Sommaire
L'autre jour, j'ai balancé un journal bookmark un peu vide. Je vais profiter de ce journal pour détailler quelques points.
Disclaimer
Je suis lead dev chez Sereema, une start-up proposant une solution de supervision et monitoring des éoliennes afin d'assurer qu'elles fonctionnent bien. Je n'ai pas été payé pour faire ces deux journaux ou Foehn. J'ai fait ça sur mon temps libre parce que ça m'amuse et que je me dis que ça peut intéresser des gens. Je ne suis absolument pas spécialiste des éoliennes, donc il est possible que je dise du caca. J'essayerai de sourcer mes propos autant que possible.
L'éolienne
Une éolienne, c'est qu'est-ce que quoi ? C'est genre un ventilateur, mais en plus grand et qui fonctionne à l'envers : au lieu de le brancher au réseau et d'avoir un moteur qui génère du vent, on a du vent qui fait tourner du moteur et ça injecte du courant sur le réseau. L'article Wikipédia sera probablement un peu plus précis…
Mais en gros, on distincte 4.5 parties :
- les fondations, qui sont généralement de gros blocs de béton armé enterrés dans le sol. Vous pouvez quelques photos là. Son rôle est d'ancrer l'éolienne au sol.
- la tour, qui est le gros cylindre généralement en métal, mais qu'on peut aussi faire en béton armé ou en bois. C'est haut, très haut : elles font approximativement la taille du rotor (plus c'est grand, plus c'est cher; mais trop petit, et les pales raclent le sol…). Par exemple, pour une Vestas V90-2.0 de 2MW, le rotor fait 90m de diamètre et la tour 80m (brochure commerciale de Vestas). C'est aussi suffisamment large pour contenir un ascenseur. Vous pouvez voir un tronçon de tour ici.
- la nacelle. C'est la boite au sommet de la tour. Ça contient les moteurs pour orienter la nacelle face au vent et le gros alternateur à plusieurs MW. Selon le type d'éolienne, cela peut aussi contenir une boîte de vitesse pour démultiplier la vitesse de rotation du rotor ou un énorme aimant en terres rares. Là aussi c'est grand, y'a la place pour plusieurs techniciens
- le nez. C'est le truc devant qui connecte les pales au rotor. Ça contient des moteurs afin d'orienter les pales et modifier leur prise au vent
- les pales. C'est le truc qui prend le vent. Ça fonctionne sur le principe de l'aile d'avion. Là aussi c'est grand. une cinquantaine de mètres par pale pour les éoliennes que j'ai l'habitude de voir passer dans mes données. Le record actuel a l'air d'être de 107m. Ça ne tourne pas si vite que ça : une révolution complète en 3 à 6s selon le modèle de l'éolienne (une éolienne travaille à fréquence fixe et en couple : quand le vent va souffler plus fort, le rotor ne va pas tourner plus vite mais plus "fort"). Mais ça fait quand même plusieurs centaines de km/h en bout de pales. Les pales sont le gros point noir écologique de l'éolienne. En matériaux composites, elles sont difficilement recyclables.
SCADA data
On appelle SCADA (Système de contrôle et d'acquisition de données) le contrôleur industriel au cœur de l'éolienne. Le nom doit peut-être te dire quelque chose, on en a beaucoup parlé à l'époque du ver Stuxnet.
En plus de gérer l'éolienne, le contrôleur produit des journaux appelées SCADA data. Il s'agit typiquement d'un fichier CSV contenant sur chaque ligne 10 minutes de données agrégées (vitesse du vent, direction du vent, direction de la nacelle, puissance produite, température de l'huile du second moteur de rotation de la nacelle, …). Vous pouvez en trouver un exemple là provenant de Engie. Anecdote, le format de ces fichiers n'est absolument pas normalisé et chaque fabriquant (modèle d'éolienne ?) à ses propres noms de colonnes et c'est super relou de travailler avec des SCADA data provenant de différentes sources quand tu veux tout traiter et analyser de manière automatisé. #viesMaVieDansLeBigDataEolien
Sur le marché, il existe différent outils à destination des exploitants permettant l'analyse des SCADA data de leurs parcs tel que Greenbyte. Ça affiche des données, ça génère des graphes, ça envoi des alertes, c'est pratique et mignon.
