Impact du Changement Climatique sur l`énergie éolienne: Cas du

SIFEE,14eme colloque international en Évaluation Environnementale
du 26 au 29 mai 2009
Niamey, Niger
Impact du Changement Climatique
sur l’énergie éolienne:
Cas du Niger
Présentation:
Adji ISSA
Msc Génie Sanitaire et Environnement,
Maître es physique à option ER
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Introduction
Def de l’EE et situation du vent au Niger
Les changements climatiques à l’échelle
régionale
Principe de fonctionnement des éoliennes
Les impacts du changement climatique
Avantages et inconvénients des éoliennes
Adaptabilités
Études de cas
Conclusions
Introduction
Les changements climatiques sont bien qu’une tendance au
réchauffement. Une augmentation des températures mènera
à de nombreux changements météorologiques sur les plans,
par exemple de la configuration des vents, de la quantité et
du type de précipitation ainsi que de la fréquence de
phénomènes météorologiques que l’on pourrait s’attendre à
voir frapper une région particulière.
Un tel changement climatique pourrait avoir des
conséquences imprévisibles et d’une portée considérable sur
la consommation d’énergie, le plan environnemental, social
et économique.
Introduction
On estime que chaque année, le vent distribue entre 2.5
et 5.10(15) kWh; une énergie très importante mais
difficilement récupérable. C’est ce potentiel énorme que
représente l’énergie éolienne qui a poussé les hommes
à trouver un moyen toujours plus perfectionné pour sa
transformation en énergie mécanique ou électrique.
L’EE qui a pour source la différence de pression entre
deux zones peut-il connaître des modifications?
Le Niger, Pays désertique par excellence, couvrant une
superficie de 1 267 000 km2, peut-il échapper à ce
phénomène mondial ?
Définition de l’EE et Situation du
vent au Niger
L’énergie éolienne est l’énergie cinétique présente dans la
nature. La quantité produite dépend principalement de la
vitesse du vent, mais elle est aussi légèrement affectée par
la densité de l’air.
Les éoliennes convertissent l’énergie cinétique du vent en
des formes d’énergie plus utiles, notamment l’énergie
électrique ou mécanique. L‘énergie éolienne ne produit pas
de pollution et constitue une forme d’énergie inde finement
durable. Elle n’utilise pas de carburant, ne produit pas de gaz
à effet de serre, ni de déchets toxiques ou radioactifs.
L’énergie peut être stocké sous forme mécanique, pompage
d’eau, par compression de l’air, dans les
batteries conventionnelles en plomb ou en gaz métal ou
métaux alcalins.
Nous avons distingué quelques grands types de besoins :
- hydraulique villageoise collective
- hydraulique pastorale
- irrigation
- les besoins familiaux individuels
- assainissement ou relevage.
Au Sahel, les vents correspondent à la prolongation des
vents du Sahara et il est possible de distinguer les alizés
(maritimes) qui suivent le littoral atlantique et soufflent
pratiquement toute l’année:
la situation du vent au Niger est caractérisée par:
l’ harmattan; vent chaud et sec venant du Sahara et
desséchant tout sur son passage. ces vents sont peu
turbulents et réguliers, soufflent d’Est en Ouest,
La Mousson; ces vents peuvent devenir violents en apportant
la pluie, elle est chargée d’humidité et venant de l’océan.
Ces vents seront beaucoup violents en cas d’une
augmentation de température et pourraient avoir des
répercutions.
