique partir de la climatologie rgionale que l'on utilise cette fois comme entre dans le modle. Les modles sont dcrits en dtail dans le

Plus de . del.lX cent st~tions. iptorologiques rparties sr 1'~11se111~1e ~$1'ans'leC 'pllf~6Uisles/dan~l~ltV1~ 1:t.:Unj~i:fi~ ..... ~s de mesures~. . .. .. 'afgiqus td .. 1f6l:a1r~!rae chltrue~sttfdrl; a~~t cdrtsjx:fr sf tibe priode' d 101 a~nts: En pl1ls~ 1l!~ sta~fns Iritbr~l~giqt1es etq,f nv1(otineritent ont fait l'objet de desriptfohs'f)rcses'quicomportenfls'lfnts stiivants:

c~tgorje ge t~rr~i,n, p.a.(,l p~atif d'e~u, terrain aSf}gle d~ga~, f~r~ts, etc. : o]1sta~J~s prq~hes'sttsceptill>les d'influencer les m~~ure$ t~s qve~~sbtimen~

1et2l~~ llmsei:;velJt .. ;, coi\tours te>t>:ogtapniques .. {~:rograpfe );

La classification du terrain comporte quatre classes de rugosit, chaque cla:~se cor-respondant une atgor~e.de terrain bie.n d,termine~ Les cla~ses de rugosit ~ont dcrites et tlh1'str~es dans les .figur~ .1.2;..; 1:s (}uf nioittrei.tt 1en p11.tsJ~ r~lati(j)j. entre longueu1hte turo~it t blsse dtrft.tgdsit. :~ 1on~e\lft.teflla~~it~ei; .~aj~m,ent utilise corhrne ch~lle de longueur i:mur caractriser la rugosit' a~ .. (irt. . Da11sle chapitr~ 7, une description ~e cnaql.le sta~o11.est J.1rs.e~~~e, J

1f;Offipris une

clas~ifteaiion cfe la rugosit. De plus,. une a:nalyse des donnJes. d~~ute&e. y est prfent~ .. Ceft.e anaiyse cornpre11g1e:s frquences .d'occt\Iteife ~~s:itits~sae vent S\lVartt une rtrsd' douze secteurs 1de ireiidn, aifl~ CJ:ti ~es moyeh!'tes 1f&afre5 qe la Vitss'pour chaque mois; . . .. . .

Pour le.calcul des climatologies rgionales, les descriptifs des stations et les modles ontttUf1i5 pout;~rrtsfrmr le$ dortnees d V~ttt comme siles.fb!esurs~vaient t' if'lifltes. au 1mme endroit datif im refiViirdt\rlement ajlnt les2caraetriltiques sivllltsf . . ) ! .

terrtilj~lat e(h~mqgne, pas d~pb~~axJe& au ~oi'1:nage,

. 1 rnttl'ltresreffeotues des hautor1 dt 10,25, 50, 101'1et JOOm. Parmple~ lll d& Je'1X de 'dtinf'S a~nit 'sttbi .d~s triif~rma~b~s 'rep~snte fa Vitesse lta tretion du 'Vent i 50'mtres u d&sus d'i rplliif d'a:1fr

16

CliIAPITRE 1

~\--:'-?1_,-, ---> -, ;, ,-;, ,,, - ,',,' - - "'- __ J\ - ::, ~ :- _- _- _,;)_ - . ' - -_::

Fipre.!~1: M,tn, '' J;.,~{len . Les.ltio mtlo(Qlogtgues sont.11ititts$ po!'~C:.~u[~r {s,~ ~. . . #fl;~#f 'A ~~'!ft~~. ,~#:fl~,~ OR~cemfll!fl~ ~a! cul tnctierse - ap;, a on e a1Eolfen - la climawl()Jle u vent en un site sp4C/flque quelconque.peut.ltre dltenninAe partir de la climatolfJgie rgionale.

Figure 1.2: Exemple

CHAPITRE 1 INTRODUCTION A BATLAS EOLIEN

Figure l 4t ~xemple de terr:ain cprrespondant:(J, la classe de rugqsitq 2; terrabi agricole avec .cies brise~veptq;intervalles n'excdant pas]OOOmel} 1moyenne, et avec quelques constructions pqrpilles (zo = 0.10 m). ~e terrain est c;aract4ris par de vastes zones dgages et situes entre les nombreux brise-vent donnantau terrain une appar,enc~ouverte. Le terrain peut tre plat ou ondul, avec beaucoup d'arbres et de btiments.

Figure 1.5: Exemple de terrain correspondant la classe de rugosit zones urbaines, forestires et rgi.on agricole avec de tWmbreux brlsevent (z0 = 0.40 m), Le terrain agri~ cale estcaractris parbeacoup de hrl&e.-vent espacs entre etlx de quelques centaines de mtres en moyenne. Les for~ts et les zones urbaines appardennenlaussi cette classe.

19

INTRODUCTION A I:ATLAS EOLIEN CHAPITRE!

Avc quatre classes de rugosit et cinq hauteurs standard, le jeu de donnes de chaque station esttrartsf:rm n20 autresjeux. Eensemble de ces 20jeux pourles 208 stations constitue la base de la climatologie rgionale. Ceci vient du fait que, lors de la procdure de transformation, les jeux de donnes sont autant que possible indpendants de toute influence orographique locale pour devenir reprsentatifs l'chelle rgi.onale.

La reprsentativit rgionale d'un jeu de donnes transformes dpend forte-ment de la complexit de la topographie et des obstacles entmirant la sta-tion intorologique. A.fin de distinguer les stations et de juget de leur degr d'applicabi~it aux r$ions environnantes, le paysage Europen a t class en cinq ty~~s ~nfonction. d~ l'iI!flueIIce de .l'oro~raphi~ sur .l'co~lemertt at1Il9~phrique. cesatgodes de paysages sorifillustfeset dfiniesaans1esfig:i.Ites1.6 tlct

Les statistiques obtenues par transformation en utilisant les stations appartenant aux catgories 1 et 2 peuvent tres appliques des rgions de dimensions approxi-matives de 200 x 200km. Les statistiques des stations qui relvent des cat~ories 3 et 4 peuvent tre appliques des rgions de dimensions gales ou plus petites que les prc~dente~ enfoncti9n des s.ituations spcifiques. Trs souvent de telles sta~ions se situent dans de grandes valles ou des rgions en contrefort quis'lventgraduelle-ment jusqu' aUx: grands massifs montagneux. La plupart ds statistques. ds stations appartenant la catgorie 5 ne seront reprsentatives que de la rgion trs proche de la station.

Il est important de signaler que les climatologies rgionales, c'est dire les 20jeux de donnes transformes obtenus partir de chaque station, sont bases sr les mesures effectues gnralement 10 mtres de hauteur. Non seulement la trans-formation et l'utilisation de telles donnes pour l'extrapolation horizontale peuvent conduire degrand~sjnczertitudes, mais la transforination jl,lsqu' 200m~tr~s est aussi s~Jette des. erre-urs .. Lesthories qui ont t .utilises.pour consttuire les mthodes d'extrapolation verticale ont prouves leur validitjusqu' des hauteurs de lOOzyitres,pproXimativement,par ct.escoinparaisons avec les donnes de plusieurs tourHntorologiqu~s. Au .. des~\lS delOOmtres, il existe peu de donnes. Bien qu' l'vidence les rsultats prsents au chapitre 9 montrent une bonne concordance entre les aol!nes mesures et calcules, les incertitudes associes aux statistiques dtermines pour des.hauteurs au~dessus de 100 mtres sont plus grandes que celles qui se rapportent des hauteurs plus faibles.

La caractristique statistique la plus importante dterminer partir des vitesses de vent en vue d'valuer les ressources netgtqu~s oliepnes est la/onction de di-stripution de probabilit. Une fois cette fonction~termine pour un site donn, le calcul de la production moyenne annuelle d'un rognrateur quelconque est alors uniquement une question d'intgration du produit de cette fonction et de la courbe de puissance de la machine.

Une des hypothses de base de rAtlas Eolien est que les donnes de vitesse.duvent suivent la lai de iUstributionstatistique de Weibull prsente par la figure 1.1 let ex plique dans le chapitre 8.

20

CHAPl'l'REl IN'l'RODl:JCTION A TIATLAS EOHEN

Fi'gur 1:6::PJs*e''1!Juroje~;r1i! eattgiJne l:pif)tifs, plns '(Veau et rk4'ons baises to1n des thontgns. E/e~ ve~t#'l voinage d~ Id sirfe's1ibiBsenr nirjement'ds modifii. cations llues,u ''tiling'fnentde la n:igosit~de'lo/surfac' du'svl et auxffels dvbttiles.

Fjgure 1.7: 2aysaga1iifto ,de catgorie 2: rgi.ov,s/4greme11ta11dulies1ituesJoin dtn montagnes. Les d"':ensions horizoTJtales typifues des collines sont infrieures ~.quelques kilomues. Ls veml,~'tl voiinage ile1 la sui'frte i.mt )1'UJdiftjJar, la, vt.f!iittlimn de da rulJ~lfFjJctl1s ejfets'tl~tJistals et suftoiupar les tcll,fi'.lioif,ifiduitespm: lt.t prisenc deJ

INTRODUCTION A UATLAS EOLIEN CHAPITREl

Figure 1. & Pll)Jsage Europen de ca~~gC!rie 3: Rgi,ons et hauts plqtea~ f orterrients on duJs ('Mittelgebirgs-relief). Les dimensions horizontales typiqes des col#nessont de plusieurs kilomtres. Les ven.ts ay voisirfage de la surf ace sont modifis par la topogra-phie, comme pour le paysage de catgorie 2. De plus, les caractristiques de l'orographie de grande chelle peuvent induire de fortes modifications de la structure de la couche limite atmosphrique. tout entire.

Figure ~.Q: Paysa,ge ~urQpen de catgorie 4: r~ons en con(refort. Dans ces vastes tendues en pentes, # existe d

CHAPITREl INTRODUCTION A EATLAS EOLIEN

Fi'lw;e J;~~: ~Sag&.urople# 'd;c~ii/torif 5: hat1t.$ rrrt/s.fft fhOntagrlif:t e/lfrecoups par deprfondesvalles. Les vents aux sommetspeuventtre reprsentatifs des valeurs en atmosphre libreenfonctiondes conditionsspcifiques. Dans les valles, les vents induits par les effets thermiques caractrisent la climatologie du vent. A l'exception de l'ejf etde fohn sous le vent, les vents dans les vallessont dcoupls des vents de Vatinosphrelibre.

Telle qu' illustre fig. 1.11, la distribtition de Weibull ajuste gnralement bienles donnes de v:itesse de vent observes et ceci reste valable pour la plupart des 208 stations. La fiabilit de l'ajustementde Weibull une station donne peut tre juge par le lecteur travers les histogramm~s des donnes brutes et avec les paramtres de la distribution de Weibull prs.ents dans le chapitre 7 . .J:.,es para111tresde la di-stribution de Weibull applique aux: 20 jeux de donnes transforn;Is se trouvent dans la colonne Total des tableaux statfatiques des stations. Pour'.l~ besoin. de. fa dtermination des ressources oliennes sur des sites o la classe de rugosit change en fonction de la direction du vent - zorte ctire par exemple -;chacun d~s 20 jeux de donnes a t divis en 12 atres jeux suivant la direction. Les pararn~trt;::i de la distribution de Weibull quiajstentlesjeux de donnes de vitesse/d.ir~ction~:u:vent sont aussi prsent~ d~ns les statistiques des stations. FinaJement, les statistiques contiennent une table donnant les valeurs de la vitesse moyenne et de J~nergie moyenne correspondante du vent pour quatre classes de.rugosit et cinq hauteurs standard. Les valeurs obtenues pour les 208 stations constituent l'information de base pour la ralisation des cartes de puissance moyenne et de vitesse moyenne du vent prsentes dans le chapitre 2.