Foehn
Foehn est un truc muche que j'ai écrit à la rache avec Django (parce que l'ORM et le système de migration du modèle sont vachement cool) et chart.js (ça avait l'air facile à utiliser. Comme tu peux le voir à mon design minimaliste façon début du web, je touche à beaucoup de choses mais pas au front si je n'y suis pas forcé) pour analyser les SCADA du parc éolien de la Haute Borne que Engie met à disposition en open data. Dans le cadre de mon taf, je travaille beaucoup avec les data scientists qui manipulent les données, mais moi même assez peu. J'ai voulu voir si je comprenais suffisamment ce qu'ils faisaient pour pouvoir refaire des trucs dans mon coin.
Il est à noter que je me force à garder le système aussi stupidesimple pour éviter de concurrencer trop frontalement la solution que vend mon employeur ;) (donc malheureusement, on ne verra pas tout de suite de système de détection des plans de bridages sectoriels et temporels des éoliennes même si je trouve le truc très cool :'( ) (on peut brider les éoliennes quand elles sont faces à certaines directions (genre un village) ou à certaines heures (genre la nuit) pour limiter les nuissances sonores) (j'aime les parenthèses)
Sur la page d’accueil de Foehn, vous pouvez voir une table plein de bazar. La table contient une ligne par éolienne pour qui j'ai des données. Il s'agit de 4 éoliennes Senvion MM82 de 2MW et un rotor de 82m. (Surface balayé = 5,281.0 m², puissance extraite : 378W.m⁻²) nommées R80711, R80721, R80736 et R80790.
Pour chaque éolienne, je produis divers graphes que je vais détailler ci dessous.
Power curve
La courbe de puissance de l’éolienne indique la production de l'éolienne (en kW) en fonction de l'éolienne. En orange est dessiné la courbe de puissance de référence donné par le constructeur et en bleu la courbe de puissance que j'ai calculé avec les données SCADA (la courbe bleue au dessus de la courbe orange sur l'interval 6 - 10m.s⁻¹ n'indiquent pas une sur-performance de l'éolienne mais plutôt la mauvaise qualité de mon filtrage des données ou la qualité des données (anémomètre et wattmetre mal calibré ?).
Toutes les courbes de puissances ont la même tête. Production nulle à très faible vitesse de vent. Début de la production vers ~3m.s⁻¹ jusqu'à 10 ~ 12m.s⁻¹ suivant une loi cubique (probablement parce qu'il y a un ³ dans cette formule). Puis un plateau à la puissance nominale (ici 2MW) jusqu'à 22 ~ 25m.s⁻¹. Puis arrêt de l'éolienne parce qu'on ne veut pas la casser.
Je voudrais revenir sur cette news et plus particulièrement ce passage :
Quelque 6000 de ces installations ne répondent plus au pilotage à distance. Techniquement, elles fonctionnent en mode automatique, mais il n’est plus possible de les diriger à distance. Or, cette manœuvre s’avère indispensable en cas de vent supérieur à 80 km/h.
Nos ingénieurs éoliennes maison ont étés incapable de me dire d'où venait le "Or, cette manœuvre s’avère indispensable en cas de vent supérieur à 80 km/h.". À leur connaissance, le truc le plus approchant, serait un mode manuel où on peut forcer le fonctionnement de l'éolienne au delà de sa vitesse normale (arrêt de l'éolienne = perte de money pour l'exploitant. Si d'après ses prévisions météos la vitesse ne doit pas monter beaucoup au dessus ou pas longtems, il peut être intéressant de laisser l'éolienne produire sans pour autant impacter sa durée de vie). Mais comme précisé dans l'article, ce n'est pas le mode de fonctionnement normal d'une éolienne et les éoliennes de ce parc n'était pas dans ce mode manuel. Le fonctionnement normal d'une éolienne est de s'arrêter en cas de trop fort vent. Si quelqu'un à des infos sur pourquoi la manœuvre était nécessaire ici, je suis preneur.
