Modalités d`installation d`une éolienne en milieu urbain

Modalités d’installation d’une éolienne en milieu urbain
Travaux réalisés pour la Communauté d’agglomération de Grenoble Alpes
Métropole dans le cadre du projet européen WINEUR
SOMMAIRE
1. Introduction......................................................................................................................................3
2. Technologie éolienne urbaine ..........................................................................................................4
2.1 Une technologie innovante.....................................................................................................4
2.2 Un nouveau type d’éoliennes.................................................................................................4
3. Présentation du site d’implantation..................................................................................................5
3.1 Matériel de mesure installé ....................................................................................................5
3.2 Potentiel éolien du site ...........................................................................................................6
4. Choix d’une technologie adéquate...................................................................................................8
4.1 Présentation de l’éolienne Turby ...........................................................................................8
4.2 Caractéristiques techniques....................................................................................................8
5.Contraintes administratives et juridiques..........................................................................................9
5.1 Urbanisme ..............................................................................................................................9
5.2 Nuisances sonores ................................................................................................................10
6. Aspects économiques.....................................................................................................................10
7. Conclusion .....................................................................................................................................11
Modalités d’installation d’une éolienne en milieu urbain
1. Introduction
Le développement des énergies renouvelables est récemment devenu une priorité en France,
la loi de programme du 13 juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique en
témoigne. En effet, le gouvernement a annoncé que le pourcentage de production électrique issue
des énergies renouvelables (hydraulique, éolienne…) passerait de 15% à 21% de la consommation
d ‘électricité totale d’ici à 2010 afin de satisfaire les objectif fixés par la directive européenne de
2000.
En 2003, la Commission Européenne a lancé un programme dénommé Intelligent EnergyEurope visant à développer les énergies renouvelables. Parmi les nombreux projets issus de cette
initiative figure le projet WINEUR (Wind Energy Integration in the Urban Environment), dont le
coordinateur est Axenne, portant sur les modalités d’implantation d’éoliennes en milieu urbain. Un
des éléments de ce projet est la création d’un réseau de villes européennes auquel la Communauté
d’agglomération de Grenoble Alpes Métropole s’est associée.
Dans ce cadre, des études de faisabilité sont en cours afin de définir les modalités
d’implantation d’aérogénérateurs en zone urbaine tant sur le plan technique qu’administratif,
juridique et économique. L’ activité « micro-éolien » étant encore en France au stade de l’étude, la
plupart de ces modalités ne sont à ce jour pas définies clairement. L’objet de cette présentation est,
est donc également d’exposer les différentes barrières susceptibles de freiner ou d’empêcher le
développement du secteur.
Après un bref descriptif de la technologie éolienne urbaine, nous présenterons le site
potentiel d’implantation sur Grenoble. Puis, nous détaillerons les caractéristiques techniques de
l’éolienne envisagée. Ensuite, les questions administratives et juridiques seront abordées.
Finalement, nous nous intéresserons aux aspects économiques du projet WINEUR.
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2. Technologie éolienne urbaine
2.1 Une technologie innovante
L’exploitation de la ressource éolienne en milieu urbain est une idée plutôt récente. En effet,
la rugosité du milieu provoque des turbulences néfastes pour les éoliennes. Cependant de études
portant sur le comportement du vent face à des obstacles tels que des immeubles ont démontré que
celui-ci accélère lorsqu’il les contourne. L’angle d’incidence du vent sur l’éolienne peut ainsi
augmenter sa production électrique .
Vitesse du vent
2.2 Spécificités techniques
Zone de
turbulence
2.2 Un nouveau type d’éoliennes
Récemment des constructeurs européens ont développé des éoliennes d’un genre nouveau :
les éoliennes à axe vertical. Celles-ci peuvent exploiter des vents venant de toutes les directions et
sont beaucoup moins affectées par les turbulences que les éoliennes classiques à axe horizontal. De
ce fait, elles s’adaptent parfaitement à l’environnement urbain. De petite taille, elle développe de
petites puissances et peuvent facilement s’intégrer dans le paysage urbain.
Type Savonnius
Type Darrieus
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3. Présentation du site d’implantation
Les différentes réunions entre la Métro et Axenne ont permis de retenir un site potentiel pour
l’implantation d’une éolienne urbaine. Il s’agit du toit du bâtiment situé à l’adresse suivante :
45, rue Anatole France
38 000 Grenoble
Cet immeuble, situé dans la cité Mistral, est géré par l’office HLM ACTIS.
3.1 Matériel de mesure installé
Depuis le mois d’octobre 2005, un certain nombre d’appareils de mesures de la ressource
éolienne ont été installés sur le site de Grenoble parmi lesquels se trouvent :
•
•
•
Un anémomètre NRG 40
Une girouette NRG 200 P
Un acquisiteur NRG 9200
Les procédures de mesures du vent sont les mêmes que celles utilisées pour le secteur du
grand éolien. L’anémomètre mesure la vitesse du vent, tandis que la girouette mesure sa direction.