Il est important de signaler que la validit.des.statistique~ calcul.es par~ird'une station donn~e dpe11d en mme t~mps de la quaij.t des donnes et delamitss~ d'in:fqrma;;ions. disponibles,. PQur ce.rtaines ~tatio:ps, les. infQrmatiqps .ont t moins cjtaill~s pour. qiverses J;asons: par.xemple~Jes phows:raphies.de~,~ert~ines sta, .. tians d'a~:rocirom~s son~ class.es po.ur raiJmn miliU;i.i(e .~t dQ11c nqn di:Sponibl ~spour l'tu.de. Il est possible qu'un utilisateur de rAtlas puisse produire des descriptions

INTRODUCTION A EATLAS EOLIEN

Fuerteventura, Iles Canaries, Espagne A:::: 7.2ms-1, k = 2.78

20

15

0 0 5 10

Schiphol, Hollande A= 5.6111s-l, k = 1.83

20

15

10.

5

0 0 5 10 15

Snaefell, Royaume-Uni A= 15.4ms-1, k = 2.08

Mont de Marsan, France A= 2.4 ms-1, k:::: 1.24

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0 20 0 5

CHAPITRE 1

10 15

Figure 1.11: Histogrammes des mesures de vitesse de vent et fonctions de distribution de Weibll pour quatre diffrentes stations Utilises dans /'Atlas Eolien. Les paramtres de Weibull sont donns pour chaque statin: le paramtre d'chelle A se rapporte la valeur moyenne de la vitesse du vent, tandis que 1e paramtre de forme k dtennine la forme de la courbe de Weibull .. Voir chapitre 8pour d'autres dtails: Abscisses: vitesse de vent en mtrespar seconde. Ordonnes:frquencs d'occu"ence enpourcent.

24

CHAPITREl INTRODUCTION A 13ATLAS EOLIEN

de certaines stations de faon plus prcises que cela n'tait possible lors de l'tude. Ilest,galement possible qu'U11

INTRODUCTION A EATLAS EOLIEN CHAPITRE 1

Anne

Figure 1.12: Energi moyertn du ventpour des priodes conscutives de Jans bases surdessrieschtonologiquesdeHesse/(I, Denmark, 1873;.;,,.1982 (Larsen et al., 1988).

peles empi:einte c;limatolqgique du vent (wind climatologica/ firigerprint), prs~ntes dans le chapitre 7. Ctte empreinte climatologique montre les variations journaJire et annuelle de lavitessemoyenne du vent et de la puissance olienne moyenne. Fi-gurent galement la rose des vents, le spectr~ .9e vatianc~, l'cart ll10is par mois de la vi.tesse .moy~nne du vent etla puissance llloyenne pardrd'un~ arm~ ll10yenne. Cette dernire s~atistfque permet l'usager de juger la variabilit d'anne en ~nne dans une station t;t P.' carter ou. de traiter avec une atten~ion spciale les stations ayant une tendance prononce dans les donnes de mesure ..

26

Partie 1

LA RESSOURCE EOLIENNE

Chapitre 2

Les ressources oliennes d'Europe

Les ressources. nergtiques oliennes varient beaucoup . travers 1.'Europe, du cJi,. mat111aritime.des Iles b:dtanrtiqesau climat continental du centre deJ'Allemagne, jusqu'au climat mditerranen des Iles grecques. Les ressources varient d'unfacteur de dix et plus sur l'chelle nergtique. Car non seulement l'nergie> moyenne con~ tene dans le vent varie sur de grandes distanes, mais des variation,s substantie1les existent aussi sur de courtes distances. C'est pourquoi des mthodes et des donnes fiables sont requises pour la dtermination des ressources nergtiques oliennes aussi bien rgionales que sur des sites slectionns.

Le but de J'Atlas EoUen est donc double: prsenter des donnes de vent .et disposer de mthodologies poiir l'utilisation de ces donnes dans une rgion envronnante pour les estirnations P:u potentiel nergtique olien et pour procder aux choix des sites d'arognra tetirs.

Ce chapitre commence avec une courte description de la climatologie Europenne du vent telle qu'ort peut la dduire des stations mtorologiques utilises pour l'analyse dans !'Atlas Eolien. Pour upe description gnrale du climat de l'Europe, le lecteur peut consulter les ouvrages de "World Surveyof Climatology'' (Landsberg et Walln, 1970, 1977). Vient ensuite unensemble de c:_irtes qui permettent d'estimer les ressources nergtiques oliennes . une hauteur de 50 mtres audessus du sol. Les cartes montrent la rpartition gographique en cinq classes d'nergie olienne. Chaque classe reprsente une gamme de densit de puissance olienne moyenne ou son quivalent en vitesse moyenne du vent, cette gamme tant dpendante de la top9graphie. Les .domaines de densi~ de puissance mpyenne e.tde vitesse moye:qne du yentcalcules sont kmns .dans un. tableau pour cinq conditions to~ pographiques.diffr.~ntes:.p~sence d'obst~cles?.terrain agricole.plat, rgion ctire, grande tendued'e~u, pollines.et ries bi~te~pqses. Ces condjtionssont choisies pour. illustrer des gammes d'nergie olienne typiqves et les estimations devraient tre considres seulement comme telles. Il y a lieu d'in.sister sur les car~ctristiques de la topographie locale qui peuvent causer des variations considrables de la puis .. sance moyenne sur e courtes dstan~es, spdalement. dans les. rgions ctires, montagneuses ou de collins. Les cartes ne montrent pas en gnral la variabilit due aux caractristiques de la topographie locale du terrain, mais peuvent tre

29

LES RESSOURCES EOLIENNES D'EUROPE CHAPITREZ

utilises avec le tableau et la connaissance de la topographie pour identifier de fa~on t1stinrtab1etes vstesrgions \ftt potentie1netgtq olien. on~a. cependant essay d'identifier des sites o il est possible de trouver des sytmes qe vent loaux (favoriss par la topographie et par de grandes diffrences de la fetnpetatutd.e surface). En de tels sites, les effets de concentration peuvent donner lieu de forts potentiels nergtiques. Compte tenu du manque de donnes, ces sites ont t iden-tifis de manire subjective. Ils sont indiqus sur les cartes par des petits cercles. Il y a lieu de noter que leseiftsduM!&traI.et,Q.e;claTral}lontane ~q:qin'appartienn,erit pas la catgorie des systmes de vent trs locaux - sont relativement bin dcrits par les donnes et apparaissent clairement sur les cartes.

2.1 La climatologie du vent en Europe

Le rgime olien d'Europe est influenc par trois fa.cteursj pdncipaux: la grande diffrence de temprature entre l'air polaire au Nord et l'air sl!lbttopicaI au Sud; la rpaFtition des tern~sc :et des. mets avec }'Ocan Atlantique a l'Ouest, le co)lti-nentAsiatique J'Est, la mer Mditerrane et:l'Aftique aSud; etles'ptincipales barrires orographiques telles que les Alpes, les Pyrnes et la chane de montagnes scandinaves.

Une caractristique notable de la climatologie du vent en Europe est le rgitne de vent au Nord du 40 N environ, consistant principalement en dpressions et anticy-clones migrateurs se dplaant vers l'Est ou Te Notd ... Est au dessus d l'Atlantique Nord en direction de l'Europe1. Les dplacements vigoureux au Nord du 4Q0N peu-vent tre ressentis parfois travers la majeure partie deJ'Europe et mnejusqu' la mer Ege, mais en gnral, quand les dpressions se dplacent de la mer vers 1e continent, elles sont ralenties et affaiblies. Ainsi, loin de l'Oca:n Atlantique, leur influence sur la. climatologfo des vents dcrot et d'autres effets prvalent alors.

Du point de vue de r nergie olienne, on peut distinguer deux types de climatologie dl!l vent en Europe:

climatologie du vent des sit~s ou la puissance qui peut.tre converti~ vient principalement des systmes dpressionnaires qui se dplacent vers I'Est.

climatologie du vent des sites o la puissance .. qui:peut .tre convertie ne provient que partiellement de. ces sytmes dpressiomnaires.

La rgion la plusinfluence par les systmes mtorologiques d'Ouest est indique dans la figure2. L C'est une descaractristiques de la climatologie du vent de cette partie de.l'Europeo.le.v~ntgostrophique.moyen,. qUi.est approximativementle vent moyen . une hauteur de 1500 Il1~tes, est bien dfini surde vastes rgions. La figure 2.1 nontre clairement l'existence d'un gradient gnraldans la climatologie du vent du Nord-Ouest au Sud .. Est.

1Les dpre.ssions sont dessystmes de vents associs des @ntres de basses pressi9ns qui sont crs Je Ion~ du front polaire s,parant .les masses d'air froid polaire et .d'air cl'laud subtropical.

30

CHAPITRE2 LES RESSOURCES EOLIENNES D'EUROPE

~ g. : .

'\ 13

/

Figu,re2.1: Le ventgostrophique moyen au dessus de l'Europe du Nord, en mtres par seconde~ D'aprs les donnes de Br/Jrresen (1987) et les statistiques prsentes dans le chapitre 7~

Le second type de climatologie du vent identifi cldessus domine dans la plupart des rgions que montrel figre 2.2, o l'Afrique} la mer Mditerrane, les Alpes et les terrains montagneux prdominants .. donnent naissahe beaucoup de systmes de vent tels que: le Mistral,unvenUort.de Nor

LES RESSOURCES EOLIENNESD~EUROPE CHAPITRE2

L description climatologique eflaclassficati,on d'un site particulier ne sont pas tou-jburs smp1~s . Les donnes de be.se .. te.VAtls.'.IEo1ien sont constitues des frquences de vitesse du vent. De plus, l' Atlas prsente des sfatististiques qui dcrivent les condi..; tions climatologiques du vent chaque:.statioa.. Avant de procder la discussion de ces statistiques, itserait utile de dfinir les termes "Temps" et ''Climat". H.H. Lamb propose des dfinitions compltes (et des infrmations climatqlogiques utiles) dans l'ouvrage intitul "Climate: Past, Present and Future" (Lamb, 1972):

Le temps est associ l'tat complet del'atmosphre un endroit et un moment particulier - c'est l'tat instantan de l'atmosphre, plus particulirement des lments qui affectent directement la vie. Les lments du temps sont

... de:tparaintres J~b .... q:,eJa.Jemp~ri!tjtrn,J~pressi91L~!mR~t?l:irig!le,.1eYeritJ l'humidit, les nuages,.fa pluie,J'ensoleillement et la visibilit.

Le climat. est la synthse des phnomhes mtbroiogiques bbservs sur 1' ensemble d'.une pri9de statistiquement assez longue pour pouvoir tablir ses proprits statistiques d'ensembl.e et reste dans une large mesure indpendante d'un tat instantan ql!elconque.

