URL: https://linuxfr.org/users/killruana/journaux/retour-sur-foehn-et-le-parc-eolien-de-la-haute-borne Title: Retour sur Foehn et le parc éolien de la Haute Borne Authors: jtremesay Date: 2022年10月20日T23:20:03+02:00 License: CC By-SA Tags: foehn, eolienne, énergies_renouvelables et écologie Score: 44 L'autre jour, j'ai balancé un [journal bookmark](https://linuxfr.org/users/killruana/journaux/foehn-exploration-des-donnees-scada-du-parc-eolien-de-la-haute-borne) un peu vide. Je vais profiter de ce journal pour détailler quelques points. # Disclaimer Je suis lead dev chez [Sereema](https://sereema.com), 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](https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89olienne) 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](https://energie-partagee.org/premieres-fondations-grande-levee/). 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](https://www.infociments.fr/ouvrages-au-service-des-energies-renouvelables/tours-deoliennes-de-grande-hauteur) ou en [bois](https://www.revolution-energetique.com/en-suede-une-eolienne-en-bois-ouvre-la-voie-dune-production-commerciale/). 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](https://pdf.archiexpo.com/pdf/vestas/2-mw/88087-377613.html)). C'est aussi suffisamment large pour contenir un ascenseur. Vous pouvez voir un tronçon de tour [ici](https://www.usinenouvelle.com/article/photo-tech-ascenseur-pour-l-echalas.N1876362). - 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](https://www.notre-planete.info/actualites/4183-energie-eolienne-France-2014), 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](https://www.revolution-energetique.com/leolienne-geante-haliade-x-encore-plus-puissante-que-prevue/). 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](https://www.journal-eolien.org/tout-sur-l-eolien/le-recyclage-des-pales-eoliennes/). # SCADA data On appelle [SCADA](https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_contr%C3%B4le_et_d%27acquisition_de_donn%C3%A9es) (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](https://fr.wikipedia.org/wiki/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](https://opendata-renewables.engie.com/explore/dataset/d543716b-368d-4c53-8fb1-55addbe8d3ad/information) 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](https://www.greenbyte.com/). Ça affiche des données, ça génère des graphes, ça envoi des alertes, c'est pratique et mignon. # Foehn [Foehn](https://foehn.slaanesh.org/) est un truc muche que j'ai écrit à la rache avec [Django](https://www.djangoproject.com/) (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 ~~stupide~~simple 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](https://en.wind-turbine-models.com/turbines/888-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](https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89olienne#Formule_de_Betz)). 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](https://www.lefigaro.fr/secteur/high-tech/6000-eoliennes-allemandes-touchees-par-une-cyberattaque-russe-20220302) 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](https://www.openstreetmap.org/#map=15/48.4569/5.5847) 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](https://www.youtube.com/watch?v=mQuvYQmdbtw) 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] (https://linuxfr.org/users/killruana/journaux/foehn-exploration-des-donnees-scada-du-parc-eolien-de-la-haute-borne#comment-1904395) (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](http://coeurdupayshaut.fr/gedExt/contenu/SODEGER/Capacites_Techniques_Financieres.pdf). 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](https://www.hellowatt.fr/suivi-consommation-energie/consommation-electrique/moyenne). # The future Je ne pense pas faire évoluer le projet plus que ça. J'ai d'autres trucs en cours. Mon [FPGA](https://linuxfr.org/tags/kfpga/public) (toujours pas mort, y'a eu un [reboot](https://github.com/killruana/kfpga/commits/master) 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](https://linuxfr.org/users/killruana/journaux/computer-graphics-de-scratch-de-gabriel-gambetta) (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](https://www.megaprocessor.com/) 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 :)

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