L’ÉOLIEN & LA BIO MÉTHANISATION

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1 L’ÉOLIEN & LA BIO MÉTHANISATION
Séminaire du 2 mai 2012 « Ecole des Energies Renouvelables » Atelier n°4 L’ÉOLIEN & LA BIO MÉTHANISATION Avec le concours de la société SPRES, Entreprise océanienne partenaire du développement durable

2 Séminaire du 2 mai 2012 « Ecole des Energies Renouvelables »
L’ÉOLIEN Avec le concours de l’entreprise SPRES, Entreprise océanienne partenaire du développement durable

3 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
Rappel Solaire thermique Photovoltaïque Réservoirs (sols, air, eau) Géothermie Thermodynamique Hydraulique Thermique ECS, chauffage, clim, passif, four Biomasse Biocombustibles Biogaz, Éthanol, Esther Éolien Bois énergie Mer Marémotrice Éolienne, Tour solaire PAC, puits canadiens Géothermie basse énergie Gravitation Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

4 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
Origine du vent Les principaux mouvements atmosphériques, Les zones tropicales sont plus chauffées par le soleil, leur masse d’air s’élève dans l’atmosphère, Les masses d’air froid polaire descendent vers le sol, La rotation de la terre vient s’ajouter pour dévier les principaux courants atmosphériques Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

5 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
Origine du vent La résultante des courants atmosphériques dominants La modélisation précise des vents macroscopiques est une discipline très complexe! Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

6 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
Les vents Les différentes familles de vent dominants, Le vent géostrophique: vent aux altitudes supérieures à 1000m, peu influencé par les caractéristiques et les phénomènes thermiques du sol . L’ensemble des forces a l’origine de ces vents créent une alternance permanente d’anticyclone et de dépressions Le vent thermique à pour origine les différences de température sur un plan vertical et/ou horizontal. La différence de densité de l’air en fonction de la température créée des déplacements permanents dans les 3 dimensions. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

7 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’énergie éolienne Qu’est ce que l’énergie cinétique ? L’énergie du vent est un sous produit de l’énergie provenant du soleil. Environ 2% des apports solaires sont convertis chaque jour en énergie éolienne (énergie des masses d’air) Ces 2% représentent 100 fois l’énergie de toute la biomasse à la surface de la terre La terre se comporte donc en machine thermique permanente, avec une source chaude (la partie éclairée) et une source froide (la partie dans l’ombre). L’énergie restituée des convections thermiques en énergie cinétique (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) , à savoir donc l’énergie éolienne, est une source d’énergie renouvelable disponible sur toute la surface du globle, mais inégalement exploitable Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

8 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’énergie éolienne Comment faire de l’électricité avec du vent ? On utilise un aérogénérateur, plus communément appelé « éolienne ». Son fonctionnement est celui de la technologie des moulins à vent. La machine se compose de 3 pales (en général) portées par un rotor et installées au sommet d’un mât vertical. Cet ensemble est fixé par une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d’orienter la partie supérieure afin qu’elle soit toujours face au vent. Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Le vent fait tourner les pales. La vitesse de rotation des pales est fonction de la taille de celles-ci. Plus les pales seront grandes, moins elles tourneront rapidement. Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des générateurs ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de l’électricité. Ainsi, le multiplicateur a pour rôle d’accélérer le mouvement lent des pales. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

9 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’énergie éolienne Schéma d’une éolienne Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

10 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’énergie éolienne Vue de détail d’une éolienne Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

11 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’énergie éolienne Un projet de ferme éolienne nécessite des études complexes et détaillées Des mesures de vents précises doivent être établies sur site, si des données globales et fiables ne peuvent être obtenues, Des calculs de rendement sont à effectuer suivant les régimes des vents, de la rugosité du site et du type de machines à installer (distribution de Weibul, logiciels fabricants ou autres,… ) Et suivant les prix de rachat de l’énergie, des business plan quant à la rentabilité du projet sont à établir. Différentes perturbations des vents suivant reliefs accidentés Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