La carte météorologique du vent au Niger est établie pour
des trafics aériens et non pour l’exploitation de EE. Les
données sur la vitesse du vent au Niger viennent de deux
sources:la DMN et le projet PEEN/INRAN. Les informations
disponibles donnent plus de crédit aux données du
PEEN/INRAN, car elles ont été mesurées de façon continue
alors que les données de la DMN sont souvent mesurées
toutes les trois heures
Nom de station
Code
Longitude
Latitude
Agadez
320048
07°59’
16°58’
Bilma
320075
12°55’
18°41’
Birni N’Konni
320025
05°17’
13°48’
Chikal
320003
03°26’
14°25’
Diffa
320074
12°47’
13°25’
Dosso
320017
03°11’
13°01’
Gaya
320018
03°27
11°53’
Gouré
320070
10°18’
13°59’
Keita
320032
05°46’
14°46’
Magaria
320064
08°56’
12°59’
Mainé Soroa
320072
11°59’
13°14’
Maradi Aéroport
320047
07°05’
13°28’
N’guigmi
320077
13°07
14°15’
Niamey Aéroport
320009
02°10’
13°29’
Sadoré
Tableau1:Liste des
stations
météorologiques
au Niger
13°15’
Tahoua
320023
05°15
14°54’
Tillabéry
320004
01°27’
14°12’
Zinder
320062
08°59’
13°47’
Station
Vitesse du vent à 10m
Agadez
Bonkoukou
Chikal
Kollo
Abala (Kourfa)
N’guigmi
Tahoua
4.5
1.44
2.8
2.69
3.36
2.63
3.69
Vitesse du vent à
50m
5.66
1.81
3.53
3.39
4.22
3.3
4.64
Tableau 2:Liste des stations
instrumentées par le projet
PEEN/INRAN avec les vitesses
du vent à 10m
Faible exploitation de l’EE au Niger, du au manque des
moyens ou de sa très faible vulgarisation.
Selon l’inventaire établi par le Projet EE au Niger
(PEEN/INRAN), en 1991, le nombre d’éoliennes en
fonctionnement est de 37.
Le SIM (Soudan Interior Mission), organisme messianique
protestant, a été, au début des années 50, le premier
organisme à réaliser des installations éoliennes au Niger,
pour pompage d’eau à usage domestique et pour l’irrigation.
La majorité de ses installations se situe à Maradi.
Le PEEN/INRAN a installé quelque 7 unités d’éoliennes dans
la région de Tillabery. Ces installations concernent les
villages de bonkoukou, Toukounous, Abala, Kourfa et Chikal.
Elles servent toutes à l’irrigation des cultures de contresaison exceptées celles de Toukounous qui sert à
l’abreuvage des animaux du ranch de Toukounous et celle
de N’Dounga qui est destinée à la production piscicole par la
coopérative du village.
Les changements climatiques à l’échelle régionale
Le climat qui décrit par exemple les régimes de temps,
de précipitation, d’ensoleillement et de vent observés
dans une telle région varie où à un tel endroit, varie
habituellement autour de valeurs moyennes, d’une
année, d’une décennie à l’autre. En effet, les émissions
du gaz carbonique et autres gaz à effet de serre dans
l’atmosphère ont cette capacité de réduire la
concentration de l’ozone stratosphérique et de modifier
l’équilibre radiatif global et particulièrement l’énergie
totale de l’atmosphère entraînant conséquemment une
variabilité forcée sur le temps et sur le climat autres que
les classiques variabilités naturelles bien connues. Sur
une plus longue échelle de temps, des décennies aux
siècles, le climat peut changer radicalement.
Ces modifications atmosphériques
s’accompagnent au niveau de la surface de la
terre par la dégradation de l’environnement
associée à un réchauffement et une diminution
de l’humidité dans la couche limite et au niveau
de la surface des océans par des anomalies qui
auront en retour des conséquences néfaste
sur les interactions terre /atmosphère /océan. Il
s’agit d’un changement climatique, qui peut se
produire de façon brutale ou plus
progressivement.
