La production d'énergie éolienne examinée d'un ?il critique

L'énergie éolienne a connu une croissance énorme en Europe et dans le monde. En 2015, des éoliennes d'une capacité de 350 gigawatts étaient installées tout autour du globe, dont 135 gigawatts en Europe, réparties sur environ 87 000 éoliennes. Avec 13 pour cent, la part de l'énergie éolienne est désormais plus importante que celle des centrales nucléaires. Dans des pays comme l'Espagne, le Danemark ou l'Allemagne, il y a déjà suffisamment d'énergie éolienne installée pour couvrir théoriquement la demande nationale respective en électricité dans des conditions idéales - production éolienne maximale et faible demande en électricité.

Une production variable

La puissance installée ne dit toutefois pas grand-chose sur la quantité d'électricité que les éoliennes d'un pays ont effectivement injectée dans le réseau national correspondant. En effet, l'énergie éolienne est difficile à prédire. Il est donc difficile de la connecter aux systèmes énergétiques existants.

Les exploitants et les chercheurs en énergie ont donc besoin de simuler la production d'électricité avec une haute résolution temporelle afin d'estimer quelle pourrait être la charge à un moment donné.

Ce n'est que récemment que les chercheurs ont commencé à réaliser de telles simulations à l'aide de modèles dits de réanalyse. Il s'agit de modèles météorologiques globaux qui sont alimentés par des données de mesure réelles provenant de stations météorologiques et de satellites. Ces réanalyses transforment ces mesures en simulations mondiales cohérentes des conditions atmosphériques.

Des modèles soumis à un examen critique

Les données issues de réanalyses ont toutefois un gros défaut : les modèles météorologiques simplifient le monde réel. Des facteurs importants pour l'énergie éolienne, comme la nature de la surface autour d'un parc éolien, ne sont donc pas représentés de manière suffisamment détaillée. Par conséquent, si de telles données issues de modèles de réanalyse sont utilisées sans corrections pour des simulations de la production d'énergie éolienne, les modèles fournissent une image systématiquement déformée. Néanmoins, certaines études sur la production d'électricité éolienne ont été publiées en s'appuyant sur des données non corrigées.

Le chercheur en énergie Stefan Pfenninger de l'ETH Zurich et son collègue Iain Staffell de l'Imperial College London ont donc rassemblé des données sur la production d'électricité mesurée par les parcs éoliens dans toute l'Europe, ainsi que des données de production par pays collectées par les gestionnaires de réseaux électriques. Ils ont eu besoin de cette collecte de données pour en déduire des facteurs de correction pour chaque pays européen. Enfin, ils ont simulé la production d'électricité éolienne en Europe sur vingt ans à l'aide du Virtual Wind Farm Model (VWF) qu'ils ont développé.

Le Sud sous-estimé

Gr?ce à leur approche rigoureuse, les deux chercheurs ont pu dresser un tableau plus réaliste de la production d'énergie éolienne en Europe. Leurs simulations révèlent que les simulations non corrigées utilisées dans d'autres études ont surestimé jusqu'à 50 % la production d'énergie éolienne dans le nord-ouest de l'Europe, mais sous-estimé de 30 % la production dans le sud de l'Europe.

Les chercheurs ont également recalculé les taux d'utilisation pour l'Europe : ainsi, le taux d'utilisation actuel est de 24,2 pour cent en moyenne européenne ; en Grande-Bretagne, il est de 32,4 pour cent et en Allemagne de 19,5 pour cent. La moyenne européenne ne varie que de quelques pour cent d'une année à l'autre. "Cet écart est beaucoup plus faible que celui d'un seul pays", explique Pfenninger. "Plus le parc éolien est important et plus la dispersion géographique est grande, plus les variations de l'offre sont faibles". Il est donc important, selon lui, que les réseaux électriques nationaux soient encore mieux interconnectés afin de compenser les pertes de production dans une région par le surplus de production d'un autre pays.

La simulation montre également que les taux d'utilisation sont en hausse, notamment gr?ce à une meilleure technologie et à de meilleurs sites en pleine mer. Les parcs éoliens de Grande-Bretagne sont aujourd'hui un quart plus productifs qu'il y a dix ans.

Les ?tats de la mer du Nord progressent

Au stade actuel de la planification, Pfenninger et Staffell estiment que le taux d'utilisation moyen pour l'Europe pourrait augmenter d'un tiers et dépasser 31 pour cent. "Les pays riverains de la mer du Nord, en particulier, devraient conna?tre une forte augmentation dans un avenir proche", explique Pfenninger. La Grande-Bretagne pourrait atteindre un taux d'utilisation de près de 40 pour cent, l'Allemagne de près de 30 pour cent.

Pour que les planificateurs, les exploitants de réseaux et de centrales électriques, mais aussi d'autres scientifiques, puissent réutiliser les simulations développées par les chercheurs en énergie, Pfenninger et Staffell ont créé l'application web interactive page externewww.renewables.ninja a été créée, où les jeux de données européens peuvent être téléchargés. Les deux chercheurs ont testé la plateforme pendant six mois. Elle compte déjà des utilisateurs de 54 institutions de 22 pays, dont l'Agence internationale de l'énergie.

La plateforme donne également accès aux données développées avec une simulation comparable de la production d'électricité photovolta?que en Europe. L'étude sur le photovolta?que para?t en même temps que celle sur la production d'électricité éolienne et a également été écrite par Pfenninger et Staffell.