Mesure du vent - sitelyceejdarc.orgsitelyceejdarc.org/autodoc/cours/001 1 STI2D/Technologie... · Les mesures du vent sont nécessaires pour de nombreuses applications, par exemple

Mesure du vent pour une prévision

correcte de l’énergie

Ammonit Gesellschaft für Messtechnik mbH Berlin

2 Mesure du vent / parution 17.5.2000

Ce document réunit les expériences essentielles pour la mesure du vent, dans le cadre des applications utilisant l’énergie éolienne. Les informations citées se basent sur une expérience de nombreuses années et ont été vérifiées par des spécialistes dans ce domaine. Cependant, il se peut que certaines données diffèrent des directives nationales ou internationales actuelles, ainsi que d’autres publications, car ces dernières sont imprécises ou se contredisent parfois.

Exclusion de la garantie : Ammonit exclut tout recours en garantie quant aux informations fournies. Ammonit exlut également toute garantie en ce qui concerne les erreurs, les manquements ou les dommages résultant de l’utilisation des informations ou de déductions ayant pour source le présent document.

Toute reproduction, copie ou transfert de cette brochure ou d’extraits de cette brochure par des moyens électroniques ou mécaniques est interdite sans l’autorisation explicite et écrite d’Ammonit.

Copyright © 2000 Traduction Ammonit Gesellschaft für Meßtechnik mbH Meilh~Avel SARL Paul-Lincke-Ufer 41 Penfrat Nèvez D - 10999 Berlin F-Plonéour Lanvern [email protected] Allemagne 29720 France

3

Les conseils et indications contenus dans ce document sont destinés

à vous informer des conditions essentielles nécessaires pour garantir des mesures éoliennes de haute qualité et des prévisions fiables de

l’énergie. Ce document décrit les points importants pour l’achat du

matériel technique de mesure et signale les erreurs à éviter lors de la pose du mât et de l’installation. Il indique également les données à

prendre impérativement en compte pour l’établissement des

estimations de productivité liées à l’énergie éolienne. Même dans le cas où l’utilisateur, pour des raisons techniques ou financielles, ne

réunit pas toutes les conditions pour une mesure technique optimale,

il sera capable de mieux évaluer les limitations en résultant. Ce document ne prétend pas traiter tous les points importants

concernant la création de parcs éoliens, ni de remplacer un expert

dans le domaine du vent. Il est vivement conseillé aux utilisateurs inexpérimentés de s’adresser à des spécialistes dans ces domaines

pour obtenir l’assistance nécessaire.



Sommaire

5

1 Exigences générales 7

2 Erreurs évitables 11

3 Sélection de la technique sensorielle 15

4 L’étalonnage de l’anémom ètre 19

5 Valeurs et hauteurs de mesure 21

6 Installation du mât 25

7 Saisie des données 29

8 Enregistreur de données 33

9 Auto-analyse avec ALWIN 35



Exigences générales

7

1 Exigences générales

Les mesures du vent sont nécessaires pour de nombreuses

applications, par exemple pour les prévisions météorologiques et

plus particulièrement pour l’agrométéorologie, ainsi que pour les processus de commande ou encore dans les divers domaines de la

recherche. Tous ces domaines d’utilisation sont régis par des

conditions particulières nécessitant une technologie adaptée.

Les relevés nécessaires aux estimations de productivité liées à

l’utilisation de l’énergie éolienne demandent une extrême précision et

fiabilité. Une légère inexactitude des résultats peut avoir pour conséquence des prévisions erronées et augmente également le

risque d’une exploitation non rentable par rapport aux

investissements prévus. La saisie des données étalée sur une période minimum d’un an exige des relevés réguliers et fiables.

La sélection de la technique sensorielle et de l’appareillage de

mesure est essentielle pour garantir l’exactitude des relevés. Des erreurs faites à ce niveau risquent de fausser l’évaluation de

l’ensemble des données recueillies. Lorsque vous chargerez

ultérieurement un expert éolien d’analyser le site, il est essentiel que lui remettiez des relevés fiables et que vous lui prouviez la bonne

installation de l’appareillage de mesure.



