Projet de recherche CP/54 (Action de recherche CP)
Contexte
Pour les études de faisabilité et l’engineering de projets dans le domaine de l’énergie éolienne, il est nécessaire de disposer de statistiques de bonne qualité pour les paramètres météorologiques et de méthodes éprouvées pour effectuer, à partir des données d’observations, des extrapolations vers les sites retenus. Les séries historiques de données météorologiques pour la Belgique (IRM) ne sont pas utilisables telles quelles dans les projets opérationnels, entre autres en raison de modifications dans les méthodes d’observation et les caractéristiques des sites.
En optimisant le choix des sites d’observations et le type de mesures en fonction de leur utilisation dans le domaine des énergies renouvelables, l’exploitation directe des données d’observation pourrait être augmentée considérablement. De cette façon, la fourniture de services par l’IRM acquérrait une importante valeur ajoutée auprès des concepteurs de projets dans le domaine de l’énergie éolienne. La pertinence de la problématique abordée tient à l’importance que les sources d’énergie renouvelable sont appelées à jouer dans le développement durable. En utilisant l’énergie éolienne, on doit pouvoir compter sur un potentiel de plus de 1000 MW à l’intérieur des terres en Belgique.
Description du projet
Objectifs
L’objectif du projet vise à améliorer les fondements d’une prédiction de qualité à court et long termes de la puissance électrique générée par les installations d’énergie éolienne sur le territoire belge (sur mer et sur terre). Le projet concernera les données (météorologiques et de terrain), les modèles et d’autres outils utilisés pour l’extrapolation des données à partir des sites d’observations vers les sites d’intérêt spécifique.
Les objectifs détaillés sont les suivants:
- Définir un ensemble de stations de référence à long terme et traiter leurs données de vent historiques sous une forme appropriée à l’établissement d’une carte des ressources disponibles et à d’autres analyses pertinentes dans le domaine de l’énergie éolienne;
- Préparer des cartes de rugosité pour les régions du pays intéressantes du point de vue des ressources éoliennes à partir d’informations télémesurées de format adapté à la cartographie des ressources disponibles;
- Evaluer par l’analyse et la validation expérimentale la pertinence de l’application aux situations belges des modèles de prédiction adaptés à une topographie complexe;
- Développer une méthodologie cohérente pour la prédiction des ressources à long terme pour des sites en mer et sur terre en Belgique, incluant des données anémométriques de référence à long terme, des cartes de rugosité, les conditions requises pour l’utilisation des modèles de champ du vent et préparer un manuel pour utilisateur;
- Formuler des recommandations pour l’optimisation des stations de mesures à des fins d’applications dans le domaine de l’énergie éolienne;
- Présenter lors d’un atelier spécifique les résultats du projet aux acteurs du secteur de l’énergie éolienne, aux concepteurs de projets, aux compagnies d’engineering, aux constructeurs, aux institutions de R&D et aux autorités.
Méthodologie
Au cours de l’étape initiale du projet, les trois composantes principales liées à l’évaluation et à la prédiction des ressources sont examinées, à savoir:
les données de vent (1), les données de rugosité (2) et les modèles d’extrapolation (3). Une fois ces examens effectués, les éléments de base sont disponibles pour effectuer une vérification (4) de la méthode de prédiction, en validant les composantes principales par comparaison des résultats des calculs avec les observations. Lors de la dernière étape du projet, des directives (5) seront établies pour l’exploitation des données analysées, des sources de données et des méthodes d’extrapolation utilisées dans le cas de situations spécifiques à la Belgique. Une évaluation des pratiques actuelles pour la mesure du vent sera dressée et des recommandations seront faites en vue de leur amélioration.
L’accréditation des données de vent concerne la définition d’un ensemble de stations de mesures anémométriques dont les séries temporelles et les statistiques des mesures historiques sont suffisamment caractéristiques du climat éolien à long terme et des régions en Belgique les plus pertinentes dans le domaine de la production énergétique éolienne. L’ensemble des stations de référence est constitué par les stations de l’IRM, éventuellement complété par des données complémentaires d’autres stations (par ex., des stations de mesures en mer). Idéalement, l’ensemble des stations retenues devra permettre des corrélations à court terme avec les mesures in situ pour tous les endroits potentiels en Belgique où l’énergie éolienne pourrait être utilisée. L’accent sera mis sur des séries de vent couvrant les 10 ou 15 dernières années (à partir de 1988). Pour chaque série de données à long terme, une distribution de fréquence directionnelle de référence, représentative du long terme, sera calculée. Pour chaque station, une analyse sera également faite pour déterminer les caractéristiques des vitesses de vent extrêmes.