Principe de fonctionnement des éoliennes
L’éolienne rapide ou aérogénérateur est, en général utilisée
pour la production d’électricité. La pièce majeure de
l’aérogénérateur est le rotor comparable à une hélice qui a
deux à trois pales. Les pâles ont un profil aérodynamique,
elles sont réalisées en bois stratifié ou, de plus en plus, en
matériaux composites. Le profil est constant sur toute la
longueur et la largeur de la pale est de l’ordre du dixième de
sa longueur. Les trois pales sont fixées sur un moyeu, monté
sur des roulements, lui même fixé au sommet d’un pylône
sur un bâti (la nacelle) qui doit s’orienter au vent.
Qd aux éoliennes lentes ou multi pales c’est le plus connu
des éoliennes. Le rotor comporte 6 à 24 pales légèrement
cambrées, réalisées en tôle. Chaque pale est fixée sur un
tube soudé sur le moyeu.
Pale
Moyeu et
commande du
rotor
Multiplicateur
Frein
Système de
régulation
électrique
Générateur
Système
d’orientation
Nacelle
Mat
Armoire de couplage au
réseau électrique
La surface balayée : beaucoup de gens s'imaginent que plus il y a de pales,
plus l'éolienne « récolte » du vent. Mais ce n’est pas le cas. C'est la
surface balayée par l'hélice qui compte et qui donnera en première
approche la meilleure évaluation de l’éolienne.
• Vent de démarrage
L’éolienne commence à tourner quand le couple moteur produit par le vent sur
les pales de la roue, ou de l’hélice dépasse le couple résistant du aux
frottements au repos, d’ou la notion du vent de démarrage qui correspond
à la vitesse du vent la plus faible à partir de laquelle l’éolienne commence
à tourner.
• Vitesse spécifique
Rapport entre la vitesse circonférentielle au bout de pale et la vitesse du vent.
• Vent utile
Compte tenu de ce qui précède on peut repartir les vitesses du vent en trois
groupes :
-les vitesses inférieures au vent de démarrage
-les vitesses comprises entre le vent de démarrage et le vent nominal,
-les vitesses supérieures au vent nominal.
Un exemple d’image de ce
que peut être une courbe de
puissance en fonction de la
vitesse du vent
Facteur de charge = E/ Pnxt
Les meilleurs facteurs de charge se situent actuellement entre 30 et40 %.
Comment installer une éolienne
Vitesse et direction du vent
La vitesse du vent
La densité de puissance éolienne intégrant la densité de l’air
Les variations temporelles qui doivent suivre d’assez près la
consommation électrique
La distribution des origines des vents
La variation en fonction de la hauteur, une loi empirique
permettant d’en connaître l’augmentation V/V0= (H/H0)n, où
l’indice n de rugosité varie de 0,1 à 0,4
Choisir un meilleur site
S’éloigner des obstacles
Modélisation d’une éolienne
Une éolienne se modélise principalement à partir de ses
caractéristiques aérodynamique, mécanique et
électrotechnique. En pratique, on distingue aussi le « grand
éolien », qui concerne les machines de plus de 250 kW, de
l'éolien de moyenne puissance (entre 36 kW et 250 kW) et du
petit éolien (inférieur à 36 kW).
La puissance du vent contenue dans un cylindre de section
est : Pcinétiq =(1/2)ρSV3 Cette puissance est une
puissance théorique,
Avec :
ρ masse volumique de l‘air (air atmosphérique sec, environ :
1,23 kg/m3 à 15 °C et à pression atmosphérique 1,0132 bar),
V vitesse du vent
Puissance récupérable
La puissance récupérable est inférieure, puisque l'air doit conserver
une énergie cinétique résiduelle pour qu'il subsiste un écoulement.
Albert Betz a démontré que la puissance maximale récupérable
est : Pmax=(16/27)xPcinétiq=(8/27) ρSV3
Le rendement théorique est ainsi fixé à 16/27, et ceci ne
prend pas en compte les pertes d'énergie
occasionnées lors de la conversion de l'énergie
mécanique du vent en énergie électrique
Fiabilité
Toutes les panes sont généralement:partie
détachée, foudre, tempête, défaillance d’un
composant, réseau, système de control et
autre cause
Les impacts du changement
climatique
Hausse de la température modification de la vitesse de vent
„ L’évolution de la demande en énergie entraînera une demande en
énergie éolienne.
