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Parcs éoliens : les smart grids pour optimiser la production

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Le plus gros problème de l'énergie éolienne est en passe d'être résolu grâce aux réseaux intelligents. Une équipe de chercheurs américains vient en effet de démontrer que l'intégration des éoliennes dans une smart grid assure une production électrique continue aux fluctuations lissées. Cependant, l'effet est maximum lorsque les implantations d'éoliennes se font dans une logique de réseau.

Des éoliennes offshores de 5 mégawatts, identiques à celles (théoriques) utilisées pour modéliser les effets d’une mise en réseau des éoliennes de la côte est des Etats-Unis. © Hans Hillewaert

L'éolien offshore possède le potentiel énergétique pour alimenter cinq fois la consommation mondiale électrique actuelle, avec l'avantage d'émissions de dioxyde de carbone voisines de zéro et d'un impact d'exploitation limité en comparaison des forages pétroliers ou des mines d'uranium. Pourtant, il n'y a pas une seule éolienne offshore dans les eaux étatsuniennes...

L'éolien souffre en effet d'un handicap majeur, celui de l'intermittence et de la variabilité de sa production électrique. Comment intégrer dans le réseau électrique, qui doit satisfaire les besoins des usagers, une source qui peut débiter brusquement beaucoup de courant lors du passage d'une tempête ou ne rien produire du tout par temps calme ?

S'il faut suppléer cette source d'énergie renouvelable par des centrales thermiques activables rapidement mais fortement émettrices de CO2, l'intérêt de l'éolien est limité. La mise en réseau d’éoliennes réparties en différents endroits du territoire pourrait être une solution. Le principe est de relier ces éoliennes, soumises à un même instant à des conditions météorologiques différentes, au sein d'un réseau électrique intelligent, appelé aussi smart grid, capable de lisser les variations de production et de stocker les surplus.

Si cette idée est attrayante, elle n'avait fait l'objet jusqu'à ce jour d'aucune étude chiffrée. Les chercheurs des universités du Delaware et de Stony Brook viennent de combler et de prouver le bien-fondé de cette logique de réseau dans une étude parue dans les PNAS. A partir des données météorologiques de 11 sites offshores, ils viennent de démontrer qu'un réseau intelligent théorique d'éoliennes situées sur ces sites aurait produit de l'électricité de manière continue pendant cinq ans, avec des variations de production réduites.

Les éoliennes offshores bénéficient de vents plus constants que les éoliennes terrestres. La mise en réseau de ces parcs implantés selon les variations météorologiques géographiques et annuelles permet de produire de l’électricité de manière continue et avec une amplitude de variations plus faibles. © Less Salty Wikimedia Commons CC by-sa 3.0

Un réseau d’éoliennes conçu pour amortir les variations météo

Cette smart grid théorique est constituée de parcs d'éoliennes de 5 mégawatts, toutes aussi théoriques, implantés sur les sites de stations météo offshores réparties sur 2.500 kilomètres le long de la côte est des Etats-Unis, dans une zone connue pour la constance de ses vents. Selon les cinq années de données, la disposition de ces parcs permet d'exploiter aussi bien les tempêtes violentes du nord-est que les brises des journées ensoleillées du sud-est, quelles que soient les variations météorologiques à grandes échelles (alternances des hautes et basses pressions, saisons). Au final, la production modélisée ne s'est jamais interrompue et a été lissée, passant d'une variation à l'échelle de l'heure, voire de la minute, à une variation à l'échelle du jour.

Ainsi, en créant un réseau d'éoliennes, « vous pouvez transformer une source d'énergie instable et à forte variation en une source stable aux variations progressives » affirme Willett Kempton de l'Université du Delaware. Son équipe recommande donc la création de telles smart grids couplées à une implantation des parcs éoliens qui tienne compte des conditions météorologiques de l'ensemble du réseau.

Les chercheurs vont donc plus loin que simplement démontrer l'intérêt de connecter les éoliennes en réseau. Selon eux, il ne faut pas se contenter d'intégrer après-coup les éoliennes dans une smart grid, il faut choisir l'implantation de ces éoliennes de manière à construire une smart grid qui puisse compenser au mieux les variations météorologiques locales et annuelles. De la sorte, il sera possible de « rendre l'électricité d'origine éolienne plus régulière et de permettre à l'éolien de constituer une plus grande fraction de nos sources d'électricité ».

Pour Cristina Archer, spécialiste de l'éolien de l'Université de Californie, les travaux de l'équipe de Willett Kempton sont d'importance, puisqu'ils « ont démontré qu'une production ininterrompue d'énergie à partir des vents le long de l'une des côtes les plus peuplées et les plus consommatrices d'énergie [des Etats-Unis], et peut-être du monde, est possible ». De quoi raviver l'intérêt pour cette source d'énergie renouvelable, propre et apte en théorie à approvisionner l'ensemble des Etats-Unis, surtout lorsque le coût de la mise en réseau des éoliennes ne dépasse pas 15% du coût des parcs éoliens.

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