Des cartes de rugosité seront produites pour être utilisées dans l’évaluation des ressources éoliennes à l’échelle régionale sur l’ensemble du territoire belge. Les cartes seront établies à partir des plans de secteurs, des données CORINE d’utilisation des sols et des cartes topographiques topo10GIS. Leur résolution spatiale sera suffisamment élevée pour permettre le calcul des ressources éoliennes à l’aide des logiciels professionnels utilisés dans le domaine de l’énergie éolienne. Ainsi, les cartes obtenues pourront être employées pour les besoins de prédiction des ressources éoliennes à court et long termes.
Une série de modèles numériques opérationnels pouvant simuler le champ du vent seront évalués quant à leur capacité d’estimation cartographique du potentiel éolien à l’échelle régionale. Les modèles calculent le champ de vent tridimensionnel dans un domaine défini, à partir de données d’entrée météorologiques et de terrain. L’adéquation de ces modèles sera testée par comparaison des vents observés et simulés. Des mesures de vent de bonne qualité seront utilisées à cette fin. Cette approche est surtout utile dans le cas de régions vallonnées, pour lesquelles il n’existe pas actuellement de méthodologie de simulation des vents suffisamment éprouvée. La validité globale des modèles sera évaluée à partir d’études de cas correspondant aux différents types de terrains en Belgique. Les modèles utilisés sont les modèles ARPS (Vito), TVM (UCL), MAR (UCL), Maestro Wind (ATM-PRO) et WAsP.
A partir des résultats du projet, un manuel pour utilisateur sera rédigé. Pour les besoins en énergie éolienne en Belgique, ce manuel décrira les méthodes à suivre dans l’utilisation des données météorologiques de référence, des informations de terrain et des modèles atmosphériques.
Une évaluation du réseau belge de mesures anémométriques sera réalisée en tenant compte des besoins spécifiques pour les projets d’énergie éolienne et des recommandations seront proposées en vue d’améliorations possibles dans le réseau de mesures. Les résultats pourraient servir comme pistes pour l’instauration de nouvelles procédures dans les observations météorologiques en Belgique.
Interactions entre les différents partenaires
L’évaluation des données anémométriques est réalisée en commun par 3E et l’IRM. Les cartes de rugosité sont préparées par 3E. Les études de cas réalisées avec les quatre modèles, y compris la validation des méthodes utilisées et des données, sont effectuées par les partenaires de l’UCL, d’ATM-PRO, du Vito et de 3E, sous la coordination de l’UCL. Le manuel pour utilisateur est préparé par 3E avec les informations fournies par les autres partenaires. L’évaluation du réseau de mesures de l’IRM est finalement réalisée en commun par 3E et l’IRM.
Résultats et/ou produits escomptés
Le projet produira les résultats spécifiques suivants:
- Un rapport avec une présentation des stations de référence recommandées pour les mesures de vent, comprenant une description détaillée des stations (procédures utilisées pour les mesures et environnement des sites), statistique et qualification des données analysées, principales statistiques aux stations (entre autres, distribution de fréquence au format des tableaux WasP, vitesse moyennes et pointes maximales), données historiques des stations sélectionnées sous un format utilisable pour les études professionnelles dans le domaine de l’énergie éolienne.
- Des séries temporelles de vitesse du vent, réanalysées et de durées limitées, pour les stations sélectionnées (conditions pour que les séries soient mises à disposition dans le cadre du projet).
- Des cartes de rugosité mises à jour pour l’ensemble du territoire belge sous un format vectoriel et utilisables comme entrées dans les modèles numériques d’estimation des ressources éoliennes.
- Les résultats des analyses comparatives des modèles numériques de vent cités plus haut pour les études de cas réalisées.
- Une recommandation méthodologique pour l’estimation des ressources éoliennes incluant le renvoi aux statistiques appropriées de vent aux stations, aux cartes de rugosité et à des conseils pour une utilisation appropriée des modèles d’extrapolation.
- Des recommandations pour l’amélioration du réseau de mesures, utiles pour les besoins spécifiques de l’énergie éolienne.
- Un atelier spécifique avec interaction entre les groupes concernés par le sujet traité.
Partenaires
Domaines d’activité des partenaires
3E SA
3E est un bureau d'études spécialisé dans le domaine des énergies renouvelables. Les activités de R&D menées par 3E sont axées sur le soutien et la réalisation de services de qualité destinés aux monteurs de projets, aux pouvoirs publics et aux autres acteurs du domaine des énergies renouvelables. 3E se base sur son expertise en matière de technologie éolienne et sur ses compétences relatives à l'évaluation de site - par des mesures et des modélisations - pour fournir des conseils d'experts pour le développement de projets éoliens. Dans le cadre des recherches menées dans le domaine de l'énergie éolienne, 3E se concentre sur les aspects importants d'un point de vue stratégique pour les services proposés aux clients: évaluation du potentiel éolien, évaluation de la production des parcs éoliens, micrositing des parcs éoliens, campagnes de mesures des vents, étalonnage des anémomètres, monitoring avancé de systèmes d'énergie éolienne et prévisions à court terme de production éolienne.
