Cartographie des ressources éoliennes à l’aide du logiciel WAsP

Jeudi 17 janvier 2013

À l’intérieur de la couche limite atmosphérique, le régime éolien est directement influencé par la rugosité de la surface, la présence d’obstacles, la topographie etc.... Ces paramètres doivent donc être pris en considération pour l’évaluation des ressources éoliennes disponibles dans un site donné et pour mieux localiser l’emplacement des fermes éoliennes. A cet effet, le logiciel WAsP (Wind Analysis and Application Program) est utilisé. Ce logiciel, qui a été développé par une équipe de recherche du laboratoire RISO (Danemark), est un outil très employé pour la caractérisation éolienne des sites. Parmi les études basées sur le WasP, on peut citer l’Atlas Eolien Européen, l’Atlas Vent de l’Algérie ainsi que des études réalisées pour le site d’Adrar et le site de Ténès.

Le logiciel WAsP est un PC-programme avec lequel on effectue le traitement statistique des données vent et les extrapolations horizontale et verticale de ces données. Le programme contient un ensemble de modèles pour calculer les effets des obstacles, de la rugosité du sol et de la topographie sur l’écoulement du vent. L’analyse consiste en un traitement des données vent (vitesse et direction) pour l’élaboration d’un potentiel éolien de référence dans toutes les directions. Ce dernier est ensuite transposé à l’ensemble de la zone d’étude en prenant en compte la topographie, les obstacles et les variations de la rugosité.

D’une manière générale, WAsP donne des résultats acceptables. Mais comme tous les modèles numériques, la précision de ces résultats dépend à la fois de la résolution des calculs, de la validité des données et des erreurs dans l’approximation des distributions. A l’origine, ce logiciel avait été conçu pour des applications sur des terrains plats, mais les dernières versions ont été améliorées.

Données d’entrée

Pour estimer le potentiel énergétique avec le WAsP, un certain nombre de données sont nécessaires tels que (i) les données météorologiques (vitesses et directions du vent) et (ii) les données géographiques i.e. les cartes décrivant la topographie et les cartes de rugosité du sol, qui décrivent la nature du sol (terrains boisés, présence de villes ou villages, zones de sable, plan d’eau, …).

 Carte topographique

A partir de ces données, le logiciel nous donne les résultats suivants : les caractéristiques statistiques de la vitesse du vent, l’atlas vent avec les différentes cartes éoliennes et l’estimation de la puissance fournie par un parc éolien.

Les caractéristiques statistiques de la vitesse du vent sont la vitesse moyenne du vent, les paramètres k et c de Weibull, la densité de puissance ainsi que la fréquence du vent et ce, pour différentes directions. Les paramètres k et c de Weibull sont le facteur de forme et le facteur d’échelle, respectivement. Le paramètre k donne une indication sur la nature du vent. Si les valeurs de k sont très inférieures à 2, le vent est dispersé et très irrégulier. Le facteur d’échelle permet d’estimer le potentiel éolien disponible. La densité de puissance représente la puissance éolienne disponible dans une région par unité de surface. La fréquence du vent représente la fraction de temps pendant laquelle la vitesse est égale à une certaine valeur V. Tous ces paramètres sont donnés dans un tableau et représentés par la rose des vents et la courbe de fréquence. La rose des vents correspond à un cercle divisé en un certain nombre de secteurs.

Rose des Vents

Chaque secteur représente une direction. Le rayon de chacun des secteurs indique la fréquence du vent pour chaque direction. La direction dominante du vent est représentée par le rayon le plus long de la rose des vents. La rose des vents représentée sur la figure 2 comprend huit secteurs de 45 degrés et montre que les directions Ouest et Nord-Ouest sont les directions dominantes de la vitesse du vent.

L’atlas vent et les différentes cartes éoliennes représentent la vitesse moyenne du vent, la densité de puissance éolienne disponible et autres paramètres caractéristiques du gisement éolien disponible à différentes hauteurs et ce, compte tenu de la topographie de la région étudiée et de sa rugosité. Ces résultats sont donnés dans le tableau.

Atlas Vent

La puissance que peut fournir un parc éolien ainsi que l’énergie annuelle produite par une éolienne donnée sont estimées compte tenu de sa courbe de puissance. Dans le cas de parcs éoliens, la densité de puissance annuelle et la production énergétique annuelle pour l’ensemble des éoliennes et pour chaque éolienne du parc sont estimées compte tenu des pertes de sillage pour chaque turbine. Il en résulte une carte qui représente la production énergétique annuelle ou AEP.

Production énergétique annuelle (AEP)

La détermination de tous ces paramètres nous permet d’identifier les zones les plus ventées et donc les plus propices pour l’implantation optimale des fermes éoliennes et de faire le meilleur choix pour les types d’éolienne à installer (grande ou petite puissance).

Samira Louassaa, CDER

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