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Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

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

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 de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

La production d'électricité aux îles-de-la-Madeleine augmente à un rythme de 2 % par année selon les prévisions d'Hydro-Québec - Réseaux autonomes1, 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.

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 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 eolienne 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-la-Madeleine.

L'objectif premier est donc de vérifier la rentabilité de toute centrale eolienne 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 eolienne 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 eolienne 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-la-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 de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:2007
Lieu de publication:Chicoutimi, Québec
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:213
ISBN:9781412314411
Identifiant unique:10.1522/030008179
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie électrique et génie électronique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Ilinca, Adrian
Chaumel, Jean Louis
Mots-clés:Centrales éoliennes--Québec (Province)--Îles-de-la-Madeleine (Québec), Éoliennes--Québec (Province)--Îles-de-la-Madeleine (Québec), Wind power plants--Québec (Province)--Magdalen Islands (Québec), Windmills--Québec (Province)--Magdalen Islands (Québec), THESE, PRODUCTION, AUTONOME, ENERGIE, ELECTRICITE, EOLIEN, EOLIENNE, FAISABILITE, RENTABILITÉ, ÉVALUATION, CENTRALE, DISPONIBLE, OPTIMISATION, GESTION, SITE, ÉLOIGNÉ, ÎLES-DE-LA-MADELEINE, ANALYSE, PRÉDICTIF, COMPARATIF, LOGICIEL, RETSCREEN
Déposé le:01 janv. 2007 12:34
Dernière modification:17 déc. 2012 21:00
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