Figure 2.2: Vents principaux dans la rgi.on, Mditerranenne. Une brve description de chaque type de. vent est donne par Huschke (1959). D'aprs: Se.ries Grandi Proge(ti di Ri

CHAPITRE2

Tueshisfugmmte~,so:ctome1s':sde.li:.ft~ssidu v,ent {foriE:ttn;.de distdb,ution;.tife la viteSSe dl!li '4'et1. ~~est \'llf~~~~IEferr@Se des 'Vnts,dallS laquelle }es vitsses 'dewn:t mesn~es1 so~t:lass.es~iJJ1a:r:se~fet {t)!J.setel!iFs) et par ftewailil~ Cile viresseJ~e 1 mS!71. Ees,,,~andes .fr.C!J;eJestd :ven.t fili5ledndiquen:t enrg~Jlli-al .in. clim1tt ~un~ tinental tel que celui que l'on retrouve dans les stations allem;ndes ;de:.M)lnteh, Nuremberg etStuttgart et/ou dans les stations entoures de inontagnes telles que lesstai~iJsfranaise8iide:Mnf fiteJMarsas,.Berpi~rian et eqt~~~sonne; Rbnr:eeslieux de:mi:@~es~:stati0ns, Ies~statisttcques,mmntren~ auss~ des ;djreotiq11s1 ipi:f:i;en:tielles ile

~ long: otme ,ylftMe. Tt6, ~mat~~ fESI1MDtAl61!llenc~s pr:1e~~wenls1m';~tt~sf peuvent tre1identifi~S:~p1nli~qunfees.l(fvesetiiar1des:\fe11l;~s?,ftlrt~dans~es,s~bt~Jltse@'m.: pds entre 210P et 33Cl~en'1iron. Onp~utitercoime exemp1~~J3elmulletenidqde, Be:nb~ula au Royaum!-::Uni, Hafube:ur~ eri Allemagne et Cinbrai en France.

La "~QJJl(~tfQ~h:lrrt'ets: ctitie d'exemple'.OR'~Pelift citei les,anemank}i+i et, la,.slt~ti(;}nh !de :S'lila~f~ll .~lleMde'iMan,'"ite:1yaume,.,lJni;t1613 :tti;tres a1~tude~1 Uiie:;gn1rde vadatio~nm~mall~Je ,poDf:teus les ;1\lllC!Ji& .1 de ~lfatlllll'a:.l,ar acf~~jse:Jres'r,''gions;.:~'f r~l,f'Cil1de1H~-~i'lp'.:~tandisiJ!~'n;J$~~kVfiViation ~otidiel!l:Jlle eJ1:;1;t1etre'f'etife~pdria\i(llitl' enlbi~,et~.s:out::;ie oara~fmstiqwe~ de. l'Jit:1i'tiope1 sittu au !fort des Ailp~s; .pes.~amatins;1~nnt;tlleS;1et$i}\toti!dteiMlles~stb1t .iafleuaies :ussi bien~pi les ~coJ[Jditins:local~sleiuel\f!!;~r:;lsi;~on:~i1ii"bs'"e.pande,:ch~tlet''~eis le's variations: aru11lll~~sun:t>lfabi tlltel~ement:tJ#lis'es1e01\lllriteint;lir1atewt; ttltbatooi'l1l r~gi~~a},.

LES ,RESSOURCES EOLIENNES.ENEUROPE CHAPITRE2

l'Europe. Les ressources oliennes reHespeuventvarier de fan:importante sur de c13iUt1tes~dista'tl'cesentaiS~s proc~~ et parla:tn.odifi~tie>n du v~nt du~ ~Ja topogr;,ipfe du terrain sur des distan.s de 10 20 kms de la station de mesr~.

34

Ce c:temier poin~;~f!!tj!f~~iiiti:4J~srlii!~~.~it~ \JiJ!l~l'~~~~J:'lD'J!Uloji . ' . \ \ ~. : . , .. \. ,.! ' ' .. '. !~#~l\iW7J.'J'.\:IJl'~~tJiJ: EJ!.Cl"~'I:/ li: : .. 4118,;t

pour cirtq sites tc:>pograpmqement c:tiff.rents. Dans le chapitre 4, on montre com-me:a.t:.ces~~b:t:tfre~~P~Jl~ent;tr~XtJt}lp>C:>l~~!~dJalflftfSlttaul~ulls~etwfiss!pratiqliiement pou:::~lescal~ds~

A titre d'exemple de reprsentation quantitative des ressources oliennes iU~strant aussi1Jlien,J~s1 .. ~aria~t0us: i'sionales~~q!J.le vla 'Pp,ea~c~ 'd~lai t,of):og;i.:4:11N,lai~J'f ,'

l I ' . :y i(Jfil t '?TQQ. .. . .,, '\t ~ . .:-. d( 1:t;~. . . . . . . . ... . w~~-~i ~ ra~g.~,,e~ r~,~ .. 1,~.~ :'.tf:; } ' . ... . t:elil11 'e;1J"(l>:~~~iie~~t.\em~m~NJ;tlif1l1'~i4~1 .i~~\q@llltutl Qip Po1tugal.S:jf:a~r0gn~t?~teul$:est.in~t}l~sur une crte .. bie11 exp0s, saf;!hant que la con~q~~!;~iouest lam~l'l!!.~~tti,:Je~. d:'~~~~ii'YJ

.. . . . . f. r~r;*\~ ; .'b'.'fo:1.H . 1

En con~l~~i~tt!le~ catt~s 'ous r~!~l~~~~e Ie .. s r~ff~~r".; ... ,'.nt!ellment ~l'tS!ressantes pgull' cd.~s aR10Ji.at10ns eol~enness ... .!J!S)l'ersees:.Q.1.lll::l:!~:UJ 1 autre de 1. Europe. Les prjl\cip~les rgionsqi.d~~pO!~;t\t,. . ~19J:~al}ttjsJ~'~tt~~es nergtf~l.leS oliennes sont: )es Ils br.itanl)iqttes, la rgidll. de fa M.er du Nord, la partie Nord 0Juest de) '" ' ue,r~(Ja i Grec ,\1;.g:ues. ni'1' t';.;;. 111 .~ '~:;au '1es ;ta . ....... . . . . :~~ . , . . . . . . imrlt . . . si" ... . venttrsfav(}rable.s .. Les systmes d vent bien connus spt le Mistral, lott-~~Jl~ !'.l.}!af!~ 911w . ~~!Us d tr~s 1 ,p;-;: i~~'1!s patl~ pr~~~~c~ ~F 1'tbplta~~'e1 . . ~s! . . f . atl\~~"~ su~.~~.::;11,~~~f~~ ister sttr toutePE'9'10J"~, en partfouli .. s sa . . .' Dans tt':t!lles zonl'; 'les etI~~~ d~, t ~tr~!fl\~. lfl;! ;~p~er fo!f(pot,~lltiel~ ~~n~ ~ ue., Ep r~i~dlt ' ~~ dd.w !:; ' ~~;: s n~!1:~:.t:t~t~~~'.~~t, . l @e-t t'At 'Ile . tompte_lenutt~ l'' . ssibte

''"7 e~i~tdatts'ei:' .... .... . ~o~s to~ 1 \\~tJ . .. '. W' ate ; r.~udtellire~I~ ventscl~lbinnts,t~~pti~ .. ~irait id.e'sttesa, ki. ~rs1c.ite1'Enr8~,

permettant f.ttexploiter l'nettie olienne - mme dans .les rgfo;ns faiblepotentiel identificiessurlescarte~.nniestpaspos.sibled'idendfier,raided~l'AtlasEolfen,Jes sits~orahlesloca}is~s dans les raons faible poteatiel. Pour valuer la ressource olien,e'lfan-. de tels sites, il est ncessaire d'effectuer des if)lemres de vent tales sur quelques 'nnes dans les rgions irttressantes. La mthode discute dans ce document permet de sleetimmer lessites et la manire de concevoir les mesures .

. .. . ;1ilcfti,wlifc:l,ildlftm1ttcm iibyimtti':>cft!tetrieit6'di:lme. fbdt''ctaimlci qut;, n'Udlnfpas "de chadap dlectrlque.. ..

35

CB!APil:J!RE.2

2~3 UGD.d des eal1es derrsSO\t;J'lt;lieDne "''~'~~rr'~"'~''~~'!i\W~'c1~r:f~~?$'4i"''~~;;f~llfftt~~ttr*_.~~''71i:"J~'t''~~i:1*''1'ff':ll:~1~;~~ftd'~"''trr""~

Les res~ources ;~liennes: et le~ttlief des+,pays; de,la .. o111munalltt:;Eurbpenne, sont prsents sur 15 cartes en couleur dans les pages suivantes. Les prinQ'ipaux ':f'euv6ts ainsi que les frontires sont galement indiqus sur ces cartes.

di

IJes resisQuJ~~s~~oQennes ,se rapportepf ftine:hauteur de,50:1m'ttes, audessus:du sol et:la Jgnde dd:m:me' la Vitesse''inoyenne duwent ainsi querJa dens~t de puissance olie:ane,inoyenme'pour $.difftnfs onditi0nsr topogt3ipliiquest Les Igions o les eftts de. (')ncentr'atioo lont' 'pr~\tisiblr~~ ,iJais ipour1 h~~qrl'l~tis les donn@.:s n~tient pas,disponible&, sont indiqu~ssbir lescartespar,feseercls:

Nuance

Le ; reer tel~ti:f p.J ~~~; pa~. indiqu ,sur ; f e~ Cl\lj~S 4~ . Gr(;!e,~.et. p~s'.l~~;,)~~t~ff qes qe I':E~pagpe .~f q ,Pttt}g,!'cal' les fciptuttf~ ~\lL~es ~.~gjons if~iiierii. pas di,spoiJ:>1~s. . ' ' "' ,''> '' ,:,

-qne", (;!~rte plil~ dtaille i,~ l'Erope .~b i:Q~fJit: .mo~~~~nf 1~ . feUef ~~vl~. huit classes, esf d(;1~~e par WifaiP~Qls~

CHAPITRE2 LES RESSOURCES EOLIENNES EN EUROPE

f

500 km ..

Ressources oliennes1 50 mtres au dessus du sol our 5 conditions to Thrrain avec obstacles2 Plaines dgages3 En zone ctire4 Merdgage Collines et crtes ms-1 wm-2 ms-1 wm-2 ms-1 wm-2 ms-1 wm-2 ms-1 wm-2

> 6.0 > 250 > 7.5 > 500 > 8.5 > 700 > 9.0 > 800 > 11.5 > 1800 5.0-6.0 150-250 6.5-7.5 300-500 7.0-8.5 400-700 8.0-9.0 600-800 10.0-11.5 1200-1800 4.5-5.0 100-150 5.5-6.5 200-300 6.0-7.0 250-400 7.0-8.0 400-600 8.5-10.0 700-1200 3.5-4.5 50-100 4.5-5.5 100-200 5.0-6.0 150-250 5.5-7.0 200-400 7.0- 8.5 400- 700 < 3.5 < 50 < 4.5 < 100 < 5.0 < 150 < 5.5 < 200 < 7.0 < 400

1. Les ressources oliennes se rapportent la puissance contenue dans le vent, Un arognrateur peut utiliser entre 20 et 30% seulement de la ressource disponible. Les ressources sont calcules pour une densit de l'air de 1.23 kg m-3 correspondante la pression standard au niveau de la mer et une temprature de 15C. La densit de l'air dcrot avec l'altitude mais jusqu' une altitude de 1000 m, la rduction de la densit de puissance qui en rsulte est plus petite que 10%, voir 'Jl..1ble B.1 in Appendix B.

2. Zones urbaines, fort et terrain agricole avec beaucoup de brise-vent (classe de rugosit 3). 3. Turrain dgag et ouvert avec peu de brise-vent (classe de rugosit 1). En gnral, on retrouve ici les sites continentaux les

plus propices. 4. Ces classes appartiennent une cte rectiligne avec une rose des vents uniforme et une surface continentale contenant peu

de brise-vent (classe de rugosit 1 ). Les ressources seront plus leves et plus proches des valeurs en mer ouverte si les vents provenant de la mer sont plus frquents c.a.d si la rose de vent n'est pas uniforme et/ou le continent dborde sur la mer. Rciproquement, les ressources seront en gnral plus petites et plus proches des valeurs continentales si les vents provenant du continent sont plus frquents.

5. Surface marine plus de 10 kllls de la cte (classe de rugosit 0). 6. Ces classes correspondent une survitesse de 50% et ont t calcules pour un site situ sur le sommet d'une colline isole

axes symtriques ayant une hauteur de 400mtres et un diamtre de base de 4 kms. La survitesse dpend de la hauteur, de la dimension de la colline et des caractristiques du site.

37

Partie II

DETERMINATION DES RESSOURCES EOLIENNES

. J~~~'~lfF~QMeAA~;~;,~r~pg . ;(\~,J:~~~t~~t ~ .. ~Jlijr~i.e,d~~~:~11e~gje Jl\Q~l:1ntM40'1 . ~;.~~~s.t~._I~~l1 , y~ils l~~~.;v~;\t~t .: ~~9'~ij;~ffJtl{~f'~~:alr j~!,11; .. . .. '. ;j[ est ~cessrure de dcrire systntatiqaementles caractristiques de cette topographie. _ ,_ ~ : . , ~"'i:,!, ft'

CONCEPTS GENERAUX CHAPITRE3

La rugosit d'une surface donne est dtermine par la taille ~pa dist1qutio11 ~f ise.~ lments rugueux. Pour des surfaces continentales, ces lmitJ'1*,srl 1:t ~~l1Jes'" sentielleme;nt la v~gtaton, aux zones de constructions et la.surface du sol. Dans l' Atlas Eolien, ls dilfrents types de terrain ont t diviss sui\tant quatre classes, chacune tant caractrise par les lments rugueux 9~elle cori~ient..Chaqtte type ~e terrain est ntttach une clas_s~ de ru,g~sit~: ~1}~\e!f\11fl\9-0> a1~!J ~1:1~1:\~f:~lf~tfa; tlon des quatre classes de rugosite ont ete presentees ans Tes'\Ilguresll.2-:.1..S.

La rug9sit d'u11 terrain est habituellement paramtrise par une chelle de Jongmmr apP.rl:e longueur de rugsit zo.

hS Zo = 0.5.~ ... An

~~A~~4~~~~:n~~:;.i:;.t~~::!~n{;~:1:~tl:f::;fJ,f~~:~~i~A~k~:~~;fJ;! d~ .~t~ii~~r qti~\Y: C:ett veht,iu fait tae t''outehJ:~rlt est )1'sd111ey~'i$au-dess~s'~'s lhtttrits i:~~tix Irsq~'tr(s'df pro6h~s 1~s jf~s %ijs ~\ltti~~, }\d~~~;: $~1t~ ;in!;ftS:c~ ifn'.'ct s etile h ctintti~e ~ugo~i(: 'JSp:out!~; reiioov@hleflttffl~~cill.lle~Bnt ncessite la mesure .de la hauiet ati~r.fesstis du ~af t{pltinttttt2ilfi:t1dfht'quefinqti situ' . . tre l sommet et la mi-hauteur de.s 1ments ru . ~ C~ttehauteur cotres pbn :, l.lne ta . :r'tidep1U:e'eiiJ~nt.l.lttti "'' 1 ~,~ :d .:a

CID\PITRE3 CONCEPTS: GENERAUX

. et Au ri1. iL;;.fit L;estllatl

CONCEPTS GENERAUX CHAPITRE3

Cf, ,. .,i. \;;.;aFactenstiques;w.u,terram

1.00 ville fort

0.50 banlieue

0.30 brise-vent

0.20 beaucoup d'arbres et/ou buissons

- o.IO -:-rerrin agricote1l'1ilhli01'riiie -~ --~-~--1-~r~~--~---- ' J

0.03

tefrain agricole l'aUure ouverte

terrain. agricole avec trs peu de ctihsttuctions, d'arbres etc.

zons iift)rtuair~s avec des16tii:hnts et des arbres

0.61 pistes et t~ways d'areport herbesi hautes

5. 10"""3 sol nu,Qlisse)

10-3 surfaces de neige, (lisses)

3 .10-4 surfaces de sabJe.(lisses)

,' ' ';' {; '.,,) ~ h t "\' '.

10-4, Rlafs.~'ef!u (lac~iJj.ord~, au l~rge),

Il

Figure 3.1: Longueur de rugosit, caract~tiques d'rt:llfurfac dustil t clse de'rugi!Jsi correspon'dlilnt. Les Glttsss;de mgosi~sbnt:indiqttles pr'desftlcheN vel'timls. iieprhnt cn:trllfde altdque utt1ss 'donne l ~r.il'l!Ut d rlfb'el:tae~~'L long,11,eur defl~hs'vertldJes nt/t>ntre la gamimiit d'incer#tude'pbUP'vdlet; l7ttr1ftgdS:it4.

44

CHAPITRE3 CONCEPTSGRNERAUX

Eeffet d'obstacle est dfini comme tant une dcroissance relative de la vitesse du vent cause par la prsence d'un obstacle sur le terrain. Sur un site donn, l'effet d'obstacle dpend des par~tn.tttes suivants: ,

la distance de l'obstacle a sitft)

la hauteur de l'obstcJe (/if la hapteur du point au~tfoi1 oti s'ihtresse sut Je $ite ( H) ,111 ~W~~~~ .. --~--~~~---~-~r -~--,-~ la pprQsit de l',obsta.cle (P)

~;ij~ier~~~xYISil!1Jt~t~r~QlJc!in cie hl p()tjit~. ; ;

7. 5 10~

-----15

10 20 30 40 50 Distance de l'obstacle/hauteur de l'obstacle

Figure $.4; Rcf,uction de la vitetsil dttlitent (Rifnpbur cent cattsd pilr la p~sence d'un obstle deux dime~ions d'apr~ les expressions proposes par Perera (1981). Dans la zone h11churl, ('effet d'ob$tacle '!/St trs dqendan.t des dtails gomtriques de l'obstacle. En.outre, lavitsse du ventaugmente en gnral au voisinage et au-dessus de l'obstacle .... de mani~e similaire aux effets de survz'tesse au-dessus des collines.

Bn rgle gnra.Je, on considre que la porosit est 1ale zro pom des construc-tions et ~ 0.5 por des arbres. Une liane de btiments identiques aura une porosit de 0.33 eiiv.fron. On peut appliquerles caractristiques des brise-vent listes dans le

45

CONCEPTSGENEru\UX

tableau 3~ 1. La porosit des arbres varie aussi avec la~'li~~i@lll;1 .$~f ~it~;en f(!}JJ.f A""'-~g"'1~~-g .. 1uzmm-~~._1,.,.,.~~l' ...... ~.-.;,.~1 ..... uu11 Uv iu -p,w.1:.ava\\J: ~v:--1-a.rt11cs~- 6'1i':>U~ :f- - l ,,. ' 'le-,:.i:rrd:fRJ51Jf;"'"~u~r:IJ:dF:l~.a:-~5_.a,~g;.i~Yq~ .: !J..:5u'l;a,"v~,.-t11lt"14'

porosit doit tre considre comme un paramtre climatologique.

Tableau 3.1: Poto#t~dBS' b#:Se;,.Vent:

l Apparence J Porosif P .1 Solide (mur) 0 i o .... Trs dense 5 0.~5

, ,0;35.;!. 9.SU .. ' .L.,k ;1'

Les effets des variatiens d'altitude du terrain sur le profil vertical de vent peu-vent et1.~e clairellJ:ent dmontrs par les rsultats de l'exprience internationale de la coltme d' Askrvein, sf.1'e sur rue de South Uist dans les Hbtides (T~ylor et TeUfiissen;,1:!>81rSainfn etal:; 1~87)~t:a figure 3.!l montre unevu9 en perspective de l colline d'Askervein. Caxe su~:vant lec;iuel les mesures des vitesses:et des direc-tions du vent ont t effectues cf~f ~~tgu par des mts mtorolojiq~s.

ftfl ~ t.;

' '~: . J/S>~r~fq1.npeiaptcHve t1d1l1Jftlifilntt 'ifskl'Vetrf; ... ~Jj .1:;:;~;sAri:E;~y,;:7 ~~t('.g;f.'.J ':.":f~>. t , r'" ;, ,+J.t~'

~s dn-st~~ata~~stdUJlstnes:cAes~li< ftPJ:e J,41> l'aide.du coeffioieiit telatif.:C}l.QnlJ-nrS ;&;,lOcnt:i a:UdMuSs 1clliJ ~nli. prseaitti ~n .. fmttrtiGnr .de; la. 4is.i. tan~t:lt!>a . . l\lRomitt~lili~Ptrtir, qu1So,tJne.t.d Ja,orte~ ~'eoeftlaientielatif de Sllln'te$a, .tid:'1i Q~ll'llllt.&'.Jli.t~ .. , .. . .

AS .ua ~t Ut

(3.6)

o;:u2 et Ut reprsentent re&pectivement les vitesses du vent, une m&n'.hauteur au.dessus du sol,. au santtJ1et et au bas de la colline, fac;e al) vent.

~s ~Dlll11~es de la figure 3~4 sont obtenues pour des direetions de vent presque per-pendiclaii'es l'orientation .de la colline. On montre a-ussi les rsultats de trois

=~~~~~~=;:~ aure !t4 sont: .. ' .. . . . . . La survitesse au sq.mmet st de 80 pour cent compare la vitesse moyenne

du vent non perturb en un point sit au vent de la colline.

4?

C0N?EPTS.GBNERA:UOC

La survitess ngtJ:tite \ec4.imiMl!ltin; ie: lfu vtssti) sur~la .fia~e:;u veJt~,,t;f . l'Gbrl f~,~1~i"et'.JJ!l'illre;~st1Kd'e';1lt1"'fr:'4;!pJtilDt .. tf& .. ;rct0m,1111av~~)a:~e m01en1!l;e':eliw,, vent non perturb.

1.

-SOQ 1000 Distance au somfuet

CHAPITRE3

,..._,

s ........ ....... 0 r.l'l

.g r.l'l ::s r.l'l r.l'l QJ

"O. 1 ::s ~ 1-<

~ ...... ::s ~

CONCEPTS GENERAUX

1000 _ ___,,___~-~-'----.--~-~~-~,~

100

10

1

0.1

I I

0.01 ___ _.._ _ _._._....,...___...__. _ _...___,,,__.....___.....

0 2 4 6 8 10 12 14 16 . 18

Vitesse du vent[m s-11

Figure 3.5: Profils de vent enregistrs simultanment au vent et au sommet de la colline d 'Askervein. (Jensen et al., J 984 ). Les symboles sur la figure reprsente~t les mesures .. L profllau vent d~ la colline YJSt reprsent parla ligne situle gauche tandis que la ligne de droite donne le profil au sommet de la colline. Les deux helles de longueur L et e sont dfinies dans la figure 3: 6.

49

Il est vident, partir de l'exemple prcdent, que la colline e;x:erc~ une prfo11de 1 ..... "ll!l"--'1~1, ,, -"-'-"' ..J....:~-' " '.-.,,. . " -~~,; . ' . ',, ' ' "11-l, ; " 1uu11.a ,., . .. " ;50;1:'11'')''1,'illil\':J'lin'e:."'J1i:1rf'\w.""

~ .. . .~~~ .. J'L~~~~ . l , ,R~ une sorte de so.cle et ta hauttur seraajout6e celle de l'axe . mi, orsqu'on sppose une entation sensible des diJll.ensi.ons lat~ralcs et verticales, la.situation chan.ge et la haute'LU' utiliser devient la hauteur au-dessus du sommet de la colline.

0

Figure 9. 7: Vue r;,n perspectiv du relief oio'gtJ'jlhiqu~ la station portuguaise de Bragana.

Secteur

z 0 30 60 90 120( 150 180' 210 240 270 300 . 330 10 120 .15 21 27 84 124 120 15 21 29 90 124

-8 -19 -11 14 18 6 -8 -19 -11 15 19 6 25 68 35 8 14 47 71 68 39 8 14 49 71

-...: 7 .. -14 -6 10 ~3 4 -7 -14 -6 10 13 4 50 42 22 3 7 29 45 42 22 3 7 29 45

-s -10 -4 7 9 3 -5 -10 -4 7 10 3 100 22 9 0 2 15 20 22 9 0 2 15 25

-4 -6 -2 s 6 1 -4 -6 -2 s 6 1 200 8 1 -2 0 7 10 8 1 -2 0 7 10

-2 '-3 0 3 3 0 -2 -3 0 3 3 0

Tableau 3.2: Rlsultats.. de la station de B1agrp1ga obtenus l'aide du mod~le oro-graphique. Pour ohque secteur et pour les cmq hauteurs standard, la table donne aussi bien les accroissements ou les diminutions de vites. en pour cent (premilre ligne) que la variation de leulire

CONc;::JEPTSGENERAUX CHAPITRE3

Figure 3.8: Installation d'un arognrateur au voisinage d'un escarpement.

La figure 3.8 montre un autre exemple d'un arognrateur construit au voisinage d'un escarpement. Pour des vents venant de la mer, on est tent d'utiliser la hauteur du pylne par rapport au niveau de la,merr Mais, ceci est compltement erron car le vent a t influenc par la prsence de la falaise avant d'atteindre le continent, et la hauteur en question est bien la hauteur au-dessus du sol.

hapitre 4

Potenti~l rgional' d'nergie olienne

evaluation rgionale. des ressources nergtiques. oliennes est dfini~ coll1me tant l'estimation du poterrtiel m~rgtique d'un grand pombre d'arognrateurs rpa,rtis sur une rgion donn~r;c_JneteHe investigationpe~t tre ralise difl,'rents niveaux de perfectionnement. pJa,~ohJdale, cette va,lation doit tre ba,se sur l'valuation des sites pour un grand ~ombre d'installations sp.cifiques.

t:.a:~gyre4:1 montre un exemple d'tude d'valuation trs dtaille. eobjectif c0n-sistait trouver le nombr~d'arognrateurs qui pourraient tre installs au Dane-rnark,50mtres de hauteur .. La classification de la rugosit a ncessit l'utilisation de 100 cartes topographiques l'chelle 1:50 000 pour couvrir le pays tout entier. Paralllement l'objectif gnral, les cart~s ont t u.tilises en vue d'identifier qes sites pour l'installation aussi bien d'arognrateurs individuels que d'un ensemble d'arognrateurs pour expJoiter des fermes agricoles.

A l'vidence, dans le cas des vastes rgions, la prparation des cartes de classification de la rugosit telles que le montre la figure 4.1 constitue une tche fastidieuse. Par consquent, dans la reprsentation des ressources olennes rgionales, les dtails locaux ne doivent normalement pas tre pris en consdration.

4.1 Utilisation des cartes de ressources oliennes

Les cartes prsentes dans le chapitre 2 montrent la variation des ressources oliennes sur de vastes rgions homognes. Dans les rgions relativement non acci-dentes, les cartespeuventtre utilises encombinaisonaveclatable del figure 2.3 pour fvaluation des ressources rgionales et les alculs de production d'nergie moyenne des arognrateurs individuels.

Les cartes avec leurs lgendes donnent la vitesse moyenne du vent et la densit de puissance moyenne une hauteur de 50 mtrespour cinq diffrentes situations topographiques. A l'aide les figures 4.2 et 4.3 il est possible d'estimer la vitesse moyenne du vent et la densit de puissance moyenne des hauteurs comprises en~ tre 10 et200mtres pour des tetranshbmogries et pour chaune des quatre classes de rugosit. Les figures donnent les facteurs de conversionf et fe qui concernent respectivement lavitesse moyenne du vent et la puissance.moyenne. Ces facteurs

53

POTENTIAL REGIONAL D'ENERGIE EOLIENNE CHAPITRE4

Figure4.1: Exemple de ralisation d'tme.carte de.classification de rugosit sur laquelle sont reprsents les brise-vent, groupes d'arbres, fermes, villages et les plantations. La carte couvre approximativement une superficie de 22 x 28 km (Planst;yrelsen, 1981).

doivent tre multiplis par les valeurs lues sur la figure 2.3 dans la. colonne carres# pondant la rugosit de ch1sse 1 (plaine dgage). La mthode est illustre par les deux exemples suivants:

Exemple 4.1 La figure 2.3 donne une densit de puissance moyenne E(50) de 300 Wm-2 approximativement au-dessus d,une vaste plaine dgage du Nord de l'Allemag:ne . Si:on vt;tt estimer la densit de puissance une hauteurge.40 m, la figure 4.2 donne un facteur de conversion de 0.9, et ainsi la densit de puissance 40 mtres devient gale:;;;;: 270 wm-2

Exemple 4.Z La carte des. ressorces Qliennes de l'.Irlande montr~ u:ne densit de ptdssance moyenne d.e 500 wm-i approximatiyement au dessus d\!n terrain de rugosit de classe 1. La puissance disponible pour ~n arognrateur.mst~ll 50 mtres de hauteur ayant un rotor de 50 m de diamtre est ainsi de 500 wm-2 x surf~ce de balayage du :rotpr ~ 98U K\.V, .ee qui \correspo11d 8.6 G~h/anne.

Cependa;;nt, u~l arog:nrateur ne peut vtiliser toute F n~rgi~ contene dan~le vent. Les considrations ~rodynamiques donne!}t une efflcacit thorique de conversion de 59 pour cent,. connue sQus le 1lQID de limite de./Jetz. (Betz, 192()). En. pratique, il n'esi possible de conv~rtir q~e 2fb.30.pour cent delapuissance.c:JiJ;ponible; pour des e~t;ima.Hons: empiriques, .. on peut retenjr une ~leur.raiscm:nable de 25 pour cent.

54

CHAPITRE4 POTENTIEL REGIONAL D'ENERGIE EOLIENNE

100

,......., s ........... 1-<

50 ~ ...... 40

~ 30

lO-+--r-----r-__,.~..---F--.--LtJ,-.J~--.~+-W.:...---..-.,_,....--.---11---.--....--.-......... .........j

0.0 1.5 2.0

Facteur de conversiorl de fa vitesse du vent fu

Figu,re 4.2: Facteur 4e conversion de la vitesse. moyenne du vent, Iw Valeur utiliser en ombinaison avec les cartes de ress()ures oliennes du chapitre 2pour estimer la vitesse moyenne du vent deshauteurs cornprises eritre 10 et 200 rntres au dessus d'un terrain homogne c(lractrispar l'une des quatre clCJSses de rugosit. La valeur de.rfrence (50 mtres de hauteur, classe de rugosit 1) est indique par un cercle. La zone grise indique l'incertitude due auxdiff renc(fs climatiques en Europe.

100

,....., ..

50 1-< ::i 40

1 30 20

10...+-...L...-.1-,..J.l.-....-.-..-.-+.-..IU.-.---+-...-.-_.......h-........... -.-.1-.-..-..........l ........ ...--.......4...,_ ......... -.i 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Facteur de conversion d'nergie f E

Figu,re 4.3: Facteur di! converstoni/e l'nergie moyenrie du vent, fe Valeur util~er en combinaison qvec les r.;artes.de ressources oliennes 4u, chapitre 2pour f!cstimerla densit de puissancfNhQyenne.4UV~l:Jt des. hautew:s comprisrts entre 10 et 209.Ff!ltres au dessus d'un terr(,lin ~omogJ'le.

POTENTIAL REGIONAL D'ENERGIE EOLIENNE CHAPITRE4

Ainsi, la production d'nergie moyenne est estime 2.2 GWh par anne environ. Lorsque les cartes sont titHises dans les rgions ctires et montagneuses, on doit tenir compte des considrations particulires dcrites ci-dessous.

Zones ctires

Lorsq:ue l'air se dplace de la mer vers la terre ou vice versa, on retient deux effets importants pour la climatologie des ressources oliennes: la variation de la rugosit et les proprits thermiques de la surface. Bien loin de la cte, la climatologie du vent est du type soit maritime soit continental, mais entre ces deux types il s'agit plutt d'un rgime mixte. La largeur de la zone ctire varie en fonction du climat et .de la topographiJ! existallte. Dans l'Atlq~ E

CHAPITRE4 POTENTIELREGIONAL D'ENERGIE EOLIENNE

1.2~--------~--~---~---~-"-----..

Mer

0 Dist.ancede la cte .. [km]

Terre

Figure 4.4: Densit d'nergie moyenne une hauteur de 50 m calcule en fonction de la distance la cte de la mer du Nord en Hollande pour deux classes de rugosit diffrentes. La cbte est oriente SW-NE et le terrain est de rugosit de classe 1 (courbe suprieure) et de rugosit de classe 3 (courbe infrieure).

1.2 Mer Terre

1.0

~ 0.8 ...... ~ ...... ~ 0.6 (!.)

'fil> Il)

~ 0.4

0.2

0 Distance de la cte [km]

Figure 4.5: Lq densit d'n

. . 11' d' . . . 1 . .:I' ,., + +. .. . t auss1 con~~t e exammeFavecsotn ,resstatisques u alittireS's"ai:1op$ qm .. paurraten e~ftl';-~i1'iJll;~~l ... 1.: .... ;., . . ..... ~-M~ en tfain monta~enx ne peut tre effectue qu' raide d'un modle orographique numrique. n~ exempi0s de calculs de resso:llrces d~$'+'lm:1'.eltr'iiil Jtccident sont doniis au proch~jn chapitre, paragr~pb.$A.