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Exigences générales

9

L’exemple ci-contre illustre les risques encourus par un investisseur

se basant sur des données provenant d’une installation de mesure

insuffisante ou présentant des défauts. Dans l’exemple, si le prix moyen escompté par kWh est de 0,08 € (euro), l’erreur due à la

différence répercutée sur une année s’élève à 20 000 € pour une

éolienne de 600 kW ! Ce montant atteint rapidement une somme à 7 chiffres si l’on se base sur la période totale d’exploitation et sur un

parc éolien de taille moyenne. Le coût d’un appareillage de mesure

même très sophistiqué est en comparaison minime.

Par principe, il est nécessaire de respecter une marge de sécurité

dans les prévisions. Les incertitudes sont liées au fait que le procédé

mathématique appliqué se base sur des conditions de vent idéales et que les calculs sur un terrain complexe sont très difficiles. Il est donc

essentiel d’éviter toute différence supplémentaire des relevés sur

lesquels se basent les calculs.

De nombreuses années d’expérience dans le domaine des

techniques de mesure éolienne ont prouvé qu’une analyse correcte

du site est possible si l’on respecte certains points avant l’achat et l’installation de l’appareillage de mesure. Pour des relevés de qualité,

il est nécessaire d’investir (surtout dans un anémomètre étalonné de

qualité). La plupart des erreurs peuvent être évitées sans entraîner de frais supplémentaires, grâce au savoir-faire adéquat.



Erreurs évitables

11

2 Erreurs évitables

Au moment du choix de la technique sensorielle et de l’installation du mât de mesure, évitez impérativement les erreurs fréquentes suivantes.

Tout anémomètre n’est pas adapté.

Il s’agit de mesurer les composants horizontaux non modifiés du courant

d’air puisque ces derniers sont les

seuls qui comptent pour la transformation de l’énergie. Le

récepteur éolien constitué de petites

coupelles et d'un bâti à arêtes vives est très sensible aux courants diagonaux

et aux turbulences provoquées par le mât et les traverses. Dans ce

cas, même l’étalonnage ne peut modifier cet état de fait. Même un anémomètre de haute qualité

réglé en usine ne garantit pas l’exactitude des prévisions d’énergie.

Les tolérances indiquées par le

fabriquant risquent au pire des cas d’aboutir à des écarts de valeur non

acceptables pour le calcul de la

productivité. La fiabilité des prévisions ne peut être assurée que si chaque

anémomètre est mesuré dans le tunnel aérodynamique.

Sans calibrage

Anémomètre inadapté



Traverses inadaptées

Les turbulences et effets d’obstacle à

proximité du mât et des traverses

modifient les mesures. Il ne faut pas directement installer le récepteur

éolien sur le support transversal et

celui-ci doit avoir une longueur minimum relative au diamètre du mât.

Le support ne doit cependant pas être instable car il risque d’être

sujet à des vibrations.

Effet d’obstacle provoqué par la girouette

Les courants d’air balayant l’anémomètre doivent pouvoir

provenir de toutes les directions

sans obstacle. L’anémomètre le plus important se trouve au

sommet du mât et doit donc être

fixé de manière optimale. Il est important de veiller à ne pas

annuler l’avantage de cette

position par une girouette mal placée. La girouette ne doit pas être placée au sommet du mât.

Erreurs évitables

13

Hauteur de mesure erronée

Le calcul de la hauteur sur site est compliquée par la formule logarithmique utilisée qui ne fournit qu’une approximation

générale. Si en plus, des erreurs sont faites sur les données

de base, le résultat risque d’être encore plus imprécis.

• Les données issues d’un anémomètre installé trop bas et

soumis aux ombres et turbulences provoqués par des

bâtiments, des plantes ou des élévations ne sont pas utilisables.

• Les anémomètres montés trop près les uns des autres

fournissent des données insuffisantes pour le calcul du profil de

hauteur car la différence des valeurs est trop faible.



Sélection de la technique sensorielle

15

3 Sélection de la technique sensorielle

L’anémomètre à coupelles hémi-

sphériques s’est imposé comme

standard pour la saisie de la vitesse du vent dans le domaine technique

de la mesure de l’énergie éolienne.