Power vs Wind speed
Dans ce graphe, on peut voir les données brutes de la courbe de puissance extraite des SCADA. Je n'affiche que 1000 points choisis au hasard, mais j'ai environ 250k points en base par éolienne (1 point par 10 minutes, 5 ans de données).
Wind distribution
Rose de distribution des vents. Cela permet de visualiser la provenance du vent. Ici, le vent souffle essentiellement dans l'axe NE/SO, en venant préférentiellement du SO. Un passage sur OpenStreetMap nous montre que les éoliennes ont étés installés selon une droite perpendiculaire à cette axe afin qu'elles ne se gênent pas la plus part du temps. Y'a vraiment beaucoup d'intelligence sur le placement des éoliennes afin qu'elles se perturbent le moins possible. Avis aux amateurs de la mécanique des fluides.
Il pourrait être intéressant de faire une rose par mois pour voir si il y a une influence saisonnière (peut-être que le vent du NO est surtout présent l'été ?)
Wind resource
Ce graphique montre la distribution des vitesses de vent. Dans le coin, on peut voir que le vent souffle surtout à une vitesse comprise entre 4 et 8m.s⁻¹). Ce graphique permet de déterminer la rentabilité du parc éolien. Courbe de puissance * ressouce de vent * prix du MWh = money moyenne généré par l'éolienne.
Pour revenir sur ce commentaire (et commentaires voisins), oui, les données sont cohérentes avec ce que je peux voir au taf. C'est pas le plus optimal, mais c'est pas non plus le pire. Malheureusement (heureusement ?), on a pas partout et constamment un vent parfaitement laminaire de 15m.s⁻¹, on place les éoliennes où on peut. Est-ce exagéré d'avoir des trucs aussi gros pour des vitesses de vent pas si importante ? Ben justement, avec de plus grosses machines, ont extrait plus d’énergies de ce vent. En terme d’ingénierie, c'est (un peu) plus simple que de faire croître la courbe de puissance de manière plus raide ou contrôler le vent pour le mettre à la bonne vitesse.
Concernant la rentabilité, tkt, c'est rentable.
Voir pour exemple le business plan du parc "Audunois Nord" (7 éoliennes de 2.4MW pour un total de 16.8MW) (51% public et 49% Engie), en annexe 7, page 45 du document d'information public. Ils ont investis 23.5M€ (1.4€/W installé) et envisagent de distribuer 16.5M€ de dividendes issue ve l'exploitation du parc pendant 20 ans (c'est comme ça que j'ai compris la ligne "Cash Flow to Equity", mais la finance n'est pas mon domaine).
Monthly production
La production mensuelle de l'éolienne au cours du temps. On peut voir l'influence saisonnière sur la production. Cela est dut au fait qu'il y a plus de vent en hiver. Mais aussi que le vent est plus froid et donc plus dense, ce qui lui permet d’avoir une plus grand énergie cinétique qu'un vent plus chaud de même vitesse (e=mv²/2. si m plus grand, e plus grand). Ce genre d'information permet de mieux organiser le marché
Total production
La production totale d’énergie sur les données que j'ai. Pendant 5 ans, R80711 a produit de quoi alimenter 180 familles de 4 personnes.
The future
Je ne pense pas faire évoluer le projet plus que ça. J'ai d'autres trucs en cours. Mon FPGA (toujours pas mort, y'a eu un reboot récent. J'ai enfin trouvé une manière de faire élégante pour gérer les bus de configuration des différents éléments lors de la génération du source code verilog. Ça synthétise par Vivado de chez Xilinx mais je n'ai pas encore validé ça fonctionne (ça compile mais j'ai pas testé si ça se vautrait tel une loutre bourrée glissant sur une banane au lancement)), mon moteur de raytracing (un jour, on pourra jouer à une version raytracé de doom sur commodore 64 à la vitesse fulgurante de 3 frame à l'heure), envie de créer un simulateur de fourmis (envie de jouer avec des automates et des pistes de phéromone), l'écriture d'un journal (20k caractère et toujours pas fini >_<) expliquant le fonctionnement d'un CPU (comment que ça fait pour exécuter des instructions) basé sur l'étude d'un CPU 8bits RISC que j'ai crée pour l'occasion et d'autres trucs (genre créer mon propre commodore64-like et utilisant mes propres processeur, modules vidéo et sons tournant sur mon propre FPGA que j'aurai construit façon Megaprocessor pour jouer à mon doom raytracé. Ça sera le pinacle de ma carrière de hacker et après je pourrais aller en paix m'installer sur le Larzac élever des moutons Mérinos et tisser mes caleçons en laine)
Si y'a des gens chauds pour me mécener afin que je puisse quitter mon taf et me consacrer à temps plein à l'exploration de trucs rigolos et l'écriture de long journaux chiants, manifestez-vous :)