12 Un bref historique de l’énergie éolienne
De l’Egypte antique à l’électricité… Premier usage du vent: navigation, il y a 5000 ans environ (Egypte, Chine) Premières éoliennes: il y a environ 3500 ans (Grèce) Pompage et irrigation: VIIe après J.C (Chine) Pompage et travaux mécaniques: XIIe après JC (Europe) Première éolienne en France: an 1100 Généralisation des moulins à vent: à partir de 1450 (Hollande) Premier moulin « automatique »: 1845 (invention française) Roues éoliennes pour pompage: 1870 (USA) Premier aérogénérateur électrique: 1880 (USA) Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

13 Un bref historique de l’énergie éolienne
Après le choc pétrolier de 1973, Après 1979 (deuxième choc), les USA et l’Europe débloquent de nombreux crédits recherche en faveur de l’éolien Les progrès de l’aéronautique profitent à l’industrie éolienne La Nasa et Boeing développent au début des années 1980 plusieurs machines de plusieurs MW En 1986, éoliennes étaient en service en Californie avec un parc cumulé de 1,4 GW La technologie éolienne arrive à maturité au début de XXIe siècle et peut aujourd’hui sans complexe jouer un rôle industriel Les machines d’aujourd’hui: 2 à 5 MW, tripale, rotor de 70 à 100m de diamètre Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

14 Un bref historique de l’énergie éolienne
Orgue éolien du IIIe siècle Moulin du XVIIe siècle Roue éolienne (USA) Premier aérogénérateur asynchrone Eolienne à concentrateur de flux Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

15 Un bref historique de l’énergie éolienne
Eolienne de type Darrieus Eolienne bipale (5 kW) Eolienne pour bateau Eolienne moderne (2 MW) Parc éolien off shore (Danemark) Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

16 La problématique électrique
Un doublement des productions électriques en 20 ans Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

17 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’éolien mondial, Quelques chiffres En 2003, on comptait 31 GW de puissance éolienne cumulée En 2010, le parc éolien mondial atteint 200 GW, avec une croissance de 22% sur l’année 2010, soit plus de 5% de la production mondiale d’énergie L’éolien est la troisième source de production EnR, derrière l’hydraulique et la biomasse La ressource éolienne techniquement exploitable est estimée à TWh, soit le double de la consommation électrique mondiale prévue en ! Quelques rappels comparatifs Parc nucléaire français: 63 GW Consommation électrique en France 2011: environ 700 TWh (en Polynésie, de l’ordre de 500 GWh). Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

18 L’évolution du parc mondial
Des capacités de production multipliée par 10 en 10 ans. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

19 L’évolution du parc mondial
Dynamisme de l’Europe de l’Ouest dans le développement initial de l’éolien, Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

20 L’évolution du parc mondial
La Pacifique, parent pauvre de l’éolien, Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

21 L’évolution du parc mondial
Les grands acteurs, La Chine abrite depuis 2010 le plus grand parc éolien, avec près de 45 GW en service (70% du parc nucléaire français!), avec un objectif affiché de 200 GW en 2020 Les Etats Unis, acteur historique de l’éolien, abritent plus de 40 GW en service Les pays émergent se déploient: Inde (2,1 GW), Amérique du sud (0,7 GW), Afrique du Nord (0,25 GW) La croissance en Europe est soutenue mais inférieure a celle observée en Asie et Amérique du sud: parc cumulé en France d’environ 6 GW, environ 25 GW en Allemagne Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

22 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’éolien français L’énergie éolienne en pleine expansion en France, Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

23 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’éolien français Les DOM-COM, parents pauvres de l’éolien Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

24 L’éolien dans le Pacifique sud
L’éolien est diversement présent sur les îles du Pacifique sud, Nouvelle-Calédonie, Près de 100 éoliennes VERGNET, pour une puissance de plus de 38 MW. Vanuatu, 11 éoliennes VERGNET, soit une puissance de 3 MW. Fidji, 37 éoliennes VERGNET, soit une puissance de 10 MW. Et Polynésie française, 6 éoliennes PGE, soit une puissance de 180 kW… Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