Vito
Le Vito, Institut flamand pour la Recherche Technologique, en tant qu'Institut de recherche indépendant, est actif dans les domaines de l’énergie, de l’environnement, et des matériaux. Avec plus de 450 collaborateurs experts, le Vito constitue le centre le plus grand et le mieux équipé dans ces domaines en Flandre. L’équipe Processus Atmosphériques, au sein du centre d'expertise Etudes Environnementales Intégrées, attache une importance particulière à la modélisation météorologique, notamment dans le contexte de la simulation de la pollution atmosphérique, ainsi que concernant d'autres questions liées a l’environnement.
UCL-ASTR
UCL-ASTR is part of the Physics Department of the Université Catholique de Louvain (Louvain-la-Neuve). Over the last 30 years, it has gained a worldwide reputation for the study of climate, climatic changes, and mesoscale meteorology. All its research activities are well integrated in Belgian, European, and international research programmes. UCL-ASTR has a great deal of expertise in the domain of mesoscale meteorology. In particular, it has built a hydrostatic, primitive-equation regional atmospheric model (hereafter referred to as MAR). In addition to the research with MAR, UCL-ASTR currently utilises the non-hydrostatic version of the widely distributed TVM (Topographic Vorticity-mode Mesoscale-β) model coupled to an air-chemistry model for studying urban environments and pollution by ozone.UCL-ASTR is also active in three-dimensional (3-D) global climate modelling.
ATM-Pro (sous-contractant de UCL)
ATM-Pro - spin off of the UCL-ASTR - was set up in 1995 to provide the most efficient and scientifically based software & services to industry, authorities and consultants in the field of the atmospheric Environment. ATM-Pro software are based on realistic 3D Atmospheric & Dispersion models which take into account the terrain complexity - Topography and Land Use - as required to assess realistically the impacts of Air Pollution. ATM-Pro develops, uses & markets a comprehensive range of environmental packages which are the most efficient tools to perform realistic Environmental Impact Studies, Emergency planning & Risk Assessment. ATM-Pro range consists in PC windows software including the newest and state of the art modelling tools. ATM-PRO distributes Lakes Environmental Software Products in Europe (Belgium, Netherlands).
IRM
L’Institut royal météorologique de Belgique (IRM) est le Service national de météorologie (SNM) et constitue de ce fait un centre de recherches en météorologie et climatologie. La vision de l’IRM est la fourniture d’un service public fiable réalisé par un personnel compétent et basé sur la recherche, l’innovation et la continuité. Sa mission consiste en la réalisation de services soutenus par la recherche et de longues séries homogénéisées d’observations météorologiques, climatologiques et géophysiques, en faveur de la sécurité et de l’information, des communautés socio-économique et de la recherche, et coordonnée à l’échelle nationale et internationale.
Les activités du Département R&D sont partagées entre différentes équipes traitant des sujets suivants: la recherche autour du modèle ALADIN-Belgique, la recherche dans le cadre des “Satellite Application Facility (SAF)”, la météorologie et climatologie dynamiques, ainsi que l’analyse des risques hydrologiques (précipitations extrêmes) et le développement durable (construction de longues séries temporelles).
Coordonnées
Coordinateur
Frans Van Hulle
3E nv
Verenigingsstraat 39
B-1000 Brussel
Tel: +32 (0)2 229 15 24
Fax: +32 (0)2 219 79 89
fvh@3E.be
www.3E.be
Promoteurs
Koen De Ridder
Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (Vito)
Boeretang 200
B-2400 Mol
Tel: +32 (0)14 33 68 40
Fax: +32 (0)14 32 27 95
koen.deridder@vito.be
www.vito.be
Jean-Pascal van Ypersele
Université Catholique de Louvain (UCL)
Institut d’Astronomie et de Géophysique Georges Lemaître (ASTR)
2, chemin du Cyclotron
B-1348 Louvain-la-Neuve
Tel: +32 (0)10 47 32 97
Fax: +32 (0)10 47 32 97
vanypersele@astr.ucl.ac.be
www.astr.ucl.ac.be
Christian Tricot
Institut Royal Météorologique de Belgique
3, avenue Circulaire
B-1180 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 373 05 40
Fax: +32(0)2 373 05 48
clim@oma.be
www.meteo.be
Comité d’utilisateurs
Mr. Gabriel Michaux, SPF Economie
Mr. Raoul Nihart PE
Improved prediction of wind power in Belgium : final report
Dewilde, Luc - Cabooter, Yves - Mali, Pierre-Antoine ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1868)
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Improved prediction of wind power in Belgium : summary
Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1869)
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