Les éoliennes sont aussi exposées, à des risques de dommages qui
pourraient augmenter en intensité et en fréquence en cas de changements
climatiques.
L’ampleur des impacts ne soit pas facile à prévoir étant donné les effets
contradictoires et l’incertitude qui entourent aussi bien l’évolution des
climats que la production de base de la consommation d’énergie éolienne.
„ Disparition de la faune et flore, conditions climatiques plus chaudes et
ventées pourraient poser des risques sur la santé; Ces phénomènes
comportent de nombreux risques potentiels pour la santé, y compris
des risques de blessures physiques directes, de mort et de détresse
psychologique en raison de la perte d’être chers ou de traumatismes
subis par ceux-ci, de dommage à la propriété et de l’évacuation des
foules vers les abris.
„
Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer à première vue, les
contraintes les plus destructives pour les aérogénérateurs ne sont
pas celles qui sont dues aux vitesses de vent maximal.
Pour peu que le fonctionnement de la régulation de vitesse de
l’hélice soit bien conçu. Les conditions de calcul d’une hélice
d’aérogénérateur et de tous les autres éléments de la machine
sous les contraintes d’un vent supposé perpendiculaire au plan de
rotation de l’hélice sont faciles à maîtriser. Les choses sont
beaucoup moins simples quand au effets du changements d’
orientation du vent et quant à la possibilité pour les
aérogénérateurs de suivre les changements sans que se
développent des contraintes aérodynamiques, dissymétriques et
gyroscopiques importantes.
Les choses sont moins simples parce que tout d’ abord il n’existe
pas de données précises sur ce que nous appelons la turbulence
du vent au sens de la construction des aérogénérateurs : c’est à
dire les variations de direction et de la vitesse du vent auxquelles
sont sensibles les aérogénérateurs.
Avantages et inconvénients des
éoliennes
Selon Hubert Reeves, « chaque éolienne est garante d'un peu moins de
gaz carbonique dans l'atmosphère ou d'un peu moins de déchets
nucléaires à gérer par les générations à venir ».
L’énergie éolienne est modulable et peut être parfaitement adaptée au
capital disponible ainsi qu’aux besoins en énergie .Il n’y a donc pas
d’investissements superflus. Cette modularité permet aussi de maintenir en
fonctionnement la plus grande partie de l’installation lorsqu ‘une pièce est
défectueuse.
Les frais de fonctionnement sont assez limités étant donné le haut niveau
de fiabilité et la relative simplicité des technologies mises en œuvre.
Le prix de revient d’une éolienne va probablement diminuer dans les
années à venir suite aux économies d’échelle qui pourront être réalisées
sur leur fabrication.
Techniquement au point, les éoliennes sont rentables dans les régions
bien ventées.
En fait ce n’est pas seulement le risque d’épuisement des
combustibles fossiles, ni le souci de la sécurité
d’approvisionnement, mais d’autres raisons plus
environnementales qui expliquent l’essor de l’éolien :
La lutte accrue contre la pollution atmosphérique, le fait que les
combustibles fossiles contribuent massivement au
réchauffement progressif de la terre, et que polluants émis dans
l’atmosphère peut ensuite engendrer des effets négatifs sur les
écosystèmes, sur l’homme et sur le patrimoine, tous ces
éléments favorisent le développement de l’éolien.
Toutefois il ne faut pas non plus négliger les différents impacts
négatifs que peuvent avoir les installations éoliennes sur
l’environnement notamment le bruit, elle ne suffit pas à elle
seule
Réchauffement global, pluies acides, pollutions atmosphériques… Autant de
problèmes écologiques qui inquiètent nos contemporains. L’énergie éolienne,
sans prétendre y répondre complètement, peut cependant améliorer la qualité
de l’air que nous respirons et empêcher la fatale augmentation de l’effet de
serre.
