Etude de préfaisabilité et dimensionnement technico économique du petit éolien au mali

UNIVERSITE

U.F.R. Sciences et Technologies

Présenté par : Encadré par

DANTE Abdoul Wahab

Etude de préfaisabilité et

dimensionnement technico

économique du petit éolien au Mali

UNIVERSITE BLAISE PASCAL Clermont-Ferrand

.F.R. Sciences et Technologies

Encadré par:

Frederic PERISSE

Sébastien MENECIER

2015 - 2016

Etude de préfaisabilité et

dimensionnement technico-


Frederic PERISSE

Sébastien MENECIER


1

Remerciements

J'adresse mes remerciements aux personnes qui m'ont aidé dans la réalisation de ce projet.

En premier lieu, je remercie Monsieur FrédericPERISSE et Monsieur Sébastien MENECIER, professeurs à l’Université Blaise Pascal. En tant que encadreurs de ce projet, ils m'ont guidé dans mon travail et m'ont aidé à trouver des solutions pour avancer.

Je remercie aussi les membres du mouvement « I love Wind power », qui m'ont aidé en me fournissant des données précises sur les types d’éoliennes étudiées dans ce projet.

Enfin, j’aimerais exprimer ma reconnaissance à tousmes professeurs de l’Université Blaise Pascal pour les bons moments passés ensemble.

Sommaire

1

Sommaire

Introduction ........................................................................................................................................ 1

1. Présentation générale du Mali et son potentiel éolien ................................................................ 2

1.1. Présentation du Mali : ............................................................................................................ 2

1.2. Ressource du vent au Mali : .................................................................................................. 2

2. Etude du vent sur 14 sites: ............................................................................................................ 3

2.1. Extrapolation verticale de la vitesse moyenne du vent à la hauteur du moyeu ................ 7

2.2. Distribution de Weibull .......................................................................................................... 9

3. Eolienne à flux axial type Hugh Piggot ...................................................................................... 14

3.1. Description ............................................................................................................................ 14

3.2. Caractéristiques d’une machine typique Piggot ................................................................ 14

4. Calcul du productible .................................................................................................................. 17

4.1. Influence de la hauteur du moyeu sur le productible : ..................................................... 19

4.2. Influence du diamètre du rotor sur le productible : ......................................................... 20

5. Dimensionnement du petit éolien Piggot pour les sites isolés en utilisant Homer Energy pro

22

Conclusion ......................................................................................................................................... 25

Annexe ............................................................................................................................................... 26

Références bibliographiques : ......................................................................................................... 41

Introduction

1

Introduction

Le réseau électrique malien ne couvre pas une grande partie du territoire national. De ce fait, des groupes électrogènes sont utilisés pour alimenter beaucoup de villes n’ont connecté au réseau électrique national. Et dans les zones éloignées de ces réseaux et « micro » réseaux, des populations payent très chères du gazole pour alimenter leur petit groupe électrogène pour ceux qui en ont les moyens et pour d’autres du pétrole lampant et des batteries qu’ils rechargent souvent à plusieurs kilomètre pour subvenir à leurs besoins locaux en électricité. La part des énergies nouvelles et renouvelables est insignifiante dans un contexte d’abondance de ces ressources sur ces localités.

Les éoliennes fabriqué localement par l’équipe EOL Mali, basé au centre du pays dans la région de Mopti, pourrait donc être une solution pour diminuer les dépenses énergétiques des populations de ces localités tout en limitant l’utilisation de l’énergie fossile de petits groupes électrogènes au profit d’une énergie propre avec un coût attractif du kilowattheure.

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une étude de préfaisabilité sur l’utilisation de petits éoliens à flux axial de type Hugh Piggot dans les zones rurales isolées au Mali.

Une présentation générale des conditions du vent globales sur le territoire du Mali et des petits éoliens

de type Hugh Piggot a été faite. Puis une estimation de la production de deux petits éoliens de 800 W et 500W sur 14 sites répartis sur le territoire du pays à partir des données de vent mesurées sur ces

différents sites. Enfin, une étude de dimensionnement de ces éoliennes pour un client typique a été réalisée(avec le logiciel Homer Energy Pro).

