Le croisement de données statistiques permet de prévoir la production électrique d'éoliennes.
Une éolienne dans un part éolien de 3 MW en France produit en moyenne plus de 6 GWh par an, alors qu'une éolienne chez un particulier de 3 kW produira environ 4 500 kWh. La production réelle dépend de sa capacité de puissance, l'emplacement, la hauteur, et les conditions de vent (force et direction) jour après jour.
Les mesures de direction et de vitesse du vent permettent de déterminer les types d’éoliennes à installer. L’énergie éolienne étant intermittente, les prévisions de production d’un parc éolien sont indispensables pour assurer la stabilité du réseau électrique. La production variera avec des périodes de surproduction et d'autres où elle peut être très faible.
L'évaluation du potentiel d'une zone géographique
Avant l’implantation d’un parc éolien, il est nécessaire d’en évaluer le potentiel de production afin de déterminer s’il est rentable d’investir dans l’exploitation du « gisement ».
Des mesures de vent sont effectuées sur le site identifié pour le futur parc éolien. Un mât, muni d’anémomètres et de girouettes placées à différentes hauteurs est installé pendant au moins un an pour évaluer la direction et la vitesse moyenne du vent qui change selon les saisons.
Il est également possible d’utiliser un LIDAR (Light Detection and Ranging), appareil utilisant un laser pour mesurer la force et la direction du vent à différentes altitudes. Cette technique s’avère plus chère mais plus aisée à installer que le mât.
Une fois les mesures effectuées, elles sont analysées en fonction du nombre d’heures de production pendant lesquelles l’éolienne pourrait tourner à pleine puissance (facteur de charge). Par exemple, une éolienne de 3 MW en France produit en moyenne plus de 6 GWh par an (avec un facteur de charge moyen de 23%). Le facteur de charge des éoliennes « toilées » (à large rotor) peut toutefois fortement augmenter, en fonction des ressources de vent disponibles (au dessus de 20 km/h de vitesse moyenne de vent) et du facteur de pertes des installations de production selon l'Ademe(1).
Ces mesures permettent également de déterminer les types d’éoliennes à installer et leur emplacement exact afin que leur rotation soit parallèle à la direction du vent. Les éoliennes de classe I (« High Wind ») sont par exemple capables de résister à des rafales de 250 km/h tandis que les éoliennes de classe IV (« Very Low Wind ») ne sont pas adaptés pour résister à des rafales de plus de 150 km/h(2). Quelle que soit leur résistance, les éoliennes ne produisent généralement pas d’électricité au-delà de 90 km/h.
En France, un projet est considéré comme « intéressant économiquement si la vitesse moyenne annuelle du site est aux alentours de 21 à 25 km/h » selon France Énergie Éolienne, porte-parole de la filière(3).
Des prévisions la veille pour le lendemain
Les prévisions de production sont réalisées par les exploitants et transmises 24 heures à l’avance aux gestionnaires du réseau électrique (ENEDIS, RTE), qui ont la charge de l’équilibre entre production et consommation d’électricité.
Les prévisions de production d’un parc éolien sont réalisées à partir des prévisions météorologiques, notamment de vent (vitesse et direction), effectuées sur des zones de 20 km par 20 km. Des outils statistiques sont ensuite appliqués pour calculer la vitesse et la direction du vent à l’endroit précis où est installé le parc éolien. La topographie du terrain a une influence sur la force et la direction du vent (par exemple, le vent souffle généralement plus fort sur une colline que sur une plaine).
Les données recueillies sont rapportées à la courbe de puissance des éoliennes installées(4), qui indique la puissance d’une éolienne en fonction de la vitesse du vent. Par exemple, une éolienne E70/2300 d’Enercon d’une hauteur de 57 m aura une puissance de 127 kW avec un vent de 5 m/s, de 1 223 kW avec un vent de 10 m/s et de 2300 kW avec une vitesse de 15 m/s.
Courbe de puissance de l'éolienne E70/2300 d'Enercon selon la puissance et la vitesse du vent
Enfin, ces données sont croisées avec l’historique de production du parc éolien et permettent d’obtenir une prévision heure par heure en kWh de la production d’électricité d’un parc éolien.
Les prévisions de production éolienne vont être de plus en plus précises à l’avenir grâce à l’amélioration des modèles météorologiques et des outils statistiques utilisés.
Production éolienne en France
La production éolienne est passée de 0 en 1970 à 48,61 TWh en 2023, soit près de 10% de la production électrique nationale.
À jour en mars 2024 - Source : Ministère de la Transition Écologique et RTE - Graphique : Selectra
L'essor de l'éolien offshore, avec des capacités de production autour de 500 MW chacun, fera fortement croître la production éolienne nationale.
Production d'une petite éolienne domestique
Une éolienne domestique typique a une puissance variant de 1 à 10 kW, bien que la plupart se situent entre 2 et 4 kW. La production annuelle d'une éolienne de 2 kW, par exemple, dépend du vent local, mais peut atteindre environ 3 000 kWh par an, soit une partie de la consommation annuelle moyenne d'un foyer français (environ 5 500 kWh).