Les bénéfices au niveau global sont évident et peuvent se résumer ainsi :
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„
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Émission de gaz à effet de serre ;
Émission de poussières, de fumées et d’odeurs ;
Production de suies et de cendres ;
Nuisances (accident, pollutions) de trafic, liées à l’approvisionnement des
combustibles ;
Rejets dans le milieu aquatique, notamment des métaux lourds ;
Dégâts des pluies acides sur la faune et la flore le patrimoine, l’homme ;
Stockage des déchets ;
La température de notre planète résulte de l’équilibre entre le flux de
rayonnement lui parvenant du soleil et le flux de rayonnement infrarouge
renvoyé vers l’espace. La vapeur d’eau, le gaz carbonique, et d’autre gaz de
l’atmosphère vont absorber ce rayonnement infrarouge, entraînant le
réchauffement de la planète.
Adaptabilités
Ceci correspond aux efforts à mettre en œuvre afin de faire
face aux dommages que peut causer une augmentation de la
vitesse du vent :
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„
Dans le domaine de l’habitat il est important de mettre sur pied
des matériaux de construction pouvant empêcher la rentrée
des poussières et même pouvant faire face à la violence du
vent.
Dans le domaine de l’ensablement , il suffit de mettre en œuvre
de mécanisme de lutte contre la désertification en fixant les
dunes, pour protéger non seulement la flore mais aussi la
population , les terres cultivables, les cours d’eau et les cuvettes
qui aujourd’hui menacées par l’ensablement .
A ce qui concerne la production d’énergie éolienne, il est
important de mettre en œuvre un certain nombre de techniques
dans la fabrication faisant face aux modifications de la vitesse
du vent.
Études de cas
Bilma
N’Guiguimi,
Maradi et
Gaya
Études de cas
„
Mesure à 10 m des données éoliennes
de quelques localités
(source DMN)
„
Vitesse de vent moyenne à Bilma
Année
95
96
97
98
99
00
01
02
03
04
V
2.9
2.8
3.2
2.6
2.7
2.5
2.1
2.4
2.5
1.6
m/s
Vitesse de vent moyenne à Gaya
Année
1995
1996
1997
1998
V(m/s
1.6
2.1
1.9
1.5
Vitesse de vent moyenne à Maradi
Année 95
96
97
98
99
00
01
02
03
04
V
1.5
1.6
1.7
1.4
1.5
1.7
2.2
1.9
2.1
m/s
1.7
Vitesse de vent moyenne à N’guigmi
Année
2001
2002
2003
2004
V m/s
1.4
1.6
1.6
1.5
Selon l’observation, ces courbes connaissent une augmentation et une
décroissance de la vitesse moyenne.
Cela est du à peut être aux modifications de température que connaît le
monde entier ces dernières décennies. Le centre n’a pas des données
sur la température de 1993 à nos jours
Conclusion
Nous avons dit plus haut que le changement climatique va augmenter ou
diminuer la disponibilité du vent comme source d’énergie. Dans toutes
les courbes faites de manière générale nous constatons une légère
augmentation de la vitesse moyenne du vent.
„
„
ces résultats montrent clairement les effets
sur la vitesse de vent. Ils se traduisent par
une augmentation de la vitesse pour les
deux localités et une légère diminution pour
les deux autres.
Cette étude pourrait être poursuivie et
prendre les différentes période des
différents modèles pour faire sortir un
résultat clair.
Conclusion
Les problèmes de l’énergie et de l’adaptabilité des
pays grâce à des progrès techniques doivent être un
sujet d’actualité pour les pays en voie de
développement comme le Niger,
Perspectives d’une possible utilisation de l’énergie
éolienne.
Faibles impacts du cc sur les EE
Je vous remercie