L’acquisiteur permet de recueillir les données mesurées et de les stocker dans des puces bénéficiant
de cent jours d’autonomie. Ces données seront ensuite traitées par un ingénieur spécialisé afin de
dégager le potentiel éolien du site. Cette installation de mesure doit être inspectée à intervalles
réguliers afin d’en assurer le bon fonctionnement, des opérations de maintenance telles que le
remplacement des puces sont à prévoir.
Le potentiel éolien mesuré sera ensuite comparé et recoupé avec les données concernant la
région fournies par les services de Météo France sur une période allant jusqu’à dix ans. Ces
informations nous permettront d’identifier le type d’aérogénérateur adéquat pour le site.
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3.2 Potentiel éolien du site
Une étude du gisement éolien sur le site de la Cité Mistral a été réalisée. Toutes ces mesures et
analyses ont été rapprochées des données de vent fournies par Météo France pour la ville de
Grenoble, telles que reprises ci-dessous :
Site potentiel
d’implantation
La campagne de mesure s’est déroulée sur une période de cinq mois.
Pour cette période étudiée les résultats suivants ont été obtenus:
Période de mesure
Vitesse disponible
Pertinence de direction
Vitesse moyenne de vent
% temporel sur vitesse > 5m/s
Moyenne de la déviation
15 Octobre 2005 – 15 février 2006
68%
52%
2.36
15.50%
0.82
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vitesse (m/s)
Anémo 1
14
12
10
8
6
4
2
0
sena1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
chrono
Girouette
400
direcrion (°)
300
200
sena4
100
0
-100
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
chrono
Les données sur ce site nous indique que le gisement éolien est relativement
faible. Cette ressource a été analysée à partir d’une approche empirique, car il n’existe
pas à ce jour, de modèles standards permettant d’identifier avec certitude les gisements
éoliens en ville.
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4. Choix d’une technologie adéquate
4.1 Présentation de l’éolienne Turby
Turby est une éolienne à axe vertical de
petite taille étudiée pour être installée sur les toits
des bâtiments et peut être utilisée en milieu
urbain. La Turby est petite, transparente, attractive
et fonctionne sans bruits ni vibrations, ce qui
facilite son installation.
Turby n’exige quasiment aucune maintenance
d’après le constructeur et peut être érigée à l’aide
d’une tour de pliage disponible chez le
distributeur « Eneco energie », sans l’utilisation
d’une grue.
4.2 Caractéristiques techniques
PUISSANCE
Unités
Puissance nominale
2.5 kW
Vitesse de vent nominale
14 m/s
Vitesse de vent minimum
4
m/s
Vitesse de vent maximum
55 m/s
DIMENSIONS
Rotor
Poids
90 kg
Diamètre
2
m
Hauteur
3
m
Surface balayée
6
m²
Mât
Poids
230 kg
Hauteur
5
m
INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES
Vitesse de rotation maximum
400 tr/mn
Système de freinage
électrique
Nombre de pales
3
Matériau des pales
composite epoxy-carbone
Tension de sortie
230 V
Réseau
monophasé
Température minimum
-20 °C
Température maximum
40 °C
Niveau sonore à une distance de 20 m et un vent de 10
45 dB
m/s
Durée de vie
20 ans
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L'éolienne démarre-t-elle seule?
Non
L’éolienne Turby en est à la dernière phase de son développement sachant que les
premières turbines ont été érigées en 2003. Les caractéristiques suivantes peuvent donc faire l’objet
de modifications.
Courbe de puissance
Puissance (kW)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
Vitesse du vent (m/s)
5.Contraintes administratives et juridiques
5.1 Urbanisme
5.1.1 Plan local d’urbanisme
Dans le code de l’urbanisme, les dispositions prises concernant le Plan Local d’Urbanisme
(PLU) laisse la liberté de choix aux communes quant à l’implantation d’éoliennes. Ainsi, sauf
interdiction explicite, tout projet d’aérogénérateur est susceptible d’être autorisé. Dans le cas
contraire, une révision du PLU est envisageable. En effet, les éoliennes non destinées à une
autoconsommation constituent des équipements publics d’intérêt général et bénéficient du recours à
la révision simplifiée limitée aux seuls remaniements relatifs au projet éolien.
5.1.2
Permis de construire
L’implantation d’une éolienne de moins de douze mètres ne nécessite pas de permis de
construire, mais une déclaration de travaux est préconisée. Il apparaît cependant un frein
réglementaire non éclairci :
La réglementation prévoit ainsi en matière d’implantations d’éoliennes la nécessité d’un permis de
construire pour tout ouvrage supérieur à 12 mètres de hauteur. Cette hauteur est définie comme
celle du mât et de la nacelle de l'ouvrage, à l'exclusion de l'encombrement des pales. Cette
définition, clairement dédiée aux grandes éoliennes, implique une question importante pour
l’activité de petit éolien en milieu urbain. En effet il n’est pas précisé dans les différents textes
légaux si la hauteur du bâtiment, sur lequel peut être implanté l’éolienne, doit être prise en compte.