# Quel est votre préférée ?
Posté par Yuul B. Alwright . Évalué à 6.
Quel est votre éolienne préférée ?
Éolienne ? Éoliennes ? Éolienne 3 ? Éolienne: Resurrection ?
[^] # Re: Quel est votre préférée ?
Posté par jtremesay (site web personnel) . Évalué à 3. Dernière modification le 21 octobre 2022 à 09:12.
J’ai une préférence pour BEL-1 du parc éolien de Belleuse parceu que c’est elleu, la plus belleuseu. -> []
# Merci
Posté par rahan . Évalué à 4.
Merci pour ces explications et pour permettre de mieux comprendre les modes de fonctionnement des éoliennes. En fait ce que je n'avais pas bien compris c'est l'échelle de la courbe de puissance ; je la voyais plus raide. Je pensais que les éoliennes étaient plus souvent à puissance nominale alors que dans les faits, elle ne le sont que 2 % du temps.
# Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Andréas Livet . Évalué à 4.
Bonjour et merci pour l'article,
C'est toujours intéressant d'avoir des retours sur le fonctionnement de nos systèmes techniques pour lequel nous dépendons (pour l'éolien pas énormément mais bon :).
Je voulais juste préciser que, d'après mes calculs rapides, il semblerait que la production d'une éolienne pendant 5 ans alimente 180 foyers de 4 personnes en électricité pour seulement 1 an.
Comme ce n'est pas précisé dans l'article, je pense que c'est important de le dire.
Il aurait donc été plus judicieux de ramener la production de l'éolienne par an, ce qui nous fait grosso modo la consommation d'un peu moins de 40 foyers de 4 personnes.
Sinon moi aussi je cherche des mécènes pour financer des bricolages libres sur le Vhélio par exemple :). Faudrait monter une fondation !! Bon en fait, on a déjà monter un fond de dotation : Le fond Agir Low Tech
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par jtremesay (site web personnel) . Évalué à 3. Dernière modification le 21 octobre 2022 à 10:04.
J’ai utilisé cette formule :
17GWh / 5 ans = 3.4GWh.an⁻¹. Une famille consomme 18.8MWh.an⁻¹ (source utilisée). 3.4GWh.an⁻¹ / 18.8MWh.an⁻¹ = 181. Après relecture, je ne vois pas d’erreur (mais je suis crevé).
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Andréas Livet . Évalué à 1.
Non il n'y a pas d'erreur, c'est juste que c'est pas précisé que c'est pendant un an. Et que ça fait bizarre de comparer une production de 5 ans avec une consommation de 1 an.
Mais c'est cool sinon ;)
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Zenitram (site web personnel) . Évalué à 1. Dernière modification le 21 octobre 2022 à 15:24.
Il a dit "Pendant 5 ans, R80711 a produit de quoi alimenter 180 familles de 4 personnes."
Donc 180 familles pendant 5 ans, ou 180 tout court, certes, "5 ans" semble sa base de moyennage (mieux que 1 an seulement que de faire la moyenne de 5 ans puis diviser par 5) donnée pour information.
Il a explicité son calcul, il a bien fait un calcul de production par an pour calculer le nombre de famille. Il a comparé une production par an avec la consommation par an.
Donc à toi d'expliciter ton calcul car perso je ne le comprend pas (je me base sur ses nombres, que je n'ai pas vérifié, et je vois bien le "/ 5 ans" pour ce qui est du sujet de désaccord; si tu as d'autres nombres, fournit les et leurs sources).
