Estimation du potentiel énergétique éolien utilisable Application au pompage dans les Hauts Plateaux

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1 Reve des Eerges Reovelables ol. 9 N (006) 55 6 Estmato d otetel éergétqe éole tlsable Alcato a omage das les Hats lateax N. Kasbadj Merzo * et M. Merzo Dvso Eerge Eolee, Cetre de Déveloemet des Eerges Reovelables, B.. 6, Rote de l Observatore, Bozaréah, Alger, Algére Faclté des Sceces, Uversté Saad Dahleb, Rote de Somaa, Blda, Algére (reç le 0 J acceté le 0 Setembre 006) Résmé - Le otetel éergétqe éole tlsable de la arte oest des Hats lateax algéres est estmé e cosdérat dex stes rerésetats, à savor: Taret et El Bayadh. Les dstrbtos statstqes sot étables or tos les mos e tratat les doées de dx aées coséctves. Les ssaces tles et tlsables ot été estmées mesellemet e cosdérat les lmtes de éolees d commerce de 00 W, 600 W et 850 W de ssace omale resectve. Les qattés d ea qe l o et omer qotdeemet ot été estmées or les mos extrêmes (javer et jllet). Les résltats motret qe les erormaces de la mache déedet d ste et de la érode et qe mltler la ssace omale d e éolee et s avérer sas coséqece sr la ssace tlsable et doc le débt d ea omée. Abstract - The sable wd eergy otetal o Algera hgh las west art has bee estmated cosderg two reresetatve stes, amely Taret ad El Bayadh. Mothly statstcal dstrbtos have bee establshed or both regos sg 0 years o cotos wd data.. A mothly sel ad sable wd owers have bee estmated regardg to a lmts o commercalzed wd maches wth 00 W, 600 W et 850 W o omal ower, resectvely. A daly water qattes wtch ca be med have bee calclated or extreme moths Jaary ad Jly. A reslts show that a wd mache erormace s related to a ste ad a erod. Same reslts show that mltlyg a wd mache omal ower ca be wthot coseqece o sable ower ad a water low rate. Mots clés: aramètres de Webll - otetel éergétqe éole - Lmtes maches - otetel tlsable.. INTRODUCTION A l here où o arle d écoome et de maîtrse de l éerge, l est ajord h mérat de déveloer de ovelles sorces d éerges or aller a déct éergétqe rév vers l a 00 et q coïcdera, vrasemblablemet, avec l ésemet des sorces d éerges classqes []. L e des réoccatos actelles e Algére est la revalorsato des terres agrcoles das les zoes ardes et sem-ardes a de arver à e atossace almetare et de reer l exode rral vers le ord. Les Hats lateax algéres dsoset de otetels solare et éole o églgeables et sot doc tos dqés or accellr des systèmes éergétqes tlsat les éerges reovelables [, ]. C est das cette otqe, qe la résete étde a été étable [4-6]. Ue étde statstqe des doées vet a été tlsée or le calcl d otetel éergétqe éole dsoble sr ste doé ermettat le chox des stes vetés sscetbles de recevor des systèmes de omage. ar allers et comte te des écesstés de coverso d movemet de l ar (vtesse d vet) e movemet de rotato de l éolee, l y a écessaremet e ste de ertes d éerge, e cascade, avat d arrver à l tlsato (géératrce, ome,.). E eet e trodsat les * merzo@cder.dz 55

2 56 N. Kasbadj Merzo et al. lmtes des maches, o calcle le otetel tle réellemet tlsable. Ce derer est tlsé or détermer les débts joralers omés or e hater maométrqe doée. Tros aérogéératers d commerce, de ssace omale resectvemet égale à 00 W, 600 W et 850 W ot été testés sr dex stes stés sr les Hats lateax algéres, à savor: Taret et El Bayadh. Les débts moyes joralers ot été détermés e octo de la hater maométrqe totale de omage.. MODELISATION Comte te des écesstés de coverso de l éerge cétqe de a vet e éerge mécaqe (movemet de rotato de l éolee) l éerge dsoble (otetel) sbt e ste de ertes e cascades, jsq à la sorte mache, (lmte de Betz, sels mache et ertes de coverso). Cette dégradato de l éerge est rerésetée schématqemet e gre. E eet, sele e arte de la ssace éolee dsoble sr ste doé, aelée ssace tlsable est réellemet obtee e de rocesss, sot à la sorte de l éolee. Fg. : Rerésetato schématqe des dégradatos sccessves de l éerge éolee avat tlsato. ssace éergétqe éolee dsoble L éerge éolee moyee dsoble sr ste doé ar té de tems et ar té de srace de la roe d e éolee s écrt: = ρ () où ρ est la masse volmqe de l ar égale e moyee à.5 g/m et la vtesse cbqe moyee d vet. La détermato de la vtesse cbqe moyee se at à artr de l étde statstqe e tlsat la dstrbto de Webll, dot la desté de robablté est doée ar: ( ) = ex () c c c où ( ) rerésete la dstrbto des réqeces des vtesses moyees tr horares or e classe doée, et c des acters aelés commémet les aramètres de Webll. La vtesse cbqe moyee est détermée ar tégrato d momet d ordre, sot:

3 = Il s e st qe: 0 Estmato d otetel éergétqe éole tlsable 57 () d = c Γ + () où Γ rerésete la octo gamma.. ssace éolee récérable L éerge cétqe dsoble est coverte e éerge mécaqe e tlsat e roe à abes (où âles) aelée commémet éolee. La vtesse d vet e aval de la roe, état jamas lle, cec mlqe qe la ssace éolee dsoble est as etèremet récérée a vea de l hélce. O motre qe le otetel éergétqe récérable a vea de l hélce est doé ar [7]: 6 rec = (4) 7 Cette lmte (evro 0.59) est aelée lmte de Betz. E reat e cosdérato cette lmte et e remlaçat la desté de l ar ar sa valer moyee, la moyee maxmale récérable, ar té de srace, est doée ar: r = 0.7 (5). ssace éolee moyee tle Ue éolee est caractérsée ar e vtesse de démarrage, e vtesse omale et e vtesse d arrêt s sécqes, doées ar le costrcter. Atted qe seles les vtesses de vet comrses etre et s cotrbet à la coverso de l éerge cétqe e éerge mécaqe, la ssace récérée à l axe (ssace tle) est égale à: = ρ A (6) La vtesse est dédte de la corbe rerésetatve de la dstrbto de Webll etre les lmtes de la mache (Fg. ) et e teat comte d at qe lorsqe la vtesse omale est attete, l agmetato de la vtesse de vet a ac eet sr le régme de la roe. As, la desté de ssace tle est doc égale à: = 0 ρ ρ 0 or " " " s s La vtesse cbqe tle moyee est doée ar tégrato de la vtesse cbqe odérée ar la octo de robablté e cosdérat comme bores d tégrato les lmtes mosées ar la mache, sot: (7)

4 N. Kasbadj Merzo et al. 58 ( ) ( ) d d o + = (8) Arès tégrato et tlsat la octo gamma ormalsée, o obtet: + + Γ + Γ = s C ex C ex, C, C (9) avec: ( ) ( ) ( ) x x,a x,a Γ = Γ Γ (0) Fg. : Dstrbtos de vtesses de vet et lmtes des vtesses caractérstqes d e mache qelcoqe (démarrage, omale et arrêt).4 ssace éolee moyee tlsable E cosdérat le redemet η de la mache, la ssace éolee moyee réellemet tlsable s écrt: e η = () Qatté rerésetat le raort etre la ssace omale doée ar le costrcter et la ssace théorqe calclée or e vtesse d vet costate et égale à la vtesse omale. Sot : Théorqe = η () avec: Théorqe A ρ = () Les systèmes de coverso de l éerge éolee sot doc tlsés de aço otmale s ler chox est eecté, correctemet, e octo des aramètres d ste d mlatato..5 Estmato d débt omé E cosdérat système de omage éole de redemet global η et de hater maométrqe totale t H, le débt d ea omé est doé ar:

5 η Estmato d otetel éergétqe éole tlsable 59 e Q& = (4) ρ g H t Le débt joraler sera égal à: Q d η e = ρ g H t (5). ALICATION. Chox des stes d mlatato des maches Le chox est orté sr dex stes algéres, cos or lers besos e ea et caractérsés ar otetel éergétqe éole téressat. Ces stes sot stés das les vlles de Taret et El Bayadh et corresodet ax statos de mesre d résea de l Oce Natoal de Météorologe. E eet, dx as de doées mesrées, tr horares de la vtesse d vet y sot dsobles. E otre, la majere arte de ces stes est caractérsée ar l exstece de ressorces mortates e eax soterraes tlsées or l actvté astorale et agrare.. Chox des aérogéératers Les doées ores ar l sttt hydralqe e 000 [8], motret qe selo les besos locax, les débts sotrés des orages varet éormémet d ste à l atre. or réodre à ces besos, tros aérogéératers commercalsés [9], de 00 W, 600 W et 850 W, lacés à 45 m d sol ot été choss. Les caractérstqes des maches sot doées sr le tablea. Le redemet global d système ome - géératrce a été estmé à 5 % [0], sot a vea des caractérstqes moyees des éqemets de commerce. ssace omale (W) Tablea : Caractérstqes des aérogéératers (m/s) (m/s) s (m/s) D r (m) Dstrbto aelle de la vtesse d vet 4. RESULTATS ET DISCUSSION Les résltats de l étde statstqe des doées de la vtesse d vet sot résetés sr le tablea. La méthode d maxmm de vrasemblace est tlsée or l ajstemet des doées statstqes []. La détermato des coecets et c de Webll est eectée ar tératos sccessves e tlsat la méthode d otmsato, de Leveberg - Marqart sos Matlab []. O remarqe qe le acter de orme obte or les dex stes est très roche, tads qe les acters d échelle sot assez dérets. Le ste le ls veté est cel de Taret avec 5,6 m/s de vtesse moyee aelle. Il dsose ass de la ssace éergétqe dsoble la ls téressate et rerésete as le ste le ls avorable à l tlsato de l éerge éolee à des s de omage o atre. Tablea : Résltats statstqes à 0 m d sol Ste c (m/s) (m/s) (m /s ) (W/m ) Taret El Bayadh