Etude du vent sur 14 sites

2

1. Présentation générale du Mali et son potentiel éolien 1.1. Présentation du Mali :

Le Mali est le plus vaste État d'Afrique de l'Ouest après le Nigeravec ses 1 241 238 kilomètres carrés. Il est traversé par deux grands fleuves : le Sénégal et le Niger. La plus grande part de la population vit en zone rurale. La densité, très variable, passe de 90 hab/km² dans le delta central du Niger à moins de 5 hab/km² dans la région saharienne du Nord.Le pays possède des frontières communes avec la Mauritanie, l'Algérie, le Niger, le Burkina Faso, la Côte d’Ivoire, la Guinée et le Sénégal.

Outre la capitale Bamako, les villes principales sont Kayes, Ségou, Mopti, Sikasso, Koulikoro, Kidal, Gao, Tombouctou,

Le pays possède trois zones climatiques :

le nord désertique constitue deux tiers du territoire ;

le centre est une région sahélienne, relativement sèche ;

le sud est une zone de savane et de forêt.

1.2. Ressource du vent au Mali :

Le tiers (1/3) du territoire (principalement au Nord et accessoirement au Nord-Ouest) est favorable à l’utilisation des aérogénérateurs pour la production d’électricité avec des vents moyens de 4,5 à 6,5 m/s. L’étude de faisabilité d’un parc éolien à Gao et d’un parc éolien (environ 3MW) à Tombouctou montre un potentiel de vent raisonnable sur cette localité.[1]


3

Figure 1 : Carte des vents indiquant la moyenne annuelle de la vitesse des vents à 50 mètres du sol, généralisée pour une surface plane avec un coefficient de rugosité z0 =0.03 m [2]

Ces résultats préliminaires montrent une ressource éolienne assez acceptable donc économiquement faisable surplusieursendroits bénéficiant d’un rayonnement favorable et produisant des vents plus soutenus. [3]

2. Etude du vent sur 14 sites :

Les 14 stations de mesure sont réparties sur différentesrégions de l’Est à l’Ouest comme le montre la figure 2.


4

Figure 2 : Localisation des sites de mesure sur la carte du Mali [4]

Ces différents sites sont situés dans les villes suivantes :

Kayes Nioro Kangaba Kadiolo San Mopti Bandiagara

Koro Niafunke Goundam Tombouctou Hombori Gossi Gao

La figure (3)montre la distribution du vent de chaque localité de mesure et les paramètres de Weibull qui permettent d’approcher (fitter) au mieux les différentes distributions statistiques de la mesure du vent. Les différentes mesures ont été effectuées sur une durée d’un an.


5

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


6

(g) (h)

(i) (j)

(k) (l)


7

(n)(o)

Figure 3: Distribution statique de la vitesse de vent sur les périodes de mesure. [5]

Où:

� : Paramètre d’échelle en m/s ;

�: Paramètre de forme sans dimension

�: Vitesse moyenne du vent annuelle en m/s ;

�: Densité de puissance en W/m2.

2.1. Extrapolation verticale de la vitesse moyenne du vent à la hauteur du moyeu

Pour calculer le productible, il est nécessaire d’avoir la vitesse du vent à la hauteur du moyeu (général 12m). Pour ce faire nous allons procéder à une extrapolation verticale de la vitesse moyenne du vent avec un coefficient de rugosité z0 =0.03 m (une surface plane)pour chaque site.

La vitesse du vent augmente avec l’altitude. Et le profil d’augmentation de la vitesse du vent avec l’altitude peut être logarithmique ou exponentiel.

Le profil d’augmentation exponentiel de la vitesse du ventest donné par l’équation (1) : [6]

�(�) = �(��) ��

��

(1)

Et le profil d’augmentation logarithmique de la vitesse du ventest donné par l’équation (2):[7]

�(�) = �(��)��(

�

��)

��

��(2)

Avec�(�): vitesse de vent à la hauteur du rotor z,


8

�(��): vitesse du vent à la hauteur de référence (de l’anémomètre)

Zref:hauteur de référence (de l’anémomètre)

Et ��: coefficient de rugosité.