Ce capteur fait preuve de certains désavantages dans la saisie des

courants d’air (inertie des coupelles,

effet overspeeding), mais ceux -ci sont connus et il a été prouvé qu’ils sont

secondaires. Les points essentiels

sont la linéarité des signaux de base et l’insensibilité du capteur aux turbulences et aux courants d’air diagonaux provoqués par le mât et

les traverses. Un anémomètre équipé de grosses coupelles est

supérieur de qualité à un capteur à petites coupelles et dont le corps est en plus constitué d’arêtes vives.

Les convertisseurs de signaux opto-électroniques et les

générateurs à tension alternative se sont imposés en raison de leur robustesse. La plupart des capteurs opto-électroniques fournissent

cependant un taux de comptage plus élevé (au minimum 10 Hz par

m/s), ce qui est indispensable à la saisie d’intervalles de mesure rapprochés et pour l’évaluation des turbulences.



Pour déterminer la direction du vent, on utilise de plus en plus souvent des

capteurs analogiques potentiométriques car ils ont une résolution très élevée

(1°) et consomment très peu de

courant. Il faut s’assurer que le signal de base couvre la zone de 360° dans sa

totalité. Les girouettes bon marché avec

un potentiomètre interne simple, font malheureusement preuve d’une

déficience fréquente au nord. Ils ont également une durée de vie

limitée car le dispositif électromécanique interne n’est pas adapté à un effort constant.

Il existe des girouette de taille et de poids très variés, comme de

prix très différents. Les girouettes lourdes réagissent plus calmement au vent et les girouettes ayant une tôle de dérive de grande surface

fonctionnent même avec des vitesses de vent très faibles. Ces deux

critères sont cependant secondaires pour les prévisions d’énergie éolienne.

Dans un bon système de saisie des mesures, la girouette est

alimentée par un câble à 4 conducteurs, ce qui permet de compenser la résistance au câble et d’éviter la modification des valeurs

mesurées dues à des lignes de raccordement très longues. Le

dispositif de saisie des valeurs doit disposer d’un logiciel permettant de calculer la moyenne des valeurs afin de tenir compte du « saut du

Nord » lors des changements de direction du vent : la moyenne de

350° et 10° doit indiquer le nord et non pas 180° !

Sélection de la technique sensorielle

17

Option : les valeurs pression atmosphérique et température de l’air jouent un rôle dans l’énergie éolienne mais qui

est assez faible pour que l’absolue exactitude

de ces capteurs soit secondaire. Etant donné qu’il n’est pas absolument nécessaire de

relever ces valeurs sur place, vous pouvez

utiliser les données fournies par les stations météorologiques. Vous économisez ainsi les frais d’acquisition de la technique sensorielle

mais l’interprétation des valeurs demande plus de travail préliminaire.

Il est impératif de protéger le thermomètre contre les intempéries et les rayonnements pour éviter la surchauffe du matériel sensoriel. La

qualité de la protection doit exclure toute accumulation d’air en cas

d’exposition directe et doit permettre un montage facile sur le mât de mesure.

Les sondes de température utilisées sont

souvent combinées avec un hygromètre afin de réduire les coûts. L’humidité de l’air n’a pas

d’influence directe sur le calcul de la

productivité, mais le fait de connaître cette valeur aide à évaluer le risque de gel sur le site.



Déconseillé: girouette anémométrique

La combinaison de l’anémomètre et de la girouette est déconseillée

pour les prévisions d’énergie éolienne, car étant fixé sur un support commun, l’anémomètre n’est pas librement balayé par le vent. La

proximité du support et du drapeau ont des conséquences

catastrophiques sur les relevés.

Déconseillé: anémomètre à ultrason

Les capteurs « Ultrasonics » sont de plus en plus souvent utilisés dans d’autres domaines mais leur exactitude est insuffisante pour

des analyses sur site (l’étalonnage est également beaucoup plus

compliqué puisqu’il doit être effectué dans chaque direction). En outre, leur utilisation est rendue difficile, voire impossible, par leur

consommation électrique considérable qui doit être assurée par la

station de mesure fonctionnant sur batterie ou avec l’énergie solaire.