6 60 N. Kasbadj Merzo et al. 4. Dstrbto meselle de la vtesse d vet or le chox de l aérogéérater adéqat à ste doé, l est ls dqé d eecter e étde à l échelle meselle or savor s la rodcto réod à la demade drat tote l aée. or cela la dstrbto de la vtesse d vet a été eectée à l échelle meselle, et les aramètres mesels de Webll des dex statos ot été estmés. La dstrbto des réqeces meselles des vtesses de vet, est rerésetée e gre or les mos de javer, avrl, jllet et octobre, rerésetat les 4 sasos. O remarqe qe les dstrbtos dèret sesblemet d mos à l atre e artcler à Taret. Ce derer résete régme de vet ovat attedre m/s e jllet et m/s e javer. Les dstrbtos résetet mos de déreces à El Bayadh avec des vtesses maxmales excédat as les 6 m/s. O ote e, qe das tos les cas, la vtesse de vet attet jamas la vtesse d arrêt des aérogéératers choss or l étde (5 m/s selo les otes techqes des costrcters). Fg. : Régme d vet des dex stes or les mos de javer, avrl, jllet et octobre 4. Détermato de la ssace tle Gééralemet les vtesses sot mesrées arès des statos de l Oce Natoal de Météorologe, à e hater ormalsée égale à 0 mètres d sol []. A de détermer la ssace tle et tlsable or les tros aérogéératers choss, les aramètres de Webll ot été extraolés à la hater de l hélce, à savor 45 mètres d sol. La lo de la ssace modée [4, 5] est tlsée car elle tet comte la stablté atmoshérqe, la rgosté d sol, l alttde et les aramètres météorologqes. E gre 4 sot rerésetés les hstogrammes de la vtesse cbqe moyee meselle et de la vtesse cbqe tle meselle des dex stes étdés et or les tros aérogéératers choss. O remarqe qe les destés de ssaces éolees obtees avec les aérogéératers de 600 et 850 W sot ettemet séreres à celles obtees avec l aérogéérater de 00 W de ssace omale. O costate ass qe or le ste de Taret, les lmtes de la mache de 00 W (démarrage à artr de.5 m/s et stagato dès 8 m/s) etraîet, e hver, e erte sérere à 50 % de la ssace dsoble. Les hstogrammes motret qe les aérogéératers de 600 et 850 W ot des vtesses cbqes tles très roches. La sele dérece résde das les damètres resects. Le chox se era doc e octo de la demade locale e éerge. O ote e, q à El Bayadh la vtesse cbqe tle vare d e maère orme drat tote l aée, alors qe or Taret e dmto ette est costatée edat la saso estvale.

7 Estmato d otetel éergétqe éole tlsable 6 Ue sorce d aot sera doc écessare or combler le déct éergétqe edat la saso allat de mars à octobre. Fg. 4: ssace dsoble, tle et tlsable or les dex stes et les tros géératers 4.4 Qatté d ea omée Les amlles de corbes de la gre 5 rerésetet la varato de la qatté d ea omée e octo la hater maométrqe totale or les stes de Taret et El Bayadh, or les mos de javer et jllet (mos corresodat ax lmtes érere et sérere de la gamme de varato d otetel éole das ces régos) or les tros aérogéératers ss metoés. A de mettre e évdece les eets resects de la érode, d ste et de la mache cosdérés, o redra comme élémets de comaraso les rodctos joralères resectves or e hater maométrqe totale de 60 mètres (Tablea ). Tablea : Qatté joralère moyee d ea omée (0 m ) selo le ste et la mache or e hater maométrqe totale de 60 mètres Eolee 00 W 600 W 850 W Mos Javer Jllet Javer Jllet Javer Jllet El Bayadh Taret Eet d ste La qatté d ea omée état roortoelle à la ssace tle, o retrove doc les mêmes raorts. As, les déreces etre les rodctos estmées or la érode estvale sot églgeables et éreres ax errers d estmato qelqe sot la mache. ar cotre, drat la érode hverale, la rodcto estmée et asser d smle a doble e cosdérat la même mache sr les dex stes, El Bayadh et Taret Eet sasoer Les résltats motret qe l eet sasoer est ettemet ls roocé or ste à ort otetel comme Taret. As, alors q à El Bayadh, le ga de rodcto estmée, etre jllet et