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par jtremesay (site web personnel) . Évalué à 8.
Ma formulation est effectivement pas très claire. J'aurai du dire quelque chose comme "basé sur ces 5 ans de données, la production moyenne de l'éolienne est suffisante pour alimenter 180 familles".
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par abgech . Évalué à 4.
Je lis : "… Une famille consomme 18.8MWh.an⁻¹ …".
Je ne sais pas si j'ai les yeux en face des trous, mais je dois être d'un sobriété énergétique remarquable, parce je consomme, environ, 5,5 MWh.an⁻¹, pour chauffage par PAC, cuisson des aliments, frigo, congélateurs, 3 PC, dont 1 24/24, voiture électrique, télé, etc, bref très électrifié.
Et mes 30 m² de photovoltaïque produisent, annuellement, 8,5 MWh, je revends le surplus.
Je ne connais pas trop l'éolien (ma région ne s'y prête pas vraiment), en revanche le photovoltaïque, j'ai une expérience de 8 ans, me semble l'une des solutions d'avenir.
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Jean-Baptiste Faure . Évalué à 2.
Et l'eau chaude ?
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par abgech . Évalué à 3. Dernière modification le 25 octobre 2022 à 10:15.
Pour l'Eau Chaude Sanitaire, 4 m² de capteurs solaire thermiques, un ballon de 400 l. et si pas suffisant en fin de journée, la pompe à chaleur chauffe l'ECS.
De mi-avril à mi-septembre, l'ECS, pour 2 personnes, est produite à 100 % par le soleil, de début novembre à mi-mars, on va dire 0 % le reste du temps à 50 %..
Je viens de commander un accumulateur de 10 kWh, cela va me rendre pratiquement totalement indépendant du fournisseur d'électricité, sauf, peut-être en décembre-janvier (les pires mois en terme de photovoltaïque).
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Renault (site web personnel) . Évalué à 3.
Tu consommes vraiment peu avec tout ce que tu as électrifié.
Beaucoup de maisons n'ont pas de PAC et une bonne isolation pour limiter l'usage du chauffage qui est le poste le plus gourmand.
Tu dois même utiliser ta voiture électrique de manière très raisonnable pour garder une consommation pareille. Et ton logement est probablement petit (plus simple à chauffer avec peu).
Quel est l'intérêt de cette démarche ? J'ai vraiment du mal à comprendre.
Une telle batterie c'est cher, et ça nécessite beaucoup de ressources matérielles que le réseau électrique t'évite. D'autant plus qu'il est peu probable comme tu dis d'être 100% indépendant même avec ça.
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par abgech . Évalué à 4. Dernière modification le 27 octobre 2022 à 14:23.
C'est une PAC en géothermie, avec un COP qui ne chute pas dramatiquement en dessous de 5°, la source froide est, au minimum à 12°, les radiateurs sont à basse température, au plus gros de l'hiver (-10° dehors) ils sont à 40°, la différence de température entre sources froide et chaude ne dépasse jamais, même dans le pire des cas, 30°.
Pour le logement, 150 m² sur deux niveaux. Triples vitrage isolant. 15 cm d'isolation entre mur extérieur et galandge intérieur. Je ne chauffe que les pièces à vivre : cuisine, salon, bureau-labo (80 m² au total). Les chambres ne sont pas chauffées (j'ai gardé cette habitude de mon enfance, assez régulièrement il gelait dans ma chambre) elles sont maintenues au minimum à 14° par déperdition thermique des pièces à vivre situées au dessous.
Pour la voiture, une Dacia Spring que j'ai depuis une année, effectivement je ne l'utilise que peu, principalement en trajet urbain et péri-urbain, en une année un peu plus de 5000 km. Elle consomme 10 kWh aux 100 km, soit environ 500 kWh pour les 5000 km parcourus en une année.
Pour l'accumulateur, effectivement, aucun intérêt sur le plan financier, amortissement sur plus de 20 ans*.