Déconseillé: anémomètre à hélice

Ce type de récepteur est peu utilisé dans la technique de mesure de l’énergie éolienne. Bien que le capteur (hélice) de ce type

d’anémomètre ressemble beaucoup au rotor d’une éolienne, la

similitude du fonctionnement n’est pas garantie. En effet, des changements fréquents de direction du vent provoquent un

mouvement d’oscillation permanent qui modifie les relevés de la

force du vent.

Etalonnage de l‘anémomètre

19

Mesures au Deutsches Windenergie-Institut (DEWI) dans le tunnel aérodynamique de l’Université d’Oldenburg

4 L’étalonnage de l’anémomètre

D’après les fiches techniques, les fabricants d’anémomètre

garantissent une exactitude de l’ordre de ± 0.3 à 0.5 m/s (et de 3 à

5% à partir de 15 m/s). L’exactitude annoncée dans cette plage de tolérance est en général respectée et elle suffit à satisfaire aux

exigences des prévisions météorologiques, ainsi qu’aux applications

telles que la commande et le contrôle des processus industriels.

Pour des prévisions de rendement liées à l’énergie éolienne, cette plage de tolérance n’est pas acceptable !

Si vous utilisez des capteurs non étalonnés, il vaut mieux prévoir une marge de différence pour l’interprétation des données, laquelle

ne peut être considérée que comme une estimation approximative.

En général, l’anémomètre utilisé correspond exactement à la valeur d’étalonnage annoncée mais ce n’est pas garanti . Il est

malheureusement toujours possible de tomber sur un capteur dont

les données sont à la limite de la plage de tolérance ; ce qui risque d’entraîner des erreurs de mesure telles qu’elles sont illustrées dans

l’exemple précédent.

Il est conseillé de faire étalonner l’anémomètre par un institut

accrédité selon les directives

nationales / internationales, et qui délivrera un certificat officiel de

conformité (ISO 3966 1977,

directives IEA, procédé de mesure unifié du groupe

MEASNET).



Le groupe MEASNET est constitué de plusieurs instituts industriels

européens et indépendants qui se sont spécialisés dans le domaine

de l’énergie éolienne. Le développement de procédés de mesure conformes ainsi que l’échange constant d’expériences et

d’informations sur les méthodes de mesure et de calibration ont

permis la réalisation d’un étalonnage des anémomètres respectant les directives les plus strictes.

Les résultats de chaque

étalonnage d’anémomètre sont enregistrés dans un protocole.

Ce rapport précise quels sont les

points et zones du capteur qui ont été mesurés. En outre, le

protocole doit spécifier le

montage de mesure et les appareils de référence avec les

dates de leur dernier contrôle.

Dans des conditions optimales, les anémomètres doivent être

étalonnés une deuxième fois

après leur utilisation, afin de garantir toute modification

éventuelle pouvant s’être

produite pendant les mesures. Ce deuxième étalonnage fait

partie de l’offre standard faite par

la plupart des experts éoliens.

"Anemometer Calibration Report" de Windtest KWK GmbH

Valeurs et hauteurs de mesure

21

5 Valeurs et hauteurs de mesure

Pour mesurer la vitesse du vent de

manière optimale, il faudrait

sélectionner la hauteur du moyeu de la future éolienne. Il existe deux

bonnes raisons de ne pas le faire :

la première est que cette hauteur n’est probablement pas encore

connue (puisque les mesures

doivent permettre de déterminer la hauteur idéale) et la deuxième

raison est qu’un mât de mesure de

cette hauteur est très coûteux et également très difficile à installer.

L’installation de deux anémo-

mètres pour mesurer la vitesse du vent à deux hauteurs inférieures

différentes offre une solution

adéquate. Ceci permet de déterminer le profil de hauteur du

site (longueur de rugosité Z0 ), qui

sert ensuite au calcul de la vitesse du vent pour d’autres positions.

Etant donné que la conversion réalisée à l’aide d’une formule

logarithmique ne représente qu’une idéalisation des conditions éoliennes et que la différence de la vitesse moyenne à diverses

hauteur est faible, il est nécessaire de respecter les points suivants.