25 La politique de l’éolien en Polynésie
Le Plan Pluri annuel des Investissements (PPI) de 2009, fixant à 50% d’ENR en 2020, précisait Puissance de10 MW éolien à horizon 10 ans, Un prix de rachat de l’éolien à 17 FCP. HT. Cette PPI, réactualisée début 2012, indique en préalable, la mise en place de mâts de mesure permettant de réaliser une cartographie globale des potentiels éoliens éolien sur la; il y est indiqué également un prix de rachat de 30 CFP. minimum. Et divers projets privés y sont envisagés, mais ceux-ci doivent tenir compte des limites techniques d’absorption des réseaux électriques, fixé à 30% de l’énergie utilisée Les archipels identifiés comme intéressants à ce jour sont : les Tuamotu, des vents réguliers et constant, de type Off Shore, les Marquises, des vents soutenus sur Terre Déserte, la Société, des sites à potentiel sur des îles à fortes consommations d’énergie. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

26 Le potentiel éolien en Polynésie française
Un ensemble de mâts de mesure sur toute la Polynésie, Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

27 Le potentiel éolien en Polynésie française
Les Roses des Vents de Météo France, Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

28 Le potentiel éolien en Polynésie française
Des outils et modèles mathématiques de simulations Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

29 Le potentiel éolien en Polynésie française
Des outils et modèles mathématiques de simulations Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

30 La centrale éolienne de Makemo
Une centrale pilote, hybride éolien - diesel, pour l’archipel des Tuamotu, 6 éoliennes basculantes de marque PGE, 30 kW chacune, Une centrale électrique diesel, en complément et en secours, Un ensemble de batteries pour le stockage et la régulation de l’éolien, 350 MWh produit depuis janvier 2008 (et des apports jusqu’à 70% des besoins, sur certains mois à fort vent). Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

31 La centrale éolienne de Makemo
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

32 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
L’éolien en Polynésie Les quelques projets en cours d’élaboration, Portés par EDT, Portés par la SPRES, (cf. documents ci-après) De petites éoliennes (7 kW) alimentent aujourd’hui diverses pensions dans les îles ou atolls : Maupiti, Hao, Tikehau Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

33 Un projet d’éolienne de puissance sur Papenoo
La société SPRES, en partenariat avec le constructeur français ALIZEO, est porteuse d’un projet de ferme éolienne sur l’île de Tahiti. 5 éoliennes rabattables, soit 5 MW.de puissance installée et 7 millions de kWh ( consommation de 2000 foyers), Des études vont être engagées, mise en place d’un mât de mesure (en cours), Etude de sol, Etude environnementale, Etude électrique Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

34 Un projet d’éoliennes de puissance sur Papenoo
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

35 L’éolien, une énergie d’avenir
Réduction des gaz à effet de serre, L’éolien fait partie du bouquet d’énergie renouvelable indispensable à notre moindre dépendance au pétrole et dans une politique de réduction des émissions de CO2, Un plan de développement de l’éolien en France, Selon le plan « Energies renouvelables » du ministère français du Développement Durable, l’objectif pour 2020 est d’installer 25 000 MW d’éoliennes : 19 000 MW terrestres (dont 5 074 déjà installés) et 6 000 MW en mer. La Polynésie française se doit de s’inscrire dans une telle démarche ! Une énergie créatrice d’emplois, La filière éolienne est créatrice d’emplois, pour la fabrication et l’installation. Pour atteindre les objectifs fixés par le Grenelle Environnement (puissance installée fin 2012 : 11 500 MW), il faudra installer environ 1 800 MW en moyenne annuelle. Cela implique d’après les études que la filière éolienne pourrait en 2012 générer 16 000 emplois directs (et plus de 20 000 si l’on compte les emplois indirects), dont 2 150 environ dans la gestion et la maintenance des parcs. Pour la Polynésie, cette filière pourrait créer, dans le cadre des chantiers de réalisation, les contrats d’exploitation et de maintenance, une 100e d’emplois directs et indirects. Et des emplois directs pour une grande part, hautement qualifiés ! Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » L’EOLIEN

36 Séminaire du 2 mai 2012 « Ecole des Energies Renouvelables »
La biométhanisation Avec le concours la société SPRES, Entreprise océanienne partenaire du développement durable

37 Principes généraux d’une centrale de méthanisation & compostage
La méthanisation (encore appelée digestion anaérobie) est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène (réaction en milieu anaérobie, contrairement au compostage qui est une réaction aérobie). Cette dégradation aboutit à la production : d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé digestat. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage, de biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50% à 70% de méthane (CH4), de 20% à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques traces Cette énergie renouvelable peut être utilisée sous différentes formes : combustion pour la production d’électricité et de chaleur, production d’un carburant. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

