Contexte
Parmi les sources renouvelables, l’énergie éolienne apparaît comme une solution vitale en raison de son coût de production relativement faible, de son empreinte physique réduite et de ses émissions de carbone quasi nulles pendant son fonctionnement. Bien que l’énergie éolienne ne contribue actuellement qu’à environ 6 % de la production d’électricité au Canada, la demande croissante d’énergie renouvelable et l’incertitude quant à la production future d’hydroélectricité font de l’énergie éolienne une source essentielle pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de carbone du Canada.
Cependant, les ressources éoliennes sont très variables dans le temps et dans l’espace, et ces fluctuations devraient s’intensifier avec le changement climatique, ce qui pose des problèmes importants pour la fiabilité et la cohérence de cette source d’énergie. Ce projet introduit de multiples innovations pour relever ces défis, depuis l’identification des sites optimaux pour les parcs éoliens jusqu’à l’amélioration des pratiques opérationnelles liées à la production d’énergie éolienne.
Par exemple, l’idéal pour un site de production d’énergie éolienne serait d’avoir un vent dominant stable. En outre, un vent plus fort ne signifie pas nécessairement une énergie éolienne plus élevée, car les éoliennes ne fonctionnent qu’à l’intérieur d’une plage opérationnelle : la vitesse du vent doit être suffisante pour que les éoliennes puissent fonctionner (> 4 m/s), mais pas trop non plus (< 25 à 30 m/s), sinon les éoliennes s’arrêtent pour éviter d’être endommagées. Lors de l’évaluation du potentiel de production d’électricité d’un site, il est important de savoir à quelle fréquence la vitesse du vent dans la direction dominante se situe dans la plage opérationnelle.
Mais les données sur la direction du vent sont rares dans de nombreux jeux de données climatiques in situ accessibles au public ; en outre, les éoliennes fonctionnent bien au-dessus des stations in situ qui mesurent le vent proche de la surface. D’autre part, compte tenu de la variabilité et du changement climatiques accrus, il est important d’évaluer la faisabilité des installations de production dans le climat futur et de soutenir l’exploitation des parcs éoliens à l’aide d’un système de prévision météorologique à court terme à des échelles temporelles et spatiales fines.
Description
L’objectif principal de ce projet est de combler les lacunes des données historiques sur le vent in situ et des technologies de modélisation disponibles pour projeter et prévoir le vent en utilisant un certain nombre d’innovations qui permettent (1) d’identifier les sites idéaux pour la production d’énergie sur la base du climat historique, (2) de déterminer les défis et les opportunités pour la production d’énergie éolienne au Canada dans le cadre du changement climatique, et (3) d’informer l’exploitation des parcs éoliens en fournissant des prévisions à court terme améliorées. Ce sera la première étude canadienne à réunir ces trois aspects dans un projet intégré.
L’une des principales contributions scientifiques sera l’identification des causes des variations de la vitesse et de la direction du vent, en les attribuant à la variabilité naturelle du climat et au changement climatique anthropique. Cela permettra d’approfondir notre compréhension de la dynamique du climat et de son influence sur la production éolienne. Les projections éoliennes actuelles ont une résolution spatio-temporelle grossière et ne sont pas facilement disponibles pour la prise de décision. Le projet développera de nouvelles méthodologies et de nouveaux algorithmes pour la réduction d’échelle spatio-temporelle de la vitesse et de la direction du vent dans un climat changeant, ce qui améliorera la planification à long terme de la production d’énergie éolienne. En outre, le développement de nouveaux algorithmes ML/AI (Machine Learning / Artificial Intelligence) améliorera les prévisions de vent à des résolutions temporelles et spatiales fines, stimulant ainsi l’efficacité opérationnelle des installations d’énergie éolienne. Elmira Hassanzadeh, chercheuse principale, concentre ses recherches sur l’amélioration de la compréhension, de l’évaluation et de la représentation de l’impact du changement climatique sur des variables clés, couvrant des éléments hydroclimatiques tels que les précipitations et les inondations, ainsi que les vagues de chaleur et le niveau de la mer. Dans l’équipe du projet, elle est secondée par Julie Carreau (Polytechnique), une spécialiste du climat et de l’hydrologie qui possède une expertise croissante des méthodes d’apprentissage profond, et Ali Nazemi (Université Concordia), un expert en hydroclimatologie et en modélisation mathématique impliqué dans le développement de nouveaux algorithmes et de nouvelles méthodologies pour diagnostiquer, décrire et évaluer la variabilité et les changements liés au climat. La collaboration interdisciplinaire entre ces chercheurs améliorera le transfert technologique vers la communauté élargie, en veillant à ce que les avancées réalisées dans le cadre de ce projet soient accessibles et applicables.
Équipe de recherche
Elmira Hassanzadeh, Département des génies civil, géologique et des mines, Polytechnique Montréal (chercheuse principale)
Julie Carreau, Département de mathématiques et de génie industriel, Polytechnique Montréal
Ali Nazemi, Département de génie du bâtiment, civil et environnemental, Université Concordia