• Utilisation d’anémomètres étalonnés séparément et réagissant

peu aux courants diagonaux

• L’anémomètre situé en bas doit cependant être installé à une hauteur suffisante pour ne pas être gêné par les obstacles

environnants (buissons, constructions, etc.)

• L’écart entre les deux anémomètres doit s’élever au minimum à 15 - 20 mètres

Sur un site plat et sans obstacle, il suffit d’un mât de mesure équipé

de récepteurs éoliens à 10 et 30 mètres. Sur un terrain plus complexe, l’anémomètre inférieur doit être installé plus haut. Pour

maintenir un écart suffisant entre les anémomètres, il faut donc

choisir un mât plus grand. Dans ce cas, les mesures doivent être exécutées à 20 et 40 m, voire même à 30 et 50 m.

Un troisième anémomètre n’est pas nécessaire pour le calcul du

profil de hauteur. Il est plutôt conseillé d’investir dans des anémomètres de qualité et parfaitement étalonnés. Dans certains

cas, il peut s’avérer nécessaire d’installer un troisième capteur, pour

mesurer, par exemple, un terril (profil inhabituel difficile mathématiquement à calculer) ou comme référence, à une hauteur

spéciale, pour effectuer une comparaison avec des données faites à

long terme, etc.

La direction du vent sur le site ne doit être mesurée qu’à une seule

hauteur. La girouette doit être placée assez haut mais cependant

1,5m en dessous de la pointe du mât, pour ne pas gêner l’anémomètre du sommet.

Valeurs et hauteurs de mesure

23

Pour la mesure de la pression atmosphérique, le capteur est

optionnel et la hauteur de la mesure n’est pas imposée puisque cette

valeur peut être calculée pour la hauteur souhaitée. Comme les baromètres achetés dans le commerce ont besoin d’un abri, il est

conseillé de les installer dans l’armoire de protection de l’enregistreur

de données.

Le capteur de chaleur est fourni avec un abri contre les intempéries

et les rayonnements solaires. Il doit être monté à l’extérieur, à une

hauteur minimum de 10 m, pour ne pas subir les rayonnements de chaleur émanant de la surface terrestre. Cette hauteur le protège

également contre toute manipulation par des tiers.



Installation du mât

25

6 Installation du mât

Les points importants à respecter pour une installation optimale du

mât sont les suivants :

• Tous les capteurs éoliens doivent être parfaitement montés à la verticale. Même de faibles écarts provoquent un balayage du

vent diagonal qui fausse les valeurs mesurées.

• Les supports transversaux maintiennent les capteurs à une distance minimale du mât, afin de les protéger contre les effets

d’obstacles et de turbulence. Veiller à ce que les supports

transversaux ne vibrent pas pour ne pas fausser les mesures et surtout pour éviter d’endommager les paliers du capteur.

• L’anémomètre du sommet doit être monté sur la pointe du mât. Il

doit être librement balayé par le vent dans toutes les directions. Le tube de montage vertical (0,5 m au minimum) doit avoir un

diamètre similaire au corps de l’anémomètre et être comparable

à l’installation faite lors de l’étalonnage dans le tunnel aérodynamique. Seule la tige fine du paratonnerre doit se trouver

à proximité de l’anémomètre.

• Le deuxième et, éventuellement, le troisième anémomètre doivent être montés sur un support transversal muni d’un tube

vertical à son extrémité, afin que l’anémomètre se trouve de 30 à

60 cm au-dessus du support transversal. Si la traverse se trouve directement en dessous de l’anémomètre, elle risque de fausser

les mesures. Le capteur doit se trouver à un angle de 45° par

rapport à la direction principale du vent (direction souvent connue approximativement).



Installation du mât

27

Dans le cas d’un mât tubulaire, la longueur de la traverse doit être

égale au minimum à 7 fois le diamètre du mât et dans le cas d’un

mât à treillis (largeur max de 30 cm), la traverse doit avoir une longueur d’environ 1 m.