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5.1.3
Aspects complémentaires
Une puissance installée inférieure à 2.5MW ne nécessite pas d’étude d’impact ni d’enquête
publique. Une notice d’impact est cependant nécessaire. D’autre part, l’exploitant est responsable
financièrement du démantèlement de l’installation ainsi que de la remise en état du site. Lorsque
l’énergie produite par une installation est destinée à une autoconsommation, l’autorité compétente
quant au permis de construire (ou la déclaration de travaux) est le Maire. Si la production est
destinée à être raccordée au réseau en vue de sa vente, il faut s’adresser au Préfet.
5.2 Nuisances sonores
Les nuisances sonores sont strictement réglementées en milieu urbain. Plusieurs textes de
loi, dont le décret no 95-408 du 18 avril 1995 relatif à la lutte contre les bruits de voisinage,
régissent ce domaine. Ce décret stipule que les nuisances sonores se caractérisent par la notion
d’émergence.
« L'émergence est définie par la différence entre le niveau de bruit ambiant, comportant le
bruit particulier en cause, et celui du bruit résiduel constitué par l'ensemble des bruits habituels,
extérieurs et intérieurs, dans un lieu donné, correspondant à l'occupation normale des locaux et au
fonctionnement normal des équipements. »
Période diurne (7 heures à 22 heures) : l’émergence autorisée est de 5 dB(A)
Période nocturne (22 heures à 7 heures) : l’émergence autorisée est de 3 dB(A)
Il est finalement important de noter que les éoliennes à axe vertical sont quasi-silencieuses et
qu’elles satisfont par conséquent toutes les normes en matière de nuisances sonores en milieu
urbain.
6. Aspects économiques
La rentabilité d’une installation éolienne se calcule en comparant le coût de revient du kWh
produit au tarif de rachat proposé par l’EDF. Le coût de revient d’une éolienne dépend
principalement du coût global d’investissement mais également du temps équivalent de
fonctionnement à pleine puissance (TEFPP).
Le coût global d’investissement intègre :
• Les études et le dimensionnement de l’installation
• L’obtention des autorisations éventuelles ( permis de construire, raccordement au réseau
électrique…)
• L’achat du générateur et de son mât
• L’achat des équipements électriques annexes
• La mise en place et la mise en service de l’ensemble du système
Actuellement, le coût de revient d’une installation éolienne urbaine est en moyenne le
double du prix de rachat de l’électricité produite fixé à 10.4c€ h.t/ kWh. En fonction des études de
vent réalisées nous avons retenu un temps de fonctionnement de 1 200 heures .
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TEFPP éolienne
Coût de revient du kWh
Prix de rachat de l’électricité
Coût d’investissement de l’éolienne
Coût d’investissement
d’équilibre au prix de rachat
Coût d’investissement (k€/kW)
Subvention à l’investissement
nécessaire à l’équilibre financier
Les premières estimations financières font apparaître les éléments suivants :
Coût total d’investissement
Coût de maintenance
Tarif de rachat de l’électricité produite
Revenus de la production électrique ( en moyenne)
Durée du projet
Subvention à l’investissement nécessaire à l’équilibre
financier
18 000€
200 € / an
10.4 c€ / kWh
557 € / an
20 ans
10 865€
Les subventions nécessaires pour la viabilité d’une telle installation, dans les conditions de rachat
actuelles, s’élèvent donc à 60% du coût d’investissement pour atteindre un temps de retour sur
investissement de l’ordre de 20 ans ( période correspondant à la durée de vie de l’éolienne Turby).
Un tel projet nécessite donc une recherche de financement complémentaire . Une réflexion sur un
tarif de rachat spécifique à l’éolien urbain doit également être menée.
7. Conclusion
Les éoliennes urbaines, spécialement celles à axe vertical, constituent une nouvelle
technologie en plein essor. Nos voisins européens ont déjà pris des dispositions pour en faire une
véritable option en matière d’énergie renouvelable. Le projet WINEUR étudie de prés les modalités
d’intégration de ces générateurs d’un type nouveau en milieu urbain. A ce jour, des incertitudes
réglementaires et économiques freinent le développement de ce secteur. La création d’un réseau de
villes pilotes accueillant des études de faisabilité et prêtes à s’impliquer concrètement dans
l’utilisation de cette nouvelle technologie « Energies Renouvelables », peut donc permettre de
promouvoir cette nouvelle forme d’énergie, et à terme de participer à la création d’un nouveau
marché de production décentralisée d’électricité.
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