En se référant sur les valeurs de zo, U(zref) et zref, nous pouvons tracer la variation de la vitesse avec l’altitude pour la station de Mopti/Sevaré :

Figure 4: Profil d’augmentation de la vitesse du vent U (zref) = 4.55 m/s, zref= 50 m et Zo=0.03

La loi logarithmique semble être la mieux adaptée pour le cas de Mopti car d’après les données de la NASA (issues de Retscreen), la vitesse moyenne annuelle est de 2.68 m/S à l’aeroport de Mopti à 10 m de hauteur. De ce fait, dans la suite de cette étude nous allons considérer cette dernière loi pour l’extrapolation verticale des vitesses moyennes à la hauteur du moyeu.

A l’aide de scripts Matlab, nous avons effectuél’extrapolation verticale des vitesses moyennes des différents sites à trois hauteurs du moyeu. Les différentes valeurs sont reportées sur le tableau 1.

Vitesse du vent (m/s)3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.80

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Logarithmique

Vitesse du vent (m/s)4.1 4.15 4.2 4.25 4.3 4.35 4.4 4.450

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Loi de puissance


9

Vitesse moyenne du vent à la hauteur de l’anémomètre

Vitesse moyenne du vent à la hauteur du rotor(m/s)

Stations de mesure U (m/s) h (m) Z= 15m Z= 12m Z= 10m

Bandiagara 4.34 50 3.64 3.51 3.4

Gao 4.8 40 4.15 4.00 3.88

Goundam 5.47 50 4.58 4.42 4.28

Kadiolo 3.12 40 2.69 2.6 2.52

Kangaba 3.71 40 3.2 3.09 3.00

Kayes 4.18 40 3.61 3.48 3.37

Koro 5.12 50 4.29 4.14 4.00

Mopti/Sévaré 1 4.39 40 3.79 3.66 3.54

Mopti/Sévaré 2 4.55 50 3.81 3.67 3.56

Niafunké 5.44 50 4.56 4.39 4.26

Nioro 4.44 40 3.83 3.7 3.58

San 4.43 50 3.71 3.58 3.47

Tombouctou 5.24 40 4.53 4.36 4.23

Hombori 3.88 22 3.65 3.52 3.42

Gossi 4.12 22 3.88 3.74 3.63

Tableau 1: Valeurs extrapolées des vitesses moyennesde vent de la hauteur de l'anémomètre à la hauteur du moyeu sur les différents sites.

2.2. Distribution de Weibull

Afin de simplifier l’étude des données sur le vent, on approxime l’histogramme des vents par

la loi de densité de probabilité de Weibull donnée par l’équation (3):

�� = ��

��

�

��

��

��

� (3)

Avec:

�� : Densité de probabilité

� : Paramètre d’échelle (m/s)

�: Paramètre de forme sans dimension

�: vitesse du vent

La vitesse moyenne du vent annuelle est determinée par l’équation (4): [7]

�� = �. Γ(1 + 1/�)(4)

Pour le calcul du productible nous allons effectuer uneextrapolation verticale du paramètre d’échelle A de la distribution de Weibull des différents sites à trois hauteurs du moyeude la même manière que nous avons fait avec U et on garde le facteur de forme k. Ces calculs ont été réalisés à l’aide de scripts Matlab. Les différentes valeurs sont reportées sur le tableau 2.


10

Paramètres de la distribution de Weibull à la hauteur de l’anémomètre

A (m/s) à la hauteur du rotor

Stations de mesure A (m/s) k h (m) Z= 15m Z= 12m Z= 10m

Bandiagara 4.9 2 50 4.1048 3.9574 3.8370

Gao 5.4 2.35 40 4.6639 4.4964 4.3596

Goundam 6.2 2.54 50 5.1938 5.0073 4.8549

Kadiolo 3.5 2.1 40 3.0229 2.9144 2.8257

Kangaba 4.2 2.47 40 3.6275 3.4972 3.3908

Kayes 4.7 2.18 40 4.0593 3.9136 3.7945

Koro 5.8 2.66 50 4.8587 4.6843 4.5417

Mopti/Sévaré 1 5 2.31 40 4.3184 4.1634 4.0367

Mopti/Sévaré 2 5.13 2.37 50 4.2974 4.1431 4.0171

Niafunké 6.2 2.81 50 5.1938 5.0073 4.8549

Nioro 5 2.25 40 4.3184 4.1634 4.0367

San 5 2.63 50 4.1885 4.0381 3.9153

Tombouctou 5.9 2.87 40 5.0958 4.9128 4.7633

Hombori 4.3 1.57 22 4.0504 3.9049 3.7861

Gossi 4.7 2.12 22 4.4272 4.2682 4.1383 Tableau 2: Valeurs extrapolées du paramètre d'échelle de la hauteur de l'anémomètre à la hauteur du moyeu sur les différents sites.