• La girouette doit être placée sur une traverse, le plus haut

possible, mais cependant au moins 1,5 m en dessous de l’anémomètre du sommet. Installer la traverse de la même

manière que pour l’anémomètre. Pour aligner la girouette, vous

avez besoin d’un compas ou d’une bonne carte à petite échelle afin de sélectionner un point fixe à l’horizon. En général, la

girouette se visse sur le mât non dressé. Aidez-vous d’un bon

rapporteur.

• L’écart entre le paratonnerre (épaisseur de 2 cm env.) et

l’anémomètre doit être de 50 cm. Le paratonnerre ne doit pas

vibrer. Ce dernier doit dépasser l’anémomètre de manière à le protéger sous un angle de 60°.

• L’idéal est de faire passer les câbles à l’intérieur du mât. Les

câbles dont la longueur dépasse 50 m doivent être soutenus par un câble de traction. Si la pose des câbles ne peut se faire dans

le mât, il faut maintenir ceux -ci avec des fixations montées à des

intervalles de 1 m. Aucun câble ne doit s’agiter dans le vent. Il faut également éviter tout contact avec des bords tranchants.

Toute contrainte des câbles risque à long terme de provoquer

des dommages.



Pour les autres composants de la station de mesure (armoire

électrique avec enregistreur de données, alimentation solaire et

dispositif de télétransmission des données), respecter les points suivants. Le montage doit être fait le plus haut possible mais rester

accessible pour l’utilisation et l’entretien. Le module solaire et

l’antenne GSM installés dans une station librement accessible sont particulièrement exposés aux risques de vandalisme et de vol. Pour

cette raison, essayez de rendre votre dispositif de mesure le plus

inintéressant possible. Par exemple, une antenne GMS fonctionne de la même manière lorsqu’elle est recouverte d’un vieux tuyau en

plastique gris et une station équipée d’un petit module solaire discret

attire moins l’attention.

A la fin de l’installation, assurez-vous que le mât soit bien droit. Si

le mât n’est pas accessible en hauteur, vérifiez l’angle au niveau

inférieur à l’aide d’un instrument de mesure adapté (inclinomètre, niveau à bulle d’air) et contrôlez visuellement chaque côté pour

déceler toute courbure. Il est de fait que l’œil humain peut très bien

déceler les petites différences.

Les détecteurs électroniques d’inclinaison installés dans la partie

supérieure du mât apportent non seulement une aide lors de

l’installation mais également lors des contrôles ultérieurs. En effet, les mesures continuelles des signaux d’inclinaison permettent de

contrôler le mât à tout moment et informent l’utilisateur de dommages

éventuels, lorsqu’un disposif de transmission des données est disponible.

Saisie des données

29

7 Saisie des données

Les prévisions de production d’énergie éolienne se basent sur la

distribution fréquentielle relative des vitesses du vent au niveau de la hauteur du moyeu de l’éolienne. Elle peut être représentée par :

• La fonction de Rayleigh

Si la moyenne des vitesses du vent est seule disponible sur un site, cette fonction permet de calculer les fluctuations à partir de

ce point. Cependant, la distribution de Rayleigh ne peut que

partiellement rendre compte des particularités régionales d’un site.

• La fonction Weibull

Pour le calcul de la distribution de Weibull, deux paramètres sont nécessaires : le facteur d’échelle A et le paramètre de

forme C. Cette fonction décrit les conditions du vent plus

exactement que la fonction de Rayleigh car elle tient compte de l’allure de la courbe de distribution. Si C = 2, la forme est

identique à celle de la distribution de Rayleigh.

• Classement des relevés Cette méthode est utilisée pour regrouper les données sous

une forme unitaire réduite à l’essentiel. Pour le classement,

l’échelle est divisée en sections (classes) d’une largeur constante. Pour chaque classe, on compte le nombre de fois

où, dans un intervalle d’une ou dix minutes, la valeur moyenne

apparaît dans les limites de la classe. On obtient ainsi un profil fréquentiel avec lequel on calcule ensuite la distribution relative

en divisant les valeurs de la classe par le nombre total de

relevés.



Afin de remplir les conditions exigées (le long terme et la hauteur de

moyeu), les données saisies dans une mesure doivent être corrigées

en deux étapes.