Mais, d'une part, j'ai les ressources financières pour cela, et, surtout, cela va m'éviter totalement de subir d'éventuels coupures. Pour ce qui est de l'indépendance, je pense qu'elle sera à 100 % de mi-février à mi-novembre, il reste 3 mois d'hiver problématiques, mais je peux couper la PAC et me chauffer grâce à un insert à pellets placé dans une cheminée de salon. Pour étayer mes prévisions d'autonomie, j'ai équipé mon installation d'une série de capteurs de puissance, respectivement énergie. Je dispose ainsi d'une quantité de mesures de consommation && production (je n'ai pas passé l'essentiel de ma vie professionnelle dans l'embarqué pour rien), sur 5 ans avec une granularité d'une heure. J'en ai tiré une analyse statistique qui me montre que durant 9 mois par année la probabilité d'être autonome est proche de 1.
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Le Vieillard et les trois jeunes Hommes
Un octogénaire plantait.
« Passe encore de bâtir ; mais planter à cet âge ! »
Disaient trois Jouvenceaux, enfants du voisinage :
…
Et de toute façon, c'est mon fils qui en bénéficiera.
[^] # Re: Alimenter 180 familles pendant 1 an
Posté par Joris Dedieu (site web personnel) . Évalué à 3.
Un bouilleur couplé à un poêle / cuisinière est aussi efficace pour l’hiver.
# Ordre de grandeur…
Posté par Philip Marlowe . Évalué à 5.
Hum.
[^] # Re: Ordre de grandeur…
Posté par patrick_g (site web personnel) . Évalué à 3.
Corrigé.
# Rotor et vitesse
Posté par ǝpɐןƃu∀ nǝıɥʇʇɐW-ǝɹɹǝıԀ (site web personnel) . Évalué à 6.
Est-ce standard dans le domaine des éolienne de considérer que les pales sont parties intégrantes du rotor ? Dans bon nombre de domaines, le terme rotor désigne juste la mécanique sur laquelle elles viennent s'attacher. J'avoue que ce choix (étymologiquement justifié) m'a beaucoup intrigué. Au point d'aller vérifier sur les photos si les génératrices n'avaient pas grossi par rapport à mon souvenir :-).
Il y a un k de trop dans les unités. Comme pour les hélices d'avions, l'idée est sûrement de maintenir un régime subsonique pour éviter d'endommager les pales.
Avec les données du même paragraphe pour la plus grande éolienne (107 m de rayon) à la période la plus courte proposée, on obtient 224 m/s, soit ~800 km/h. Ça semble cohérent.
« IRAFURORBREVISESTANIMUMREGEQUINISIPARETIMPERAT » — Odes — Horace
# Et les éoliennes domestiques ?
Posté par devnewton 🍺 (site web personnel) . Évalué à 5. Dernière modification le 21 octobre 2022 à 17:01.
Vu que la civilisation va s'effondrer, est-ce qu'investir dans un éolienne domestique reliée à une batterie de voiture me permettrait de continuer à m'éclairer la nuit et à jouer sur mon PC?
Le post ci-dessus est une grosse connerie, ne le lisez pas sérieusement.
[^] # Re: Et les éoliennes domestiques ?
Posté par Psychofox (Mastodon) . Évalué à 6. Dernière modification le 22 octobre 2022 à 11:17.
Un autre hobby comme le crochet, jouer aux cartes ou au mölkky serait plus pertinent.
[^] # Re: Et les éoliennes domestiques ?
Posté par Joris Dedieu (site web personnel) . Évalué à 2.
Barnabé est ton ami :)
[^] # Re: Et les éoliennes domestiques ?
Posté par windu.2b . Évalué à 5.
Le problème des éoliennes domestiques (avais-je lu il y a fort longtemps) est qu'elles sont exposés à des vents "dégueulasses", du fait de l'urbanisme qui perturbe l'écoulement de l'air.
On se retrouve donc avec des éoliennes qui passent leur temps à produire, s'interrompre, se mettre en drapeau, …
Cela a peut-être évolué depuis, je ne sais pas. Il y a aussi des éoliennes qui se mettent sur la faîtière du toit et profitent ainsi d'un vent plus "coulant" le long de la pente de toit…
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