Evaluation du potentiel éolien

Evaluation du potentiel éolien

Dans cette partie, le potentiel éolien est évalué au niveau de deux zones différentes :

- Le potentiel éolien terrestre vendéen

- Le potentiel éolien au large des côtes vendéenne

Potentiel éolien terrestre

Potentiel éolien terrestre

L'usine de dessalement étant située sur les cotes, il peut sembler judicieux d'évaluer le potentiel éolien du département.

La carte de la France ci dessous (Figure 1) indique tout d'abord le potentiel éolien terrestre national. Le département vendéen (encerclé en rouge) est situé en zone 4 (bleu foncé) correspondant à une vitesse moyenne des vents 50 m d'altitude allant jusqu'à 10 m/s au niveau des collines ce qui représente un potentiel très intéressant.

Figure 1 : Carte du potentiel éolien terrestre en France
(Préfecture Pays de la Loire, 2013)

Cependant, afin de dimensionner des éoliennes terrestres, il est plus précis d'avoir des données à l'échelle de la région voire du département. La préfecture de la région Pays de la Loire a réalisé en Janvier 2013 un schéma régional éolien terrestre afin de promouvoir et développer cette énergie renouvelable. Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSBT) calcule le potentiel éolien à partir de la vitesse moyenne des vents et aussi la probabilité de l'occurence de chaque vitesse moyenne (Distribution de Weibull). La Figure 2 représente la carte de la vitesse moyenne des vents à 60 m en région Pays de la Loire.

Figure 2 : Carte des moyennes annuelles de vents dans la région Pays de la Loire.
(Ademe, n.d)

Globalement, les côtes vendéenne présentent une vitesse annuelle moyenne des vents de 6 à 8 m/s. Ainsi, à partir d'une telle carte, le potentiel éolien peut être calculé. La Figure 3 montre par exemple le potentiel éolien à 90 m..

Figure 3 : Carte du potentiel éolien à 90 m en région Pays de la Loire
(Préfecture Pays de la Loire, 2013)

 

La côte vendéenne présente ainsi un potentiel éolien intéressant d'environ 400 W/m² à 90 m de hauteur.

Afin d'estimer la production énergétique correspondant à ce potentiel, il est nécessaire de se pencher sur les données des constructeurs d'éoliennes.

Les éoliennes sont classées selon la moyenne annuelle de la vitesse du vent qu'elles peuvent supporter. Le constructeur Vestas classe ainsi ses éoliennes en 3 catégories, présentées dans le Tableau 3. Ces caractéristiques sont données pour la hauteur de la plateforme de la turbine de l'éolienne.

Tableau 1 : Classement des vents
(Vestas, 2013)

Classement IEC I Vents forts IEC II Vents moyens IEC III Vents faibles
Moyenne annuelle de la vitesse des vents 10 m/s 8.5 m/s 7.5 m/s
Rafale extrême (50 ans) 70 m/s 59.5 m/s 52.5 m/s

La Figure 2 indique que la vitesse annuelle moyenne des vents à 60 m de hauteur est de 6 à 8 m/s. Les modèles d'éoliennes terrestres à prendre en compte sont donc celles de catégorie IEC III. En revanche pour des hauteurs plus élevées, une extrapolation est nécessaire pour calculer la vitesse moyenne du vent en fonction de différentes hauteurs.

Pour faire cette extrapolation, nous posons l'hypothèse que la distribution verticale de la vitesse des vents suit un profil logarithmique.

$u_x=(\frac{\ln{\frac{x}{z_0}}}{\ln{\frac{60}{z_0}}}).u_{60}$

avec $u_x$ la vitesse du vent à x mètres et $z_0$ la rugosité

On choisit $z_0=0,03m$ pour une surface de "terrain agricole dégagé, sans clôtures ou haies vives, et avec très peu de constructions. Seulement des collines doucement arrondies" (Association Chazemais Environnement, 2010). Les résultats d'extrapolation sont présentés dans la Figure 4 avec en bleu la vitesse moyenne à 60m de 6m/s et en rouge une vitesse moyenne à 60m de 8m/s.