Conversion à la hauteur de moyeu Etant donné que les relevés du vent sont réalisés à une hauteur

inférieure à celle de la hauteur de moyeu, il est nécesaire d’effectuer une conversion. Il faut d’abord calculer la longueur de rugosité sur un

site, éventuellement pour chaque secteur de direction si les

caractéristiques au sol sont différentes. Pour les longueurs de rugosité, il existe des tableaux qui, à l’aide d’une description des

environs, indiquent des valeurs approximatives. Cependant, il vaut

mieux techniquement relever les vitesses du vent à deux hauteurs.

Comparaison avec les données à long terme Pour intégrer les fluctuations dues aux saisons, tous les relevés

doivent être réalisés sur une période minimum d’un an. Les résultats de l’année doivent ensuite être comparés aux données à long terme

car la vitesse du vent annuelle peut être différente de 20% par

rapport à la moyenne des années passées. Les données à long terme sont en général disponibles dans les stations météorologiques

des environs, aux aéroports ou dans les centrales éoliennes déjà

existantes. Il n’est pas aussi important que la collecte de ces données ait été aussi bien réalisée que pour les applications de

l’énergie éolienne mais l’essentiel est la continuité de ces mesures

(par exemple, pas de modifications dues au changement de place du mât) et la similitude des sites au niveau topographique est également

nécessaire.

Saisie des données

31

Si les relevés ont été réalisés avec exactitude et corrigés comme

décrit précédemment, il est possible d’obtenir de très bons résultats

de prévision en effectuant un classement. Pour cela, multiplier puis additionner les fréquences relatives de chaque classe de vitesse de

vent avec les valeurs caractéristiques d’une éolienne. Le résultat

obtenu est la puissance moyenne de l’éolienne, qui multiplié par le nombre d’heures d’une année, donne la production d’énergie

annuelle en kilowatts par heure.

Les paramètres Rayleigh et Weibull s’obtiennent à partir des données classées. Ces valeurs de distribution peuvent également

être utilisées dans les calculs, comme comparaison. Dans les calculs

d’énergie, tenez compte des points suivants : le principe de régulation de l’éolienne et la pression atmosphérique du site. Dans

ce domaine, seules les recommandations de l’IEA (International

Energy Agency) et diverses publications sont disponibles. Le programme ALWIN présenté ci-après tient compte de ces directives.

La rose des vents La saisie de la direction du vent sur le site est importante afin de positionner correctement les éoliennes dans un parc éolien, de

manière à minimiser les effets d’obstacles des éoliennes entre-elles.

Pour cela, il est nécessaire de disposer de données très exactes sur la direction des vents afin de créer des modèles de courants d’air sur

terrain complexe et afin de calculer les longueurs de rugosité

relatives aux secteurs. Pour la pré-évaluation statistique, on divise la zone considérée en 12 ou 36 secteurs. On calcule ensuite la

distribution fréquentielle des vitesses du vent pour chaque secteur.



Enregistreur de données

33

8 Enregistreur de données

Il existe principalement deux types d’enregistreurs de données

spécifiques aux applications de l’énergie éolienne.

Les systèmes de classement du vent fournissent des statistiques mais pas de séries chronologiques !

Les systèmes de classement du vent permettent de réaliser un pré-traitement et une réduction des données pendant les mesures. Ils

nécessitent relativement peu de mémoire. Les statistiques obtenues

s’appliquent à des périodes hebdomadaires ou mensuelles et elles proposent une distribution fréquentielle des vitesses du vent, la rose

des vents, une analyse du déroulement journalier et des périodes

sans vent. Ces systèmes sont adaptés aux utilisateurs souhaitant un dispositif de mesure relativement simple permettant d’intégrer

directement les résultats de mesure pré-évalués dans un logiciel

d’analyse facile à utiliser. Mais ce procédé entraîne la perte de certaines informations due à la réduction préliminaire des données.

