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Analyse prédictive et comparative de la production énergétique d'une centrale éolienne autonome en site éloigné à l'aide du logiciel d'analyse de projet en énergies renouvelables Retscreen International

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Beaudoin, Pierre (2007). Analyse prédictive et comparative de la production énergétique d'une centrale éolienne autonome en site éloigné à l'aide du logiciel d'analyse de projet en énergies renouvelables Retscreen International. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 239 p.

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Résumé

La production d'électricité aux Îles-de-Ia-Madeleine augmente à un rythme de 2%
par année selon les prévisions d'Hydro-Québec - Réseaux autonomes 1, et devrait atteindre
195 GWh par an d'ici 2011 pour répondre aux besoins de l'archipel. Les Madelinots
devront donc faire appel aux énergies renouvelables, tel l'éolien, pour répondre à
l'augmentation de la demande, mais aussi pour des raisons environnementales et
économiques liées à l'utilisation de la centrale thermique actuelle. Des études montrent que
l'archipel, situé au milieu du Golf du Saint-Laurent, est parmi les régions offrant l'un des
meilleurs potentiels éoliens au Canada 2,3.
Dans ce mémoire, le potentiel éolien sur l'archipel est analysé sur la base de données
statistiques portant sur la mesure de la vitesse du vent. Ces données proviennent de diverses
sources, Environnement Canada (EC), le ministère des Ressources naturelles (MRN) du
Québec et de stations anémométriques artisanales. Ces statistiques sont compilées sur des
périodes allant de quelques mois jusqu'à dix ans et correspondent à la moyenne horaire de
la vitesse du vent. L'énergie produite mensuellement par une centrale éolienne est estimée
en utilisant les paramètres de la distribution de fréquence de Weibull. Les paramètres de
1 Nouvelle estimation en date de mars 2005 . Cette information provient d'une rencontre avec le directeur des
opérations de la centrale thermique des Îles, le 8 mars 2005.
2 Ilinca, Adrian ; Ed McCarthy ; Jean-Louis Chaumel et Jean-Louis Retiveau. 2003 . «Wind Potential
Assessment of Quebec Province». Renewable Energy, vo\. 28, no 12 (octobre), pp. 1881-1 897.
3 McCarthy, E.; A. Ilinca; 1.-1. Chaumel et C. Dugas. 1996. «Évaluation du potentiel éolien du Québec».
Rapport technique. Rimouski : Université du Québec à Rimouski, [s. p.]
forme k et d'échelle c sont calculés à l'aide de la distribution statistique de la vitesse du
vent mesurée et enregistrée sur une base horaire. Finalement, ces paramètres sont utilisés
pour calculer l'énergie produite par une centrale éolienne d'une puissance de 35 kW
implantée sur le site d'une usine de transformation des produits de la mer située à l'Étangdu-
Nord, aux Îles-de-Ia-Madeleine.
L'objectif premier est donc de vérifier la rentabilité de toute centrale éolienne
implantée sur l'archipel, d'évaluer les conditions favorables à toute implantation, d'en
évaluer les impacts environnementaux sur un milieu fragile, à vocation touristique, et d'en
évaluer les retombées commerciales. Le second objectif est d'établir les conditions et les
paramètres pour lesquels l'évaluation de l'énergie disponible sur un site quelconque est la
plus juste possible et ce, aux moindres coûts, par l'utilisation de ratios mensuels de la
vitesse moyenne des vents combinés avec une courte période d'échantillonnage. Le dernier
objectif est d'optimiser la gestion des charges liées à l'éolienne compte tenu de la
variabilité des vents, même à faible vitesse, principalement dans un mode de production
sans stockage d'énergie.
Au chapitre premier, après un bref historique du projet et l'énoncé des objectifs, nous
présenterons les contraintes liées à l'implantation d'une centrale éolienne sur l'archipel en
commençant par un rappel sur la production d'électricité par la centrale thermique de
l'Étang-du-Nord et une description du réseau de distribution sur l'archipel. Puis nous
présenterons les contraintes techniques, financières et socio-économiques liées à
l'implantation d'une centrale éolienne en site isolé.
Au second chapitre, il sera question de l'évaluation du potentiel éolien sur le site
sélectionné chez Pêcheries Gros-Cap (PGC). Nous présenterons à cet effet les éléments
suivants:
