Modernisation des données de réanalyse pour WEST et impact sur le potentiel éolien analysé: implantation des réanalyses ERA5

Résumé

L’évaluation des ressources éoliennes est une étape importante pour l’installation d’un parc éolien. Le laboratoire de recherche du Centre Météorologique du Canada (CMC) d’Environnement Canada (EC) a développé un outil de simulation d’énergie éolienne (WEST) pour l’industrie de l’énergie éolienne. WEST est basé sur le modèle à méso-échelle MC2 (Canadian Mesoscale Compressible Community Model), le modèle micro-échelle MSMicro ainsi qu’un module statistique permettant d’obtenir la climatologie du vent régional à plus hautes résolutions. WEST a notamment été appliqué sur la région de la Gaspésie et sur les régions montagneuses du Yukon afin de simuler le vent en terrain complexe. WEST utilise présentement les réanalyses NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research). Toutefois, les rénalyses NCEP s’avèrent désuètes. Plusieurs auteurs démontrent que les données de réanalyse de l’ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) ERA5 (ECMWF Reanalysis 5th Generation) offrent de très bonnes performances et que sa fine résolution est prometteuse pour le développement de l’énergie éolienne. Toutefois, d’autre recherches ont démontrées certaines déficiences de prédiction sur les vitesses de vent qui peuvent conduire à une sous-estimation de la production d’énergie éolienne, particulièrement dans les régions ayant une topographie complexe. L’objectif du projet consiste donc à tenter de moderniser le modèle WEST en modifiant la base de données de réanalyse NCEP 2,5° par ERA5 à 0,25° et d’évaluer l’impact sur le potentiel éolien modélisé pour la région de la Gaspésie. La nouvelle base de données est incorporée dans le schéma de classification géostrophique de WEST afin d’améliorer les tables fréquentielles. Ensuite, une analyse statistique est faite sur les résultats obtenus. Les résultats sont comparés aux données d’anémométrie provenant d’une campagne de mesures faite par le Ministère des Ressources naturelles du Québec (MRNQ) et EC. Il est montré que l’incorporation de ERA5 dans le modèle WEST ne donne pas le rendement escompté. Les résultats montrent que ