Choix optimum pour l’implantation d’une ferme éolienne raccordée au réseau

Octobre 2016

ferme éolienne raccordée au réseau

Démarches & Résultats d’études de la région d’Adrar

Etabli par : M. BENNACEUR Fateh (Ingénieur d’études)

Cadre de l’étude

Le travail a été effectué dans le cadre d’un Master en Energies

Renouvelables à l’université de Blida.

Sous la direction du Dr N. Kasbadji Merzouk, Directrice de

Recherche à l’Unité de Développement des Equipements

Solaires de Bou-Smail.

2/21

Sommaire

� Introduction Générale

- Éolien dans le monde

- Éolien en Algérie

�Choix optimum d’une ferme éolienne à Adrar

3/21

�Choix optimum d’une ferme éolienne à Adrar

- Objectifs

- Démarches

- Résultats

�Conclusion générale et Perspectives

Introduction Générale

4/21

Introduction Générale

Puissance installée : 369 GW fin 2014.

Eolien dans le monde

Tendance des coûts.

Prix du Watt installé Prix du kWh

5/21

Eolien en Algérie

Potentiel éolien : confirmé

par des études effectuées

par le Centre de Recherche

CDER en Collaboration

avec la Direction des

Carte des vents en Algérie (N.Kasbadji Merzouk, 2006. )

avec la Direction des

énergies renouvelables du

Ministère de l’Energie.

Atlas Vent: établi en 2014

par l’Office Nationale de la

Météorologie (ONM).

6/21

Puissance (éolienne) à installer : 5 010 MW. ( Programme EnR actualisé, adopté en 2014)

Eolien en Algérie (… suite)

Pour encourager le développement de l’éolien, un arrêté fixant les tarifs d’achat garantis (à 10,48 DA/kWh) est promulgué en février 2014.

7/21

Choix optimum d’une ferme

éolienne à Adrar

8/21

� Répondre à un besoin immédiat en matière d’étude de projets

éoliens,

� Faire usage des pratiques de l’état de l’art et apporter des

innovations,

�Se familiariser avec les outils techniques nécessaires à ce type

Objectifs

d’études,

�Maîtriser le développement de projet similaire, et réduire les

dépenses et les délais des études de faisabilité,

�Minimiser le risque de non faisabilité de certains sites ayant des

contraintes majeurs,

9/21

10/21

� Identification des sites éligibles sur la base de la carte des vents (ONM), compte tenu des contraintes géographiques et de terrain naturelles et artificielles (zones habitations, zones sensibles, zones protégées sebkha, ..)par superposition des cartes des réseaux, infrastructures, zones naturelles et artificielles, …

OutilOutil : SIG (Système d’Information Géographique).: SIG (Système d’Information Géographique).

Démarche adoptée

11/21

�Etude du potentiel éolien, sur la base des données de vent (vitesse et direction) de la station météo la plus proche, tenant compte de la topographie, la rugosité et des obstacles sur terrain.

OutilOutil : Wasp.: Wasp.

�Emplacement optimum des aérogénérateurs tenant compte des effets de sillage.

OutilOutil : : WindFarmerWindFarmer..

Infrastructures énergétiquesInfrastructures de transport

Zones naturelles, agricoles et urbaines

•Réseau et postes électriques GRTE (plus de 580 km),•Réseau gaz (haute pression) de GRTG,•Ferme éolienne de 10.2 MW de

•Réseau routier, (RN et CW).•Aéroports (04 : Timimoun, Adrar, Regane et In Salah).

•Sebkhas,•Oasis et périmètres agricoles,•Zones d’habitation : villes et villages,

Données utilisées du terrain

•Ferme éolienne de 10.2 MW de Kabertene,•Réseau des conduites d’hydrocarbure ‘Pilpelines’ gaz et de pétrole de Sonatrach,•Champs de gaz et de pétrole Sonatrach.

Regane et In Salah). villes et villages,

12/21

Identification des zones Exclusions/Inclusions

ZonesZones d’exclusiond’exclusion ((quelque soit le potentiel éolien disponiblequelque soit le potentiel éolien disponible). Il s’agit entre autres). Il s’agit entre autres ::• périmètre autour des aéroports, • périmètres des servitudes du réseau d’électricité&gaz, conduites (gaz et pétrole) de

Sonatrach, et champs (gaz et pétrole) de Sonatrach,• zones humides (Sebhkas). zones d’habitation (villes et villages), zones agricoles

(oasis, terres cultivées, ..) • zones à topographie défavorable (> 45°). • zones sensibles et celles contenants des radars et/ou des stations de • zones sensibles et celles contenants des radars et/ou des stations de

télécommunication (militaire et civile). Par manque d’informations, ces zones sont à exclure dans le cas où leur présence est confirmée.

Zones d’InclusionZones d’Inclusion : zones présentant un potentiel énergétique éolien intéressantet une surface suffisante pour l’installation d’une ferme éolienne, :• Zones à côté des postes électriques, • zones à côté du réseau électrique,

13/21

Résultats : identification des zones éligibles

Identification, par superposition des cartes, des zones ayant très peu de contraintes et possédant un potentiel énergétique éolien important (vent annuel moyen supérieur à 6m/s), à savoir : Aoulef, Regane , Kaberten et Timimoun.

14/21

Atouts de la zone d’Aoulef

•Absence de contraintes de passage de réseau Gaz Sonelgaz, des conduites et des

champs (gaz et pétrole) de Sonatrach,

•Très loin des sebkhas,

•En dehors des oasis, des périmètres agricoles et des villages,

Résultats (… suite)

•En dehors des oasis, des périmètres agricoles et des villages,

•Existence d’un poste électrique 30 kV, et d’une ligne électrique 220 kV,

•Vent annuel moyen à 50m dépassant les 7m/s,

•Topographie plate, favorable avec altitude élevée par rapport aux alentours,

•Accès facile via axe routier important (route nationale),

15/21

Étude du vent à partir des données de la station météorologique d’In Salah, avec des enregistrements (vitesse et direction) tri-horaires sur une période de dix (10) ans de 1981 à 1990.

C = 5,3 m/s (facteur d’échelle)K = 1, 51 (facteur de forme)U = 4,65 m/s (Vitesse moyenne)P = 177 W/m² (puissance disponible)

Etude climatique: Extrapolation

Calcul du potentiel énergétique et son extrapolation à hauteur du moyeu (80m) d’in Salah à Aoulef en tenant compte de la topographie de la région, la rugosité et les obstacles.

C = 8,6 m/sK = 1, 51U = 7,78 m/sP = 774 W/m²

16/21

Désignation Valeurs Points considérés, RéférentielMachine (turbine)

Puissance totalede la ferme

30 à 50 (MW)Programme EnR et taux d’intégration (acceptable) au réseau.Surface de terrain : 60 à 100 Hectares.

Puissance unitaire 2 à 3 (MW)

Disponibilité de la ferme (avantage des éoliennes de 2MW),Economie des échelles (*) (avantage des éoliennes de 3MW),Contraintes de transport et de montage (**),

Nombre de machine 10 à 25 Facilité d’exploitation,

Diamètre du rotor 80 à 120 (m)Surface balayée Longueur des pâles (contraintes de transport)

Configuration de la Ferme Eolienne (hypothèses)

Diamètre du rotor 80 à 120 (m)Longueur des pâles (contraintes de transport)

Hauteur du moyeu 80 à 100 (m) /

Hauteur totale de l’éolienne (mât+pâle)

150 (m)Rayon minimal de 150 m autour de l’éolienne (périmètre sécurité)

Raccordement électrique pour évacuation de l’énergi e

Poste électrique30, 60 ou 220 (kV)

Raccordement à l’existant (ligne ou poste) le plus proche possible.Le raccordement via la HT assure plus de stabilité/à la MT. Ligne électrique

30, 60 ou 220 (kV)

(*) Une grande éolienne produit normalement de l'électricité à un moindre coût qu'une petite. La raison pour cela est que les coûts de fondations,

de construction, de raccordement au réseau et d'autres composants de l'éolienne (le système contrôle-commande, p.ex.) sont plus ou moins les

mêmes, quelque soit la taille de l'éolienne.

(**) Les composants (tour, nacelle et rotor), dont les hauteurs et les poids sont très importants nécessitent eux aussi des moyens de levage

exceptionnelles (parfois non disponible au niveau nationale).17/21

Choix de la machine (aérogénérateur)

-Priorité aux machines qui démarrent à de faibles vitesses,-Répondant aux hypothèses fixées pour la configuration de la ferme,-Ayant le meilleur facteur de Charge (après simulation),

Conditions environnementales et leurs impacts sur l e fonctionnement

Températures extrêmes : l’analyse des données météorologiques relatives aux fréquences par classe des températures maximales, enregistrées par ONM sur la période 1975-1984 au niveau de la Station d’In Salah a été effectuée. Il en ressort que:

« les températures > 45°C présentent, dans le cas le plus défavorable, 10,8 j/an»« les températures > 45°C présentent, dans le cas le plus défavorable, 10,8 j/an»

Durant ces périodes de haute chaleur, les aérogénérateurs doivent être arrêtés.

Vents de sable: l’analyse des données des occurrences de phénomènes (à partir des Bulletins Mensuel d’Information Climatologiques de l’ONM en 2008) pour la station d’In Salah a été faite, Il en ressort que:

«le nombre de jours avec vents de sable (BS) est de 10j/an)»

Pour un calcul précis de la production énergétique annuelle nette de la ferme éolienne, les périodes d’arrêts dues aux conditions environnementales

défavorables ci-haut seront déduites (indisponibili té).18/21

Emplacement optimum des aérogénérateurs

En utilisant WindFarmer et sur la bases des hypothèses prédéfinies concernant la configuration de la ferme éolienne, notamment sa puissance (globale et unitaire) et son mode de raccordement, la production énergétique annuelle a été estimée.

Placés manuellement sur deux (02) rangées en face des vents dominants, avec séparation entre éoliennes de trois (03) fois le diamètre du rotor dans la direction perpendiculaire des vents dominants et sept (07) fois le diamètre du rotor entre rangées. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau suivant:

DésignationFacteur de

capacité (%)Efficacité du

sillage(%)Production énergétique nette

annuelle ( GWh/an)capacité (%) sillage(%) annuelle ( GWh/an)

Site Aoulef 25.0 95,1 88.0

L’utilisation du programme a permis une optimisation jusqu’à 1.9% en matière d’énergie en tenant compte d’un seul paramètre, à savoir le sillage.

La Production énergétique nette annuelle est de l’ordre de : 88 (GWh/an)

19/21

Emplacement des éoliennes sur site (avant et après optimisation).

Résultats (… suite)

avant optimisation).

après optimisation

20/21

Conclusion générale et Perspectives

•L’identification du site d’Aoulef a été faite en tenant compte des contraintesgéographiques, du potentiel énergétique du vent et des spécificités du terrain, de ce faitil est optimum.

•La production d’électricité par voie éolienne est intéressante en matière d’énergie, vu ladisponibilité du potentiel éolien, l’application du tarifs d’achat garanti ne pourraqu’encourager le développement de cette filière.

•Toutefois, pour des études plus précises, il est nécessaire de faire au minimum une•Toutefois, pour des études plus précises, il est nécessaire de faire au minimum une(01) année de mesure sur le site d’Aoulef, de recaler la production énergétiqueannuelle et d’intégrer toutes les éléments ayant un impact sur l’efficacité du système.

•D’autre part, il est intéressent, dans une perspective d’optimisation globale, d’élargircette étude afin d’établir un document pour toute l’Algérie, qui regrouperait les zonesventées éligibles à l’implantation de fermes éoliennes en tenant compte de toutes lescontraintes et caractéristiques du site (topographie, raccordement, infrastructures etpotentiel énergétique éolien).

21/21

Merci de votre attentionMerci de votre attention