_f/ '--;;;;> -!, "

La ~gure 4.6 montl'e une we en p~rs . '.'.:c~lJ:lel1(elas:~tlon fripaise ... . cl~ ce i ion ainsi que du Mont Aigoual dans le M~~sir'C

des ~t~tiOns ~iR,1fm:1res"soiiirelatf ., ressources. rgionales, s~uf Jqt:~q sites .. a;,ynt un ell;viro~uemell;ti():e

grles . .. . 'li~r:d .. . . ... vaJuatipn des !ii1'1;e les utiliser col:,ie rf~:rence pour des

pi;,- .,*-'-''""'":-:,,;_-:r.--">f+-~ '--~-" -- ')

Jrigure 4.6: V'4e en plrs;pective de la statlQfi franfa/,se rilu Mont Aigoual.

Cha.pitre 5

Choix des sites

~our l'9hjt?t d:e. fet Atlas, le siting. est dfi;1.1i comme tant l 'estilrialipn. de /apuissance moyenne produite par un arognratefJtr dmJ,p'.4 pour /JIJ ()U plusieurs sites spcifiques.

Une procdure complte.de siting doit ten~r.compte de la disponibilit cies lignes d'nergie.et cies transformateurs, de l'utilisationpr~ente .et futured~s sols, etc ... ; ces aspects ne sont cependant pas pris. en considra~ion ici. .

Une procdure desiting comporte quelques unes ou l'ensemble ds tapes suivantes:

slection d'une climatologie rgionale du vent approprie

dtermination de l'influence de la rugosit du terrain environnant

dtermination de l'influence des obstacles avosinants

dlerminadon del' effet orographique Jodal calcul de la.distribution.de Wefull

calcul de la puissance moyenne en utilisant la distribution de Weibull et la courbe de puissance de Farogrtrateur.

S.l Slection d'une climatologie du vent pour un site donn

Le cboixd~un cli1llato.19~iergionle du veilt.appropri~.Pou~ un site donn, con~ siste ~ choisir les statistiques convenables parmi les statidns analyses.

Il est prfrable de choisir une station dont les conditions topographiques sont rela~ tivement similaires celles du site. Cette considration est particulirement impor~ tante dans le cas des rgions montagneuses et ctires. La station choisie ne devrait pas tre situe plus de 100 km du site, dans la mesure du possible.

CHOlX DE SITE CHAPITRES

Les calculs de puissance pour des sites e type 5 senmt vraisemblablement imprcis "'1-a ..... '.d#k . il . ,,,_. ,~~ . 1 ....... ,.,,.. . "'1. ..... . ' + ve1; \]; ;..;~i.'IJ.?11>'G~-l.!L'"1ie);1il~:i!tG~i~1;1?"(tR,li1!ol"~'ZlJ!IS'J,~llf ~~-~W1;i~11!J'l\.':~l~i'"'1'.:, .

situs sur des terrains aussi similaires que possible. Cepeng.ant, ~2mme si prcdemment, le sitingen rgions accidentes et mc:mtagne"Qsea.fleii*~\r~~, par calculateur l'aide d'un modle numrique orographique. '

La qualit des .statistiques d'une station peut tre juge partir de l'information donne par l'ensemble des statistiques de la station:

description des conditions locales de chaque station

statistiques des donnes de base ~--~~~~"-~-~-~-~-~ - - - - - - . - . - -- - -

empreinte climatologique du vent.

Les empreintes de la climatologii

CHAPITRES CHOIX DE SITE

5.2 Classification de rugosit et calcul d.es statistiques d'un sit dolln

La classification de rugosit du terrain d'un site donn consiste attribuer des longueurs ou classes de rugosit adaptes aux divers types de. surface autour du site. Uhdrizon est d'abord diV:is en douze secteurs de 30 degrs chacun, et la classifica-tion est ensuite effectue secteur par secteur. Si la classification est faite entermes de classes de rugosit, les distributions de Weibull correspondantes se trouvent dans les statistiques rgionales. Si le terrain est de la mme classe de rugosit pour tous les secteurs, les statiStiques sont obtenues directement partir des colonnes Total. Le plus souvent la rugosit d'un terrain n'est pas la mme dans toutes les.direc.,. tiQns etJes statistiques doivent tre disponibles pour.chaque secteur av:eclaclassede rugosit correspondante. Puis, les statistiques de chaque secteur doivent tre com-bines en une statistique globale, c.a.dune fonction de distribution deWeibull.du site. Des mthodes sont prsentes au paragraphe suivant pour dterminerJ'effet de variation des classes de rugosit d'un secteur un autre et l'intrieur d'un ou de plusieurs secteurs.

Si une longueur de rugosit a t choisie et si elle ne correspond pas . une classe de rugosit (classe 1: z0 = 0.03 m, classe 2: z0 = 0.10 m, classe 3: z0 = 0.40m), les paramtres de Weibull sont obtenus par interpolation ou extrapolation des valeurs tabules. Ceci s'applique quand on attribue une rugosit au dessus d'une .surface continentale. La rugosit de classe 0 (zo = 0.0002 m) se rapporte des conditions au dessus d'un plan d'eau: si on attribue une surface continentale une longueur de rugosit plus petite que la valeur de 0.03 m de la classe 1, les panuntres de .Weibull correspondants sont obtenus par extrapolation en utilisant les valeurs de classe de rugosit 1 et 2. Pour des valeurs de longueur rugosit plus grandes que 0.4 m, les paramtres de Weibull sont obtenus par extrapolation des valeurs des classes 2 et 3. Pour une longueur de rugosit choisie zb, un facteur de pondration W est calcul:

W = ln(zob/zb) ln(zob/ Zoa)

(S.1)

o Zoa = 0.03 met zob = 0.10 m si zb < 0.10 m, et Zoa = 0.10 met Zob = 0.40 m si zb > 0.lOm. Les paramtresde Weibull sont donc:

A' - W Aa + (1 - W)Ab k' = Wka + (1- W)kb (5.2) f' = Wfa + (1 - W)fb

o les indices a et b se rapportent aux valeurs tabules des deux rugosits, respec~ tivement Zoa et Zob

De la mme faon, l'interpolation ou l'extrapolation une hauteur diffrente d~s valeurs tabules peut tre faite en utilisant I'quatign 5.2 avec W = ln(zb/z)/ln(zb/za), oles indices a et b se rapportent des hauteurs tabules Za et Zb, zb tant la plus grande des deux.

61

CHOIXDESITE CHAPITRES

C~l~ul de l~ densit de puissane moyenne

La puissance moy~ri~~ d~ ve11t po~~' d~~ ;gi~n~ c1'~~6 ci.asse'


Exemple 5.1 Calculer la densit de puissance nroyen~e ~une ~a1lt~u~de.50 llltres pour un site auJargeds ctes au Nord Ouest de la Plol:lan'de,'Ui#formaton:requise est extraite des statistiques de la station d'Eelde, rsume dans le tableau 5.1.

Tableau 5.1: Schma de calcul de la densit de puissance moyenne.

1Secteur1 C.Rug. 1 A 1 k 1 f I E 1 1 0 8.7 2.58 5.6 436 2 0 8.0 2.47 .. 6.5 348 3 0 9.3 2:25 7.7 587 4 1 ... , .. -- -"-" - ?.3 ... :2AO . ... 2.0 .270. . 5 1 6.6 2.38 6.8 201 6 1 6.7 222 5.6 222 7 1 8.1 2:14 8.7 405 8 1 8.9 2~21 12.3 511 9 1 8.7 2.31 14.4 470 10 0 10.4 2.22 11.2 8~0 11 0 9.6 2.14 1.7 674 12 0 9.5 1 2.49 (il 580

E = ~ftE; = 489 = 479Wm-2 ~fi 1.02

Dans l'exemple 5.2 du paragraphe suivant, cette valuation est compare avec les es timations correspondantes obtenues partirde quatre stations nerlandaises avoisi nantes.

Calcul des paramtres de WeibuU

Les paramtres de Weibull correspondant la situation dans laquelle la rugosit n'estpasJa mmeda.n~ tous les sect~urspeuvent tre. calculs avec une bonne ap-proximation en utilisant les valeurs moyennes de la vitesse et de son carr.

(5.7)

o M .est la valeur moyenne, u2 la valeur moyenne du carr de. la vitesse dans la distribution ~e Wei&ull av~c les paramtres A etk, etr estlafonction gtrmma, voir le paragraphe 8.6 pour les dfinitions. En utilisant ces quations, M et u2 peuvent

63

CHOIX DE SITE CHAPITRES

tre dtermins pour chaque secteur. Les valeurs pour la distribution totale sont aitsidonn~s'ffeatlessomms'f>andres:

M = /1M1 + fiM2 + + f12M12 (5.8)

Les paramtres de Weibull correspondant la distribution totale peuvent donc tre estims en utilisant les expressions:

M2 _ r2 ( 1 + t) ( 1) - et M=Ar 1+-k u2 - r (1 + t) (5.9)

o A et k reprsentent maintenant les paramtres de la distribution totale. Pour permettre d'effectuer des applications pratiques, les solutions de ces quations sont tabules en Annexe B, Tables B.5 et B.6. De la mme mnre, la fonction gamma est tabule et prsente dansles tables B.3 et B.4 pour la gamme de valeurs utiles.

La procdure pour dterminer les paramtres de Weibull pour la distribution totale peut tre rsume par les tapes suivantes:

1. Dterminer A, k et f pour chaque secteur. 2. Dterminer FM(k) en utilisant la Table B.3 pour chaque secteur; puis multi-

plier par la valeur de A de ce secteur pour obtenir M1, M2, , M12

3. Dterminer u2 pour chaque secteur ( c.a.d ui, u~, ... , uy2) l'aide de Fu ( k) de la Table B.4 et u2 = A2 Fu(k).

4. Calculer la somme pondre des valeurs moyennes et de la moyenne des carrs pour obtenir les valeurs moyennes de M et u2 pour la distribution totale.

5. Calculer M 2 / u2 et utiliser la valeur dans la Table B.5 pour obtenir le paramtre k de la distribution totale.

6. Utiliser k de l'tape 5 dans la Table B.6 pour obtenir FA(k) et utiliser A = M FA(k), avec M obtenu dans l'tape 4, pour trouver A de la distribution totale.

Ces calculs sont facilement excuts comme le montrent les exemples suivants.

Exemple 5.2 Considrer la situation de l'exemple prcdent et calculer les paramtres de Weibull pour la distribution de vitesse de vent.

einformation obtenue des statistiques de la station de Eelde est donne dans la Ta-ble 5 .2.et la procdure dcrite prcdemment est rsume au bas de la table.

64


Tableau 5.2: Schmadiluldesparam&resdeWezbilll pourla 4lstrlbution totale.

1Secteur1C.Rug.1 AI k 1 f I M 1 ~2 1 1 0 8.7 2.58 5.6 7.7 70.0 2 0 8.0 2.47 6.5 7.1 59.8 3 0 9.3 2.25 7.7 'K2 82.9 4 1 7.3 2.40 9.0 6.5 $0.1 5 1 6.6 2.38 6.8 5.9 41.1 6 1 6.7 2.22 5.6 5.9 43.2 7 1 8.1 2.14 8.7 7.2 63.9

CHOIXDESN'E CHAPITRES

Tableau ... 5.~,. ... ~~timatiQlJ. f!e Ja 2dt~:;e, l:U;QJJe1)71e, .dlJ . Ye;ll,t~, d;g fqrJe,n:fit1. 4e; .. P~~~~nc;e; moyenne et des paramtres de Wibull une ffauteur de 50 mtres sur l.m sire Sur'la cte de la Mer du Nord en Hollande. Les calculs sont effectus l'aide des statistiques de quatre stations NerlandaiSes.