Pour justifier ce calcul, nous allons de nouveau calculer la vitesse moyenne grâce aux valeurs extrapolées du paramètre d’échelle en utilisant l’équation (4). Et les comparer aux vitesses moyennes directement extrapolée à partir de U.

Vitesse moyenne du vent à la hauteur du rotor (Z=10m)

Stations de mesure Extrapolation à partir de la vitesse moyenne du vent à la

hauteur de l’anémomètre

Extrapolation puis calcul à partir du paramètre

d’échelle à la hauteur de l’anémomètre

Bandiagara 3.3985 3.4004

Gao 3.8752 3.8634

Goundam 4.2833 4.3094

Kadiolo 2.5189 2.5027

Kangaba 2.9952 3.0077

Kayes 3.3747 3.3604

Koro 4.0092 4.0369

Mopti/Sévaré 1 3.5442 3.5763

Mopti/Sévaré 2 3.5629 3.5603

Niafunké 4.2598 4.3237

Nioro 3.5846 3.5754

San 3.4689 3.4788

Tombouctou 4.2304 4.2456

Hombori 3.4163 3.4007

Gossi 3.6276 3.6651


11

Tableau 3: Comparaison des vitesses moyennes calculées avec les valeurs extrapolées du paramètre d’échelle A et celles extrapolées à partir de la vitesse moyenne du vent à la hauteur de l’anémomètre.

L’extrapolation du paramètre d’échelle est donc justifiée car les vitesses moyennes calculées avec les valeurs extrapolées du paramètre d’échelle sont très proches de celles extrapolées à partir de la vitesse moyenne du vent à la hauteur de l’anémomètre.

Afin de vérifier ces valeurs, nous les avons comparées aux mesures effectuées à l’aéroport (données NASA).

Vitesse moyenne annuelle à 10m(m/s)

Calculée à partir des mesures sur les sites NASA – (Aéroport)

Bandiagara 3.4 2,7 Gao 3.9 4,2

Goundam 4.3 - Kadiolo 2.5 - Kangaba 3.0 2,7

Kayes 3.4 3,0 Koro 4.0 -

Mopti/Sévaré 1 3.5 2,7 Mopti/Sévaré 2 3.6 2,7

Niafunké 4.3 3,6 Nioro 3.6 3,1 San 3.5 2,2

Tombouctou 4.3 4,1

Hombori 3.4 - Gossi 3.6 -

Tableau 4: Vérification des valeurs des vitesses moyennes calculées avec les mesures effectuées à l’aéroport (données NASA).

Pour plusieurs sites les vitesses moyennes extrapoléessont du même ordre que les vitesses moyennes mesurées à l’aéroport. Les différents écarts peuvent être dus à la distance qui sépare les deux lieux de mesure dans la même ville ou des obstacles autour de site de mesure.

La distribution de Weibull du vent des différents sites est donnée pour trois hauteurs du moyeu (10 m, 12 m et 15 m) sur les figures (5), (6) et (7) :


12

Figure 5: Distribution de Weibull pour les différents sites à 10 m de hauteur.

Figure 6: Distribution de Weibull pour les différents sites à 12 m de hauteur.

Wind speed (m/s)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Win

d s

peed d

istr

ibution (

%)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35Wind speed distribution at 10 m

BandiagaraGaoGoundamKadioloKangabaKayesKoroMopti/Sevaré1Mopti/Sevaré2NiafunkéNioroSanTombouctouHomboriGossi

Wind speed (m/s)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Win

d s

peed d

istr

ibutio

n (

%)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3




13

Figure 7: Distribution de Weibull pour les différents sites à 15 m de hauteu

Par la suite, nous allons pouvoir estimer la production annuelle de l’éolienne à ces hauteurs grâce aux paramètres de Weibull et la courbe de puissance de l’éolienne.

La prochaine partie décrit les caractéristiques des éoliennes étudiées dans cette étude.