Seules les données nécessaires à une prévision d’énergie simple

sont disponibles. Avec ce type de résultats, il est impossible d’obtenir des interprétations plus approfondies tenant compte du déroulement

temporel de l’ensemble des relevés. Les relevés erronés (dus, par

exemple, à une panne de capteur, au gel ou à un orage) sont particulièrement difficiles à détecter et à éliminer.



Les ordinateurs éoliens fournissent des statistiques et des séries chronologiques !

Les systèmes de mesure appelés ordinateurs éoliens exécutent des pré-évaluations statistiques importantes et enregistrent

également le déroulement des valeurs mesurées dans le temps.

Dans des intervalles de temps réguliers, en général 1 ou 10 minutes, le système calcule les valeurs moyennes, les valeurs extrêmes et les

différences standard à partir des valeurs mesurées en permanence.

Pour cela, l’enregistreur de données doit disposer d’une très grande mémoire. Le transfert automatique des données se fait sur un PC

permettant de traiter les résultats, grâce à un logiciel d’énergie du

vent adapté ou à des programmes standard de calcul de tables. L’interprétation ultérieure nécessite plus de travail que le système de

classement éolien et demande aussi plus d’expérience pour l’analyse

des données, mais elle offre beaucoup plus de possibilités.

• Il est possible de connaître à une date bien précise les conditions

éoliennes passées.

• Grâce aux contrôles de vraisemblance et aux vérifications visuelles des courbes de mesure, il est facile de repérer les

mesures erronées et de les éliminer ou de les corriger.

• Il est possible de procéder à d’autres évaluations, telles que l’analyse des turbulences ou la création de statistiques pour

des périodes particulières.

• Ultérieurement, le journal des données météorologiques permet de contrôler la courbe de productivité et, en cas de dommages,

d’en déceler les causes.

• Les données sont également disponibles pour d’autres domaines d’utilisation que les prévisions d’énergie éolienne.

ALWIN

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9 Auto-analyse avec ALWIN

ALWIN1 (Windows 3.1) est un logiciel destiné aux applications

d’énergie éolienne. ALWIN met en relation le potentiel éolien du site

avec les données techniques d’une éolienne puis établit les prévisions de production atteignable. Le programme permet de saisir

manuellement les paramètres Rayleigh/ Weibull et les hauteurs de

mesure. Il calcule la longueur de rugosité et les forces du vent à diverses hauteurs, puis il illustre les données et les résultats sous

forme de graphiques et de tableaux logiques. Ce programme est

facile à utiliser pour effectuer des analyses avec des données statistiques et pour analyser l’influence des températures et des

hauteurs du site et du moyeu. Il permet aussi d’analyser les

conséquences de mesures erronées.

1 Copyright Deutsches Windenergie-Institut (DEWI) & Ammonit



Ce logiciel peut être gratuitement téléchargé sur internet:

• allemand www.ammonit.de/download/alwin_d.exe

• anglais www.ammonit.de/download/alwin_e.exe

• espagnol www.ammonit.de/download/alwin_s.exe

En dehors des données météorologiques, vous avez besoin des

données techniques de l’éolienne souhaitée, que vous pouvez obtenir par le fabricant. Certains fabricants d’éoliennes ont enregistré

les caractéristiques de puissance de leurs machines sur un

catalogue compatible avec ALWIN. Téléchargement: www.ammonit.de/download/wec_cats.exe

ALWIN est parfaitement adapté à l’établissement de prévisions de

production fiables pour des éoliennes individuelles. Lors de l’utilisation du logiciel ALWIN, n’oubliez pas que l’exactitude des

données météorologiques de départ est la base de tous les calculs.

Si vous devez faire des calculs incluant des tolérances, faites impérativement une évaluation avec les paramètres les plus

défavorables. Ceci permettra d’évaluer l’erreur maximale possible et

ses conséquences.

Ce programme n’est pas conçu pour l’analyse de sites destinés à de

grands parcs éoliens. Il existe sur le marché des programmes plus

développés mais nécessitant beaucoup plus de temps d’apprentissage.

Documents

Mesure du vent - sitelyceejdarc.orgsitelyceejdarc.org/autodoc/cours/001 1 STI2D/Technologie... · Les mesures du vent sont nécessaires pour de nombreuses applications, par exemple