8 6 N. Kasbadj Merzo et al. javer, vare de 54 % à 7 %, selo la mache, à Taret le raort etre les extrêmes asse de à rès de 4, selo la mache. ( a ) ( b ) ( c ) Fg. 5: Qatté d ea omée qotdeemet selo la saso et le ste or des éolees De 00 W (a), 600 W (b) et 850 W (c) de ssace omale resectve 4.4. Eet mache Les résltats obtes motret qe le at d staller e mache 6 os ls ssate est lo d etraîer ga de rodcto d même ordre. E eet, le maxmm de ga qe l o et esérer laoe à or Taret e le hver. Atremet, le ga est à ee ercetble e été et cec qelqe sot le ste. 5. CONCLUSION Les otetels éoles dsobles das les régos de Taret et El Bayadh comtet arm les ls mortats des hats lateax. Comme, ar allers, ls dsoset d e able lvométre comesée ar des ressorces e eax soterraes o églgeables, ls costtet de bos terras d exérmetato de systèmes éoles. Les dégradatos sccessves de l éerge otetelle a cors des déretes trasormatos ot qe les redemets de coverso e evet jamas excéder les 0 %. Les rcax acters de ces ertes état la lmte de Betz (varate) et les lmtes maches (varables selo la techologe).

9 Estmato d otetel éergétqe éole tlsable 6 Néamos, comme le motret les résltats obtes, le chox de la mache dot être at avec so e octo d régme des vets d ste cosdéré. Il est, ar allers, recommadé de rocéder à e camage de mesres de qelqes mos avat tote stallato. REFERENCES [] B. Cherg, oltqe Eergétqe, Soatrach/romos-DG, CEME 97, Bsra, 997. [] N. Kasbadj Merzo, M. Merzo et N. Messe, Mass Cosstet Model Alcato to the Desertcato heomeo Stdy the Hgh las o Algera, Iter. J. Reewable Eergy, ol. 8, , 00. [] N. Kasbadj Merzo, Wd Eergy otetal o Algera, Iter. J. o Reewable, ol., , 000. [4] N. Kasbadj Merzo, ersectves d Utlsato des Systèmes Eoles de omage sr des Stes Sahares, SIE4, Béchar, Setembre 998. [5] N. Kasbadj Merzo ad M. Merzo, Usel Wd owers Mache Estmato, Alcato to Water mg Systems Soth o Algera, 9 th Iteratoal Cogress o Mechazato ad Eergy Agrcltre, 7 Iteratoal Coerece o CIGR, Izmr, Trey, Setembre 005. [6] H. Daao Nedjar, S. Haddoche et N. Kasbadj Merzo, Utlsato de l Eerge Eolee or le omage de l Ea das les Hats lateax, JITH 005, Tager, Maroc, Novembre 005. [7] N. Kasbadj Merzo, Evalato d Gsemet Eergétqe Eole - Cotrbto à la Détermato d rol ertcal de la tesse d et e Algére, Thèse de Doctorat, Uversté de Tlemce, 6., Ma 006. [8] INRH, Ivetare des Forages des Wlayas e Algére, Iteral Reort o Hydralc Isttte, 00., 000. [9] Docmet, Les omes. Ed. Electro-Hydralqe, 6., 976. [0] N. Kasbadj Merzo ad M. Merzo, Usel ower Desty o a Wd Mache Algera, roceedgs o Iteratoal Mechacal Egeerg Co. Kwat, Décembre 004. [] B. Garel, Modélsato robablste et Statstqe, Céadès-Edtos, 00. [] M. Bomahrat et J. Gord, Méthodes Nmérqes Alqées, O..U. (Oce des blcatos Uverstares), Alger, 98. [] R. Hammoche, Atlas et de l Algére, blcato Itere de l O.N.M. (Oce Natoal de la Météorologe), Alger, 990. [4] S.S. Mhal ad C.G. Jsts, Comarso o Heght Extraolato Models ad Sestvty Aalyss, Joral o Wd Egeerg, ol. 5, N, 98. [5] N. Kasbadj Merzo, M. Merzo, N. Messe et B. Beyoce, rol ertcal de la tesse d et e Mle Sem-Arde. Test des Modèles d Extraolato, Iteratoal Cogress o hotovoltac ad Wd Eergy, Tlemce, Décembre 00. NB: Cette étde a été réalsée grâce a acemet d rojet Natoal de Recherche, domclé a CDER.