• Les sources de données qUI proviennent d'Environnement Canada, du ministère de
Ressources naturelles du Québec et de stations de mesures anémométriques de type
artisanal.
• La direction des vents dominants sur le site de Pêcheries Gros-Cap.
• La loi de Weibull et la loi de puissance qui décrivent la distribution de fréquence des
vents à hauteur du moyeu de la turbine. Ces deux fonctions permettront le calcul de la
moyenne annuelle de la vitesse du vent sur le site.
• Une description du site d'implantation de la turbine.
• Le calcul des paramètres de formes k et d'échelle c permettant ainsi l'évaluation de
l'énergie disponible et l'estimation de la production énergétique annuelle.
Puis il sera question dans ce même chapitre de l'estimation de la production annuelle
d'électricité. Nous verrons l'historique de consommation du client et les économies
d'énergie anticipées. Nous comparerons nos résultats avec ceux obtenus à l'aide du logiciel
d'analyse de projets d'énergies renouvelables RETScreen® International. RETScreen® offre
en plus une évaluation des gaz à effets de serre (GES) évités par l'utilisation de la centrale
éolienne. Enfin, nous étudierons les impacts environnementaux conséquents à
l'implantation de la centrale éolienne chez Pêcheries Gros-Cap.
Au chapitre trois, nous présenterons la centrale éolienne installée au Gros-Cap. Il sera
question des machines asynchrones qui équipent la turbine, de leur mode de
fonctionnement et des conditions d'opération de celles-ci. Il sera aussi question de la
régulation de la tension lorsque l'on opère en mode autonome avec une génératrice
asynchrone. Enfin, au quatrième chapitre, nous présenterons les performances obtenues par
la centrale éolienne, c'est-à-dire la courbe de puissance, la production énergétique et le
rendement global de la centrale éolienne. Le chapitre cinq présente la synthèse de chacun
des chapitres.
À la lumière des observations et du rendement obtenu lors du fonctionnement de cette
centrale éolienne de 35 kW, en mode autonome et sans stockage d'énergie, nous en
concluons que pour ce type d'installation et de génératrice, cette centrale éolienne est
rapidement devenue hors de prix compte tenu de la puissance générée par celle-ci, c'est-àdire
une valeur nominale de 18 kW. Par conséquent, les charges liées sont limitées par la
puissance générée, mais aussi par l'exigence d'alimenter la génératrice en puissance
réactive puisque nous sommes hors réseau et sans stockage d'énergie. De plus, la tour en
aluminium a un effet limitatif sur la production énergétique. Quant à l'évaluation du
potentiel éolien, il s'avère que l'utilisation du logiciel d'analyse de projet RETScreen®
apporte une solution rapide, simple et complète pour tout projet d'implantation de centrale
éolienne de faible puissance. Néanmoins, la variabilité du phénomène climatique confère à
l'estimation de la production annuelle un caractère strictement indicatif.
L'archipel des Îles-de-Ia-Madeleine reste un lieu éloigné, qui peut devenir difficile
d'accès à certaines périodes de l'année, augmentant d'autant les risques liés à la réalisation
de tels projets. Les Madelinots eux-mêmes y voient peu d'intérêt puisque pour l'heure ce
projet, comme bien d'autres avant lui, a démontré qu'il n'y avait aucune rentabilité à retirer
d'une telle installation. Les efforts déployés pour rentabiliser la centrale éolienne via un
branchement au réseau local de distribution d'électricité alimenté par la centrale thermique
ont été vains et toutes les perspectives d'un développement futur de la filière éolienne aux
Îles-de-la-Madeleine sont actuellement fermées.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Ilinca, Adrian
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Chaumel, Jean Louis
Information complémentaire : Mémoire présenté à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de maîtrise en ingénierie. Publié aussi en version papier.
Mots-clés : Eolien Eolienne Centrale Autonome Production Rentabilite Evaluation Energie Disponible Optimisation Gestion Site Eloigne ÎLes-de-la-Madeleine Analyse Predictif Comparatif Logiciel Retscreen
Départements et unités départementales : Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 15 févr. 2011 16:57
Dernière modification : 15 févr. 2011 16:57
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/16

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