38 Principes généraux d’une centrale de méthanisation & compostage
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

39 Les déchets organiques valorisables sur Tahiti
Boues des stations d’épuration, Rejets des élevages, lisiers de porc, fientes de volaille, poules de réforme, qui posent actuellement soucis aux éleveurs, Déchets d’abattoirs (filières viandes et poissons), Déchets de la petite industrie de transformation agroalimentaire (usine de salaison, brasseurs de bières, usine de jus de fruits,…), Huiles végétales (huile de friture,…), Biomasse (déchets verts -herbes coupées-, macro-algues,…) Soit une quantité estimée tonnes de déchets organiques ! Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

40 Liste des déchets organiques validés et disponibles
Boues des stations d’épuration, Lisiers de porc, Fientes de poule, Déchets de viande de l’abattoir du Pays, Déchets de poisson du Port de Pêche, Déchets verts (herbes coupées) Soit une quantité estimée tonnes de déchets organiques retenus, suite aux études de gisements et de potentiel méthane effectuées Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

41 Séminaire « Ecole des énergies renouvelables »
Répartition du gisement de déchets organiques et potentiel de valorisation Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

42 Mise en place d’un mini-méthaniseur en laboratoire
Passage d’un pilote de 3 L. à un pilote de 10 L. dans les laboratoires de l’INRA à Narbonne Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

43 Le process des valorisations énergétique et agronomique
Déchets liquides (Lisier - STEP) Biogaz Cuve de stockage Séparation de phases Cuve de Méthanisation Cuve de Maturation Produits digérés Déchets solides Préparation broyage Digestats épaissis Phase liquide Trémie de réception Cristallisation/Stripping (struvite, engrais pur) Compostage Compost avec incorporation de déchets verts BIOFLOC ( tonnes) (5.000 tonnes) (7.000 tonnes) Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

44 Des axes de recherche dans la valorisation des digestats liquides
Lancement d’un programme de recherche appliquée avec l’IFREMER de Polynésie et de Nantes, pour la production de micro-algues à forte valeur ajoutée, à partir des digestats de la méthanisation, Etude dans le cadre de l’appel à projet Tahiti Fa’ahotu et du Pôle de compétivité mer de la région PACA Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

45 Les équipements d’une centrale de bio méthanisation & compostage
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

46 Une vue de la future centrale de méthanisation
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

47 Une implantation sur le site du CET de PAIHORO à TARAVAO
Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

48 Bio méthanisation & compostage – un projet de développement durable
Une double valorisation endogènes des déchets organiques de l’île de Tahiti : boues des stations d’épuration, des rejets des élevages de porc et de poules, des déchets l’industrie alimentaire et de la biomasse, Production d’une énergie renouvelable non intermittente : plus de 5 millions de kWh électrique (soit l’alimentation de 1500 foyers) ou 2 millions de m3 de bio méthane pour le transport et 6800 MWh thermique (chaleur), Une production de 5000 tonnes de composte « Made in Tahiti », et digestats liquides riches en nutriments (et des voies de valorisation complémentaires), Un budget d’opération de l’ordre de 1,2 milliards de francs pacifiques, Un budget d’étude de faisabilité technique et financière de 12 millions de francs, financé à 48% par l’ADEME et le Ministère de l’Energie. Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION

49 La bio méthanisation, une énergie d’avenir
Réduction des gaz à effet de serre, La méthanisation fait partie du bouquet d’énergie renouvelable indispensable à notre moindre dépendance au pétrole et dans une politique de réduction des émissions de CO2. Ce procédé évite le dégagement dans l’air du méthane, un gaz à effet de serre supérieur au CO2 ! Un plan de développement de la biométhanisation en France, Selon le plan « Energies renouvelables » du ministère français du Développement Durable, l’objectif pour 2020 est que cette énergie représente 23% des ENR. La Polynésie française se doit de s’inscrire dans une telle démarche ! Une énergie créatrice d’emplois, La réalisation de la centrale de PAIHORO, pourrait générer une 60e d’empois durables, en particulier dans le domaine de l’élevage et de l’agriculture ! Séminaire « Ecole des énergies renouvelables » LA BIOMETHANISATION