Station M A k E ms-1 ms-1 wm-2

Eelde 2.17 479 Schiphol 2.17 480 Leeuwarden 2.16 516

. Texel 1.97 524

Cependant, il n'estpas rare detrouver des situatiOns o le terrain n'est pas ho-mogne dans un ou pluseurs secteurs, cmnpte tynu des cti.scontinuits marques de larugosit qui se produisent une certaine distance du p9int concern. Pqur estimer les paramtres de Weibull dans de tels cas, on peut utiliser u;ne mthode simple, base sur des rsultats exprimentaux qui mettent ~n~vidence le. dveloppement d'une couche limite interne sous I.e vent de la disconti~uit de rugosit du terrain. La hauteur de cette couche limite augmente en fonctin de la distance sous le vent de la discontinuit. A l'intrieur de ce,tte couche, la vite,sse du vent cjpend aussi bien de la rugosit du terrain en aval qu'rn amontde la discqntinuit.

La situation d'un changement de rugosit, illustre par la figure 5.1, se prsente donc comme suit: l'air passe au dessus d'une zone caractris par une .rugosit zo1 vers une autre zone de rugosit z02 Dans la zone situe au vent de la discontinuit et au-dessus de la couche limite interne, la vitesse duvent est dtermine l'aide de la rugosit zo1 Dans la zone situe sous le vent de la discontinuit et en dessous de la hauteur h, la vitesse du vent est ga~e. celle de la zone au vent de la discontinuit modifie par un facteur qui dpend dela hauteur au dessus du sol, des deux rugosits etdelahapt~ur h. Layaleur de la hauteur h peut tre dtermine l'aide du graphe de la figure 5.2 partir de lacourbe correspondant la plus grande classe de rugosit. Alternativement, h peut tre dtermine partir de l'expression:

!l (in !l - 1) = z' z' 0 0

.,,t -. ""0 -

X 0.91

Zo

max( zoi, zo2) (5.10)

Si la hauteurdupylne de l'arog~rtrateur est plus grande que h, le terrain peut tre considr eomme homogne telqu'il est vu de Yarognrateur, et parconsquent il n'est pas .n~cessaire de prendre en compte le changement de rugosit. Par contre, si la hau,t~urdu pylne de l 'arognrteur. est p1us petite que h, 1es para~tres de WeibuU doivent tre modifis de ma.ni re tnir corpptedel~elet.d.e.ce chang:ment sur la distribution de la vitesse du vent~ La procdure recommande por corriger le paramtre Ade WeibuH est la suivante:

66

CHAPI'IlRE5 CHOIX DE SITE

f141Etl(,____ __ X -->-1

Figure 5.1: ExempletyB~


Tableau 5.4: Longueurs de rugosit pondres en fonction de la surf ace, zf. La surf ace est divise par quatre et chaque quart est class en accord avec la, classification de ru-gosit de !'Atlas Eolien. zf est donn en fonction du nombre de quarts de chaque classe de rugosit de la surf ace.

Classe: 0 1 2 3 zK 0 zo [m]: 0.0002 0.03 0.10 0.40 [m]

3 1 0.001 3 1 0.002

.... 1 -,--,,-~ ~Q,,QQ3~, 2 2 0;004 2 1 1 0.006 2 1 l 0.010 2 2 0.009 2 1 1 0.015 2 2 0.025 1 3 0.011 1 2 1 0.017 .. 1 2 1 0.027 1 1 2 0.024 1 1 1 1 0.038 1 1 2 0.059 1 3 0.033 1 2 1 .. 0.052 1 1 2 0.079 1 3 0.117

3 1 0.042 3 1 0.064 2 2 0.056 2 1 1 0.086 2 2 0.127 1 3 0.077 1 2 1 0.113 1 1 2 0.163 1 3 0.232

3 1 0.146 2 2 0.209 l 3 0.292

Une fois le secteur divis, on doit garder l'esprit que les surfaces proches du site exerceront la plus grande influence sur la vitesse du vent. En utilisant le principe illustr par la figure 5 .3, un plus grand poids est attribu aux surfaces voisines lorsque chacune des zones I, II, III, et IV ont la mme importance. Ainsi, si les zones I, II, III et IV sont respectivement de classe 0, 1, 2 et 3, la rugosit rsultante dduite de la Table 5.4 est~ 0.04 m.

68

CHAPITRES

100 ,......, s .......... ~

""' ;::::I 0 ...... ;::::I Cd

~ 10

10 100 1000

Distance x [ m J

CHOIX DE SITE

10000

Figure 5.2: Hauteur h de la couche limite interne en fonctionde la distance x sous le vent de la discontinuit de rugosit, pour les quatre classes de rugosit (O 3 ).

Exemple S.3 La figure 5.4 montre un arognrateur de 30 m de hauteur install 2 km de la cte sur un terrain agricole plat. Le changement de rugosit se produit clairement sur la ligne ctire et la longueur de rugosit en amont est de 0.0002 m. Il est alors ncessaire de dterminer la longueur de rugosit du terrain allant de la cte une distance l11i11irnurii'L du gnr::tteur. lquellelatugosit du terrain intervient la hauteur del'axe. La disJa11ce L p~ut tre lue partir de la figure 5.2; pour une hauteur de 30 rn sur '\}11 terrairt de r.u~osit~de classe 1, L est gale 200 m. Pour le secteur, la Table 5.4 dcmne une.~ongueur de rugositglob~1e d~ ~ 0.16 m.

La hauteur h est estime partir du graphedeJa figtn:e 5;2 ou de l'quation 5.10; elle est gale ~ h .. ~. 280111, etJe factfiur de correction devient alors:

C = In(30/0.16) ln(280/0.0002) ~ 0 83 or ln(30/0.0002)ln(280/0.16) -

Ainsi, si le paramtre A en amont - au~dessus de l'eau 30 mtres de hauteur - est dtermin partir des statistiques de la station comme tant gal 7 m s-1, alors le paramtre A la hauteur de l'arognrateur dans Je secteur considr est de 7 x 0.83 = 5.8 :m s-1 Le paramtre k n'est pas corrig.

Lorsqu'il s'agit de situations o des changements de rugosit significatifs et com-plexes ont lieu, il est ncessaire d'utiliserune thorie plus labore telle que dcrite dans le chapitre 8.

69


Figure 5.3: Principe de pondration des zones dans les calculs de rugosit.

Figure 5.4: Un exemple de classification de rugosit (Exemple 5.3).

70


5.3 Calcul des effets d'obstacle

~installation des arognrateurs au voisinage des constructions devrait tre vite car l'coulement perturb autour de ces constructions peut diminuer la dure de vie de la machine et sa production de puissance. La perte de production peut tre estime l'aide des principes noncs dans le paragraphe 3.2.

Exenipl 5.4. La figur 5.5 illustre une situatioI1 assez couran.te avec. une ferme site dans l'un des secteurs. Le paramtre A de Weibull est dduit par les calculs suivants:

distance de la machine la ferme x = hauteur de la construction hauteur du pylne

h -H =

150m 6m

12m

Figure 5.S: Un exemple d'effet d'obstacle da une construction (Exemple 5.4).

Ainsi x/ h = 25 and H/ h = 2, utiliss comme entre dans la figure 3.2, donnent R1 ~ 16% . Cette rduction s'applique une construction de longueur infinie; l'quation 3.4 donne la rduction due une construction de longueur limite (20 mtres):

L 20 Rz = 2- = 2_.,- = 0.27

X . 150

Finalement, l'quation 3.5 donne le paramtre A corrig pour le secteur considr:

71

C:EIOIK DE:SITE CHAPITRES

cor - A{l - 0.16 0.27)

cor Q~96A

f { . .\. .'"


Exemple 5.5 Calcul des effets de survitesse sur une colline de forme simple et do~e~~~eS',figuI"e~~:~5d;tJ nrontrentlesrsn1ta.ts obtenus.enappllqua;rif 1Jnimode1'e orographique (Chaptitre 8) la, colline de Blasheval eh Ecosse. Le~ perturbations de l'coulementiJJ.~uites par 1~ prsence de cette colline ont faitl'qbjetd'une tude d~crite parMasonet King{1985). ucontour topographique de la colline est illustr par lafigure5.6. Unevue enperspective delacollineest galement indique dans la figure 5. 7. La figure 5.8 mo1Jtre la vitesse relative 8 m au de.ssus du sol des vents venant de la direction 210 le long d'un axe passant par le sommet. La survitesse cal-cule au sommet de la colline est d'environ 70% qui est aussi la valeur obs(;!rve. De la mme manire, il est possible d'estimer la survitesse en utilisantl'qation 5.12: la rugosit de surface est de 0.01 m et, l'aide de l'quation 3.8, on peut estimer la hauteur R. 2.5 m. Ici la valeur de Lest gale 230 m, d'aprs les figures 5.6 ou 5.8. En tenantcumptecte cesvateurs, l'quatn S.12 donne uii.survitessede 68%. Cepen-dant,Jaformule (quation 5!12)nepeut tr,eappliqu

CHOIXDE SITE CHAPITRES

Figure 5.7: Vue en petspetive partirdu Sud de la colline de lJlasheval'L'hellever-ticale est exagre par un facteur 5.

~ ...... ... ~ -~ ... i::: ~ Q,)

"O il) en en .;g >

2.0-..-----------------------.

1.5

1.0

0.5

0.0 -1000

lOOm

500 1000 Distance au sommet de la colline [ m]

Figure 5.& Modification de la vitess~ du vent le long d'une ligne horizontalepa~sant par le sommet de Blasheval. La ligne est indique dan&la figure 5.6. L!axe horizontaldonne la distance en mtres partir du sommet. L'axe vertical donne le facteur de survitesse relatif calcul 8 mtres au dessus du sol. La partie ombre du graphe du bas illustre la coupe transversale de, la ol/lne.

74

H0IXDE SITE

.. t.2 ,,,~~~,~;4~ Ft'greS.9; P(tofll "PeM6fll dt!'lra vtsis d,~snt'aut'iles$f!llW:ftl Yt:Jnimet tle ltt~lllne de}tla-sh/evaL :E>:i ltmoitta1 t/i)nnelfd fac1et1/rUt!JSuWitRs1 t 'f4~1 vfti"tlil!lfn,ritqzi la hauteur au-dessus du sol.

CHOIXDESJ!TE Cm\PITRE5

Un exemp~e de topographie plus complexe est do~~d~sles 0"uconmift' T~}~1!!"1~~f'(5'f:l\;,\DflfMm.~ftl111l~ ~ . . "!f:it)*""~St*~~"'

indiqu pa:r la figure 5.11. Une.vue en perspect\~~st g.a:ie]ne]jlt donne par la fi-gure 5.12. Dans ces deux figures, une ligne est ind}qu@el1ig)i1~ .horizontale dans la figure 5.11, la station mtorologique est situ,e~l'it~Iscti9]jde deux lignes) le long de laquelle la survitesse, 10m de hauteur a~ttessus ~lu sql~PUJ"*des vents de 270 de direction, a t calcule en utilisanq md~le orog~a:pltique. Les rsultats obtenus ainsi que la hauteur du terrain le t.ong de cette ligne ~ont mnstrs par la figure 5.13. Le terrain est ondul, avec d,es,/tollfueset des va:lle~, et lej;pentes sont modres. Ceci induit des effets de survit.ess:~deJ!ordre c;le r:::::i 10%. Les:'.fi~res illus-trent l'importance de la procdure du choix de~ sites, mme dari~ fos es de terrains

,, ,,+ ' 'l

relativement non compliqus de typ7'2.

La plqp~i:t de,s terr~i~. s~lit coa~~itu~ d\1:g mlange de confi~uratiqns to-pographiq~e~ qnii~fl'llen~e les;y~n.t~ Les modific~tion.s de Ja:vites~.e du vent prs du sol po~~ae:s:p.l~te~'etirioy1f:pes''colli(~s ~on~ du~ffime or~r,edegra~deur qe celles dues aux chan_geme11~s ~~$Uf?~~Qf vegf?.t~~~on et de dens1te d'(;)bstacles. La fi-gure 5.14 montre une vari.tin (qii,~lql}' p~uxagre) dela.'\i'itesse du vent 10 m~ti~es a\J:.~~es8'\\ls du so.1;:1.~}l;l ~u,ri~t.,'n~siurecq~. Y ~n s' :b>ign:e .~~?la:'C~t(i(v~rs le con~ tin~.nt,. aq Pa:n~m~~k.t:Jn~iPf9c~:l:1Jeil~11P.fioi}:. 9~.$its);I,,cd.~ua:te .cq:nsist@ .. enla,pri$e en compte de tous les effets indiqus d'ans la figure.

Fipure 5.11~ [)igita.l~d


Figure 5.12: Vue en perspective de l'environnement de la station de Burrington, (Royaume Uni). L'chelle verticale est exagre par un facteur 5. La ligne trace sur le terrain correspond la ligne horizontale dans la figure 5.11.

2.0

1.8

1.6

~ 1.4

..... ... ~

1.2 ~ .... .... = ~ 1.0 (1)

"O (1) 0.8 t:ll v.i 0) ......

t> 0.6 200 m

0.4 100 m

0.2

0.0 4 2 0 2 4 [km]

Figure 5.13: Modification de la vitesse du vent le long de la ligne horizontale indique dans la figure 5.11. L'axe horizontal donne la distance en kilomtres de la station mtorologique. L'axe vertical donne le calcul du facteur de survitesse relatif 10 m au-dessus du sol. Le graphe sombre du bas montre une coupe transversale de la haut~ur du sol le long de la mme ligne.

77

CHOIXDE SITE

-_,_.., ..... 1 rn

_.. -5

i> .

.g 3 11) rn rn

~ 2 -

CHAPITRES

Cl 1

Cl2

,.... Cl 3

_; .... ;s; ..... ~ - - -~-~---,.~- - ~- ~---- ------- -W---' - -'-1

0 2 4 6

Distance . la cte[km)

Figure 5.14: Variation de la vitesse moyenne du vent 10 m au-dessus du sol due aux effets de la topographie (ligne en trait plein). La variation est lgrement exagre, mais l'ordre de grandeur de cette variation est typique des conditions danoises. La ligne en pointills indique la vitesse moyenne du vent obtenue par interpolation entre deux sta-tions loignes de quelques kilomtres seulement. La diffrence entre les deux courbes illustre les erreurs commises si on nglige les effets topographiques de petites chelles.

78

Chapitre 6

Production de puissance

La production de puissance d'vn arognrateur varie avec le vent qui entrane le rotor de la mchine. IL est assez cquran:t d'utiliser la vitesse du vent au som-met du pylne s\lppQrt~nf la ml:llin~ .qriJI~ rfren'.ce poyr tudier la rponse de l'arognrateur en matire de puissance. La puissance produite en fonction de la vitesse du vent au niveau de la ml;l

PRODUCTION DE PUISSANCE

60

50

[ 40 ........ Q)

~ 30 s

---~~~~~ ~~

20

vitess~ d\tV'#t; tiri s-'11 _t,''; ; t;'"2l!J' ,~f ' ~

CHAPITRE6

FiGUfe 6:1: Co~t~~.~~ p~~~"?~~~',uni q~r~,~~~f~~rde ~~)kW}La '~o~rlidepuissnce est trac~e par se~ents lna~res 4f1e lles,piJS lie lm s-1

\ ;,< J.;; ~ ; ), -,

!OO {k) ( U )k"'!'l. ('' ( U).fc).. P = (A ' A,: exp - A' "P(u)du (6.2) 0

En rgle .gnrale, cette intgrale ne peut tre calcule analytiquement. On doit {!,tiljs:'J'. p~1Jt1 .qel~,ule&!m~thodeiinumtiq;Jes.

En ra~t'les ;cg1iU'besJde pu~sanc son~;plutt lisses et peuvent trefacile~nt ap proohSt par .une font~. Cm:ttiJllDae crunpose d'ne ,sl.1ite :de fragments linaires; En vtiMsa?lt c~tte approximlition, 1la ipuissance peut .s''ct:ire:

P.1-P. P(u) = r+ '(u- u;) +P;, Ui+l - U;

U; SU< Ui+t (6.3)

ce qui permet d'avoir une solution analytique de l'quatiQn1 612 (Petersen et al., 1981 ), c'est dire:

. (6.4

Cl!HAPITRE 6 PR6:>DUCTIONDE PUISSANCE

hie B.7 pour une certaine gamme de valeurs de k. Dans certaines situatillms, on peut ,..il.. . ,.. "iA"'1 .. .,11 ~ " "' ..:>il ~ .. ar . sJ!nr : t1C!ll~l"'1!llf8;\!l':J:'!'C!!~~ll!JM11.,11::tiwlftllll1S'!'~a!tn:"'ei'w~~~\~~u~ns 11m.:ri:g,m1e'".r:.~en

u5 = u6). Dans le cas tt

Pi&:ODUCTIO:NDEPUISSAflilCE GHAPI'fl6

Figure 6.3: Une/orme simple de la courbe de puii;sance linaire

. , Bapproxitilation d'une. courbe dep~ssance par;p~e ~~p~~ fonctip linaire doit tre faite avec .. ptca;u~ion afind'~itbr .. de,~a1Jdes.eri'eyl'slfe.calc~ de P\l;i~s~nf!e. Par exemple~ si!a;,c1 .. ~.e.1~e~~ ~~iII~&tt@PafI ~~6i1;t ~~t01pp~4\te ttar une courl lin~~~{;(,.. . ~.~~. .x:: 3 ms-:f ~~ ld issa;}l~et1 . ) pour 12 ms-1 avdc d~sp}'.f~'it1tt. .. . )lA 'f7t'~gauirespetrvene . .. 4 n11"'"1 and .i.o, les caitllS;'~ .. , .. t;~ .Pl'Pd!;u,t!~nd~ 149 MWb par ann~tt.:B,n utijisaitt la courbe de puissant ; t: "'~siorl;:.e~t de14,2 MWhpar annee, c'est dire'~ue si on utilise la cd>u11b;~"id,e]!l. ,,;~~a~'si . .!~tproduetian est(&-estime:de 33%. Une proc4~f~ !~li. . . .... . ~~~sist~ a .. . . ::lf"V#tesse du ve,nt .etm laquelle l'effi\6a~it'~~t.m~; . . tr'.19am-~titplt~;6!~~ .. wle~le,~dm~*~5ttic ~um. Pour lathiute courbe deptss,ance71rch'lonn'e um = 1~3 ms-1, U1 4.9 ms-1, u2 = ll.Sms-1 et la prvision d>Vi:enttl'U'IS'tUi 107 MWh par anne, soit S% de moins que la vraie valeur.

EXdhtple 6:1 '''On vu.tin~fallet 's:urune sit ddrin~ un~~tl{a!rog~~Jieur dnt la courb.e de puissance a une forme lfuaire avec les paramtres sui~antr:

Us paramtres de We:fbull au nivlau deJa machine,sont:eaiim$ )f ~ ms'-1 and k = 2, ce qt donne:

81

et1' = :ss .. 0:2 ::. , 2~o''

et2 - ett = 1.17

CHAPITRE6 PRODUCTION DE PUISSANCE

Si onrefaitles calculs: pour A = 6 l ms-1 et k = 1.5, 2.0 et 2.5, on obtientles puissanees"ntoyennes sui'Vfa;ntes (1'W~=

5 6 7

k:;::.: l.5 6~9

10.6 14.3

k =2.0 5.0 8.9

13.3

k =2.5 3.8 7.8

12.6

Influence de la densit deJ'air etdelaturbulence

49~11sitg~p:Ui$sancemoyennedisponible .. est.danne.0 parl'quationS.3ofaden-sit de rair est une va.leu~ moyenne;~l:iml:ltolpgi9ue qui ti.entcompte de la vari{ltion deJa densit eI1 fo11ctiqn de late.mp,ra,tre et. de la pression (altltucie] de Yair atmo:-sphriq:ue. l,;l .. caur~~de.puiss:ance.P(u}d'cun arognrateur quelconflue dpend paraillei,lrs dela densit de fa.fr, La courbe de puissance ~e .ra.pp9rte lla.bjtuelle mentune.v~de\lfstandard de . 1.,225.~~m-3 q! correspcmd .des .. conditions.stan~ df!rd.9e p~e~sion atm()s.P~rique a~ nlve:a.u de la m.eret l\une temprf).ture de JS.C. Une courbe de .p:uissane, af>pJ~qe ... un site o 1a densit moyenne d.eJ'air est diffrentede.lavaleursta11da,n.f,es.tgnralement.s:upposeprnpQrtionnelle.al,lrap-port form par la densit de l'air du site et la valeur standard. Ceci est gnrp.lement acceptable compte tenu de la gamme de variation relativement limite des den-sits de l'air observes (voir Appendix B, Table B.1). Pour des arognrateurs o la puissance fournie est utilise pour le contrle, comme dans le cas de la plupart des arognrateurs rgulsparJtcJ;ol;lageat.olityp~mique,, le ca.lt;al correct t,Ie Ja puissance moyenne de sortie peut tre pfs compliqu.

Cutilisation des vitesses. deve~t moyennes sur 10 min plutt .que Je vent instantan conduit . une sous;.estiJ;11atiot:J ciel~ densit de puissanc~ disponible parce que Ia con-tribution des fluctuation$ dtt vent sur des chelles d~ temps infrieur~s 10 miJ'.lutes n'est pas prise en compte. Dans le chapitre 8, on montre que la sous~estimation est lie fintensit de la turbulence et peut tre approche par un terme de correction gal 3[ln(z / z0)]-2 Cette expn:~S$ion est valable uniquement pour des,conditions de vent fort au dessus diun terran plat et homogne. Mme lorsqu'il s'agit de vent fort, e.t compte~tenudes grande,svalji!ttrs dp flux 4e chaleur sensible et de finhomognit de la surface d~. sol, le~ .intensits de turbulence peuvent tre trs diffrentes. Cet asp~ct p~uttte p~rexempleirnprtfirit sur des sites ctiers: En terrain accident,. en particulier forsque 1 es pentes cipass~nt 20%, lesintens!ts de turbul~ne dp~nden t fortement c.le la position prcise des

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