Figure 4 : Calcul de la vitesse des vents moyennes à différentes altitudes
(J. Le Ster, A.Marty, 2013)

A des hauteurs de 100m la vitesse du vent évolue peu et gagne seulement quelques dizièmes de m/s. Nous considérons ainsi que la classe d'éoliennes à utiliser est IECIII.

Un exemple d'éolienne de Vestas entrant dans cette catégorie est le modèle V126-3MW. Ces caractéristiques sont présentées dans le Tableau 3. .

Tableau 3 : Caractéristiques d'e l'éolienne V126 - 3MW
(Vestas, 2013)

Modèle VESTAS V126
Classe IEC IIII
Puissance  3 MW
Vitesse minimale et maximale de vents 3 - 22,5m/s
Vitesse nominale de vent 12m/s
Taille du mat 119 m
Densité de puissance 0,05 m²/W
Diamètre du rotor 126 m
Surface balayées par les pales 12469 m²
Maximum de bruit émis 107,5 dB

En comparant ces caractéristiques avec la vitesse annuelle moyenne de vents sur les côtes vendéennes, on retrouve une puissance réelle maximale d'environ 1,8 MW (Figure 5).

Figure 5 : Comparaison données constructeur et vitesse moyenne annuelle en vendée
(Vestas, 2013)

Le dimensionnement de ce modèle d'éolienne est réalisé dans la partie suivante (Dimensionnement d'éoliennes terrestres)

Potentiel éolien offshore

Potentiel éolien offshore

 

En l'absence de données relatives à la vitesse moyenne des vents, le choix est fait d'extrapoler les mesures relevées sur les côtes de l'île d'Yeu et de Noirmoutier. Pour cela, nous nous sommes basés d'une part sur les données de la carte des vents présentées lors de l'Evaluation du potentiel éolien terrestre et d'autre part sur une carte en temps réel (des moyennes mensuelles et annuelles n'étant pas disponibles) des vents offshore et terrestre (Figure 1).

Figure 1 : Vitesse des vents terrestres et offshores
(Meteociel, 2013)

On observe une différence d'environ 5 m/s entre le littoral et l'offshore. Nous choisirons ainsi une vitesse moyenne de vent annuelle de 12m/s à 60m d'altitude.

En réalisant à nouveau une extrapolation afin d'obtenir les vitesses à 100 m d'altitude, on aboutit aux résultats présentés sur la Figure 2 (avec $ u= 12 m/s $). Ces résultats sont obtenus en considérant un profil vertical de vent logarithmique, ce qui permet l'utilisation de la formule suivante:

$u_x=(\frac{\ln{\frac{x}{z_0}}}{\ln{\frac{60}{z_0}}}).u_{60}$

avec $u_x$ la vitesse du vent à x mètres et $z_0$ la rugosité

Dans le cas d'une extrapolation réalisée au-dessus de la mer, la rugosité $z_0$ vaut 0.00002 m. 0).u60

Figure 2 : Extrapolation de la vitesse du vent à différentes altitudes entre les îles d'Yeu et de Noirmoutier.
(J. Le Ster, A. Marty, 2013)

A 100 mètres d'altitude, on peut donc envisager des vitesses de vents d'environ 12,5 m/s. Cette vitesse permet l'installation d'éoliennes équivalentes à celles considérées pour l'éolien terrestre.

La figure suivante (Figure 3) nous permet de définir un intervalle de puissance productible par l'installation d'une éolienne de puissance 3MW.

Figure 3 : Puissance fournie par l'éolienne offshore Vestas V112-3 MW en fonction de la vitesse des vents. La vitesse moyenne extrapolée est représentée en rouge.
(Vestas, 2013)

Si les hypothèses concernant l'extrapolation des vitesses de vents entre les îles d'Yeu et de Noirmoutier sont correctes, une éolienne pourrait fournir jusqu'à 3 MW.

Le dimensionnement du parc d'éolienne offshore est réalisé dans la partie suivante (Dimensionnement des éoliennes offshore)