Wind speed (m/s)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Win

d s

peed d

istr

ibution (

%)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25



Eolienne à flux axial type Hugh Piggot

14

3. Eolienne à flux axial type Hugh Piggot 3.1. Description

Les éoliennes étudiées dans ce projet sont des éoliennes à flux axial du type Piggot (inventé par HughPiggot). L’éolienne Piggot s'est imposée comme la référence dans le domaine du petit éolien auto construit. Elle estsimple à fabriquer, robuste, fiable, et affiche d'excellentes performances, l'éolienne.[8]

Conçue pour produire avec des vents moyens, elle est un très bon choix pour l'autonomie électrique sur un site venté.

Il existe une gamme de plus de 6 modèles allant de 100 W jusqu’à 5kW.

Et ayant les diamètres respectives de: 1m20, 1m80, 2m40, 3m, 3m60, 4m20.

3.2. Caractéristiques d’une machine typique Piggot

Les caractéristiques d’une machine typique Piggot sont récapitulées dans le tableau 4, [9]. . Type Diamètre Génératrice Puissance nominale Production annuelle estimée Régulation Stockage énergie Mât/hauteur

Eolienne PIGGOTT, 3 pales axe horizontal 2,4m

Discoïde à aimants permanents 700 W

650 kWh/an (4m/s) 1110 kWh/an (5m/s) 1600 kWh/an (6m/s)

Mise en drapeau/ FURLING Système en 48V (4 Batteries de 12V/170 Ah)

Tubulaire Haubané basculant/12m

Tableau 5: caractéristiques d’une machine typique Piggot de diamètre 2.4 m


15

Figure 8: Exemples de petitséoliens auto construits.

Les caractéristiques d’autres modèles de petit éoliens Piggot sont données ci-dessous [10] :

Model Piggott 3NPiggott 2F Piggott 2.4N

Diamètre 3 m 2 m 2.4 m

Puissance nominale 800W 400W 500W


16

Figure 9 : Courbes de puissance typiques de petits éoliens Piggot.

Calcul du productible

17

4. Calcul du productible

Une fois la courbe de puissance P(v) mesurée pour ces éoliennes et qu’on a la distribution de Weibull de la vitesse du vent à la hauteur du moyeu, le productible peut être déterminé en utilisant l’expression suivante [11] :

� = ∫ ��(�). �(�)��

� (5)

Avec:

� : Production annuelle en Wh

�� : La fonction densité de probabilité de Weibull

�(�): Puissance de l’éolienne correspondant à la vitesse du vent �

En développant on obtient l’équation (6):

� = ∫ ��

��

�

��

��

��

� �(�)��

� (6)

Figure 10:Courbe de puissance de l’éolienne Piggot 3m et la distribution de Weibull des différents sites à la hauteur du moyeu (à 10 m).

Sous Matlab nous allons donc procéder comme le montre l’équation (5)

� = 8760.��(�)�. ��(�)�

�

(7)

Wind speed (m/s)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Pow

er

curv

e m

easu

rem

ent (W

)

0

500

1000Power curve measurement & Wind speed distribution at 10 m

Win

d s

peed d

istr

ibutio

n (

%)

0

0.2

0.4

Wind Turbine Output BandiagaraGaoGoundamKadioloKangabaKayesKoroMopti/Sevaré1Mopti/Sevaré2NiafunkéNioroSanTombouctouHomboriGossi


18

Où N = 8760 est la durée de la mesure en h (dans notre cas une année)

Taux de charge :

�� =�

��é�. 8760

Sur la courbe de puissance on peut considérer une puissance installée de 550 W pour le calcul du taux de charge du petit éolien Piggot 3 m.

Sites Production annuelle

kWh

Taux de charge en %

Production mensuelle

kWh

Production journalière

kWh

Vitesse moyenne annuelle à 10m(m/s)

'Bandiagara' 1564.66 32 130.39 5.43 3.40 'Gao' 1985.28 41 165.44 6.89 3.88:

'Goundam' 2507.64 52 208.97 8.71 4.28 'Kadiolo' 668.42 14 55.70 2.32 2.52 'Kangaba' 998.42 21 83.20 3.47 3.00 'Kayes' 1449.99 30 120.83 5.03 3.37 'Koro' 2112.91 44 176.08 7.34 4.01

'Mopti/Sevaré1(40m)' 1650.55 34 137.55 5.73 3.54 'Mopti/Sevaré2(50m)' 1611.63 33 134.30 5.60 3.56

'Niafunké' 2457.91 51 204.83 8.53 4.26 'Nioro' 1670.38 35 139.20 5.80 3.58 'San' 1440.95 30 120.08 5.00 3.47

'Tombouctou' 2336.63 49 194.72 8.11 4.23 'Hombori' 1753.48 36 146.12 6.09 3.42 'Gossi' 1824.42 38 152.04 6.33 3.63

Tableau 6: Production annuelle de l’éolienne Piggot 3m à la hauteur du moyeu (à 10 m).

Ce tableau montre une faisabilité nette de l’éolienne Piggot 3m sur l’ensemble des sites car la

consommation moyenne journalière d’électricité dans les zones rurales au Mali ne dépasse pas les

2kWh voire 1kWh pour beaucoup personne dû au prix élevé de l’électricité.


19

En termes de production annuelle nous constatons que l’éolienne produit plus d’énergie sur la station de Goundam (environ 2500 kWh par an)tandis qu’à la station deKadiolo elle ne produit qu’environ 668 kWh par an.D’une façon générale, les sites situés au Nord du pays (Villes de Goundam, Niafunké, Tombouctou et Gao) affichent une grande production annuelle par rapport aux autres sites.

4.1. Influence de la hauteur du moyeu sur le productible :

Afin de voir l’influence de la hauteur du moyeu, nous allons comparer le productible de l’éolienne pour différentes hauteurs du moyeu.

Wind speed (m/s)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Pow

er

curv

e m

easu

rem

ent (W

)

0

200

400

600Mopti/Sevaré1

Win

d s

peed d

istr

ibutio

n (

%)

0

0.1

0.2

0.3

h1=10 (m)h1=12 (m)h1=15 (m)h1=40 (m)

h1=100 (m)

Wind Turbine Output


20

Nous pouvons remarquer que plus on augmente en hauteur, plus la distribution de Weibull devient la large et couvre une grande partie de la courbe de puissance, donc l’éolienne produit plus d’énergie. Le tableau 7 montre la production de l’éolienne pour différente hauteur.

'Mopti/Sevaré1' Hauteur Production

annuelle kWh

Taux de charge

(%)

Production mensuelle

kWh

Production journalière

kWh

Vitesse moyenne annuelle à 10m

10 m 1650.55 34 137.55 5.73 3.54 m/s 12 m 1784.11 37 148.68 6.19 3.66 m/s 15 m 1952.11 41 162.68 6.78 3.79 m/s 40m 2727.85 57 227.32 9.47 4.39 m/s 100 m 3459.49 72 288.29 12.01 4.95 m/s

Tableau 7:Production de l’éolienne pour différentes hauteurs du moyeu

En passant de 10 m de hauteur du moyeuà 12 m on gagne environ 134 kWhpar an tandis qu’en passant à 15 m de hauteur on gagne environ 300 kWh par an. Reste à comparer le coût de cette extension vis-à-vis du gain de production.

4.2. Influence du diamètre du rotorsur le productible :

Comme pour la hauteur, nous voulons voir l’influence du diamètre du rotor sur le productible de l’éolienne. Le tableau 8 montre la production de deux types de petit éolien Piggot ayant un diamètre différent.

Site

Diamètre du rotor

3 m 2.4 m

Production annuelle kWh pour Hmoyeu = 10 m

Production annuelle kWh pour Hmoyeu = 10 m

Bandiagara 1564.66 598.9

Gao 1985.28 766.9

Goundam 2507.64 974.5

Kadiolo 668.42 232.2

Kangaba 998.42 375.2

Kayes 1449.99 552.8

Koro 2112.91 818.7

Mopti/Sévaré 1 1650.55 634.0

Mopti/Sévaré 2 1611.63 619.7

Niafunké 2457.91 952.0

Nioro 1670.38 641.3

San 1440.95 559.0

Tombouctou 2336.63 906.6

Hombori 1753.48 712.0

Gossi 1824.42 704.0

Tableau 8:Production dedeux types de petit éolien Piggot de diamètres 3 m et 2.4 m


21

Nous remarquons un grand écart de production annuelle de ces deux petits éoliens Piggot ayant pourtant des diamètres très voisin. Ce grand écart de production est surtout dû au fait que le premier type (diamètre 3 m) démarre pour des vents plus faibles comme le montre la figure (12) et délivre une grande puissance pour les vents faible. Il est doncbien adapté au site relativement moins venteux. D’où l’intérêt de bien optimiser le profil aérodynamique des pales lors de la fabrication du petit éolien auto construit particulièrement pour les sites peu ventés.

Figure 11 : Courbes de puissance de types de petit éolien Piggot

Puis

sance

(W

)

Dimensionnement de l’éolienne

22

5. Dimensionnement du petit éolien Piggot pour les sites isolés en utilisant Homer Energy pro

Le logiciel Homer Energy pro est un logiciel de dimensionnement technico-économique de micro réseau. Avec une version d’évaluation de 30 jours qui a déjà expiré depuis le mois Décembre nous n’avons malheureument pas pu faire toute les simulations voulus. Nous allons donc présenter brièvement les simulations faites durant cette période.

Le système étudié est un système hybride (pétit éolien Piggot et PV). Ce choix a été fait pour diminuer l’éffet de l’intermittance avec la combinaison de deux types de sources. L’étude a été faite avec les données de vent du site de Mopti/Sévaré et d’ensoleillement prises sur Retscreen.

Figure 9: Exemple d'un système hybride pour les sites autonomes

Profil de charge type d’un habitant:

Production

Puissance

(W)

Utilisation (Nbre d’heure

par jour

Consommation journalière

Item Quantité

consumption (Wh/day)

Lampes 22 4 6 528


23

Ventilateur 32 1 3 96

Télévision 250 1 4 1000

Charge de téléphone 5 2 2 20

Radio 4piles 7 1 4 28

1692 Wh/jour

617,58 kWh/an

Tableau 9: Profil journalière de charge typique d'un habitant

Résultats de la simulation:

1.5 9

2 13

2.5 20

3 35

3.5 59

4 80

4.5 129

5 160

5.5 220


24

Après la simulation pour undimensionnement technico-économique du système hybride, Homer propose 5 petits éoliens Piggot de diamètre 2.4 m vu précédemment, une puissance PV de 330 W, 5 batteries dont j’ai oublié de copier les capacités de stockage un onduleur de 3 kW pour les hauteurs du moyeu de 10 et 12 m. Pour une hauteur de 15 m Homer propose seulement 4 petits éoliens Piggot de 2.4 m.

Pour le petit éolien Piggot de diamètre 3 m, le nombre d’éolienne va certainement baisser car la production journalière pour le site étudié (Mopti/Sévaré) est de seulement 1.76 kWh pour le petit éolien Piggot de diamètre 2.4 m contre 4.58 kWh pour le petit éolien Piggot de diamètre 3.

Conclusion

25

Conclusion

Dans cette étude, nous avons vu l’importance de la localisation du site, de la hauteur et du diamètre du petit éolien sur le productible. Ainsi, nous avons vu que le petit éolien est économiquement faisable sur une grande partie du territoire du Mali. Aussi nous avons vu que l’éolienne produit plus de puissance pour les sites situés dans le Nord du pays.Cette étude de préfaisabilité donne un aspect général de faisabilité du petit éolien. Pour plus de précision dans le calcul du productible il estnécessaire de faire une mesure de vent à la hauteur du moyeu.

Annexe

Annexe

Profil journalière de la production d’un petit éolien Piggot 2.4 m sur le site de Mopti/Sévaré :

Profil journalière de la production d’un petit éolien Piggot 2.4 m sur le site de Mopti/Sévaré

Wind speed (m/s)50 100 150 200 250 300 350 400

Win

d T

urb

ine o

utp

ut (W

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Matlab program validation with Homer Pro

Homer

Matlab program

Annexe

L’estimation des coûts de production de l'électricité (100 USD/baril) dans les centres isolés est présentée dans la Figure 3.18.

Figure 3.18. Estimation des coûts de production de l’électricité dans les centres isolés à 100 USD/baril

Données de station de mesure: [Estimation of solar and wind ressources]

1.1. Station de Kayes:

1.2. Station de Nioro:

Annexe

1.3. Station de Kangaba:

1.4. Station de Kadiolo:

Annexe

1.5. Station de San:

1.6. Station de Mopti:

Annexe

1.7. Station de Bandiagara:

1.8. Station de Koro:

Annexe

1.9. Station de Niafunke:

Annexe

1.10. Station de Goundam:

1.11. Station de Tombouctou:

Annexe

1.12. Station de Hombori:

Annexe

1.13. Station de Gossi:

Annexe

1.14. Station de Gao:

Annexe

Estimated power output and monthly energy production

In the manual Piggott gives the estimated rated power Pmean and monthly energy production Emonth at different mean wind speeds, for all turbine dimensions. In Table 2.2 these values areshown for the 1.8 m and 3.0 m turbines. The mean power Pmeancan be calculated from themonthly energy production Emonth and is shown in the table as well. At a mean wind speed of4 m/s, which is characteristic for Mali, the power output for a 1.8 m turbine is estimated to be42 W, giving a monthly energy production of 30 kWh. In this thesis the real power for the 1.8m turbine will be measured.

Turbine diameter

1.8 m 3.0 m

Rated power

350 W 800 W

Pmean Emonth Pmean Emonth Umean = 3 m/s 17 W 12 kWh 47 W 34 kWh Umean = 4 m/s 42 W 30 kWh 118 W 85 kWh Umean = 5 m/s 74 W 53 kWh 203 W 146 kWh Umean = 6 m/s 103 W 74 kWh 285 W 205 kWh Umean = 7 m/s 128 W 92 kWh 356 W 256 kWh

Estimated power and monthly energy production at different mean wind speeds, according to Piggott [11].

Références bibliographiques

Références bibliographiques : 1. POTENTIEL SOLAIRE ET EOLIEN DU MALI Sekou Oumar

2. Nygaard et al. 2008, Nygaard, I., Rasmussen, K., Badger, J., et al. (2008). Using

modeling,satellite images and existing global datasets for rapid preliminary assessments of

renewable energy resources: The case of Mali. Elsevier.

3. Estimation_de_resources_eolienne_et_solaire.pdf

4. solar wind report version english final 27.11.12 frontpage

5. Cours: L’éolienne et ses sous systèmes F. PERISSE

6. Manwell et al., 2009 -- Nygaard et al., 2008

7. http://www.tripalium.org/eolienne-piggott

8. Sumanik-Leary (2013) - Small Wind Turbines for Decentralised Rural Electrification - Case

Studies in Peru, Nicaragua and Scotland

9. Fabrication d’une eolienne lors du forum international des energies renouvelables

10. Mortensen, N.G., D.N. Heathfield, O. Rathmann and Morten Nielsen (2013). Wind

Atlas Analysis and Application Program: WAsP 11 Help Facility. Department of Wind

Energy, Technical University of Denmark, Roskilde, Denmark 356 Topics

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Weibull_distribution

12. Piggott, 2008

Résumé

Abstract

This work is part of a pre-feasibility study on the use of small wind to Huggh Piggot type axial flux in isolated rural areas to reduce the use of small generators energIES in favor a clean energy with an attractive cost of the kilowhatthours.

An overview of wind conditions on the territory of Mali and wind kind Hugh Piggot was made. And from the wind data from 14 sites to 50 m in height we have achieved a production estimate of a wind small diameter of 3 m and 2.4 m Piggot on different sites. Finally, a design study of these wind turbines to a typical customer was performed with Homer Energy Pro software.

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une étude de préfaisabilité sur l’utilisation de petits éoliens à flux axial de type Hugh Piggot dans les zones rurales isolés afin de limiter l’utilisation de l’énergie de petits groupes électrogènes au profit d’une énergie propre avec un coût attractif du kilowattheure.

Une présentation générale des conditions du vent sur le territoire du Mali et des petits éoliens de type Hugh Piggot a été faite. Et à partir des données de vent de 14 sites à 50 m de hauteur nous avons réalisé une estimation de la production d’un petit éolien Piggot de diamètre 3 m et 2.4 m sur les différents sites. Enfin, une étude de dimensionnement de ces éoliennes pour un client typique a été réalisée avec le logiciel Homer Energy Pro.

Design

Etude de préfaisabilité et dimensionnement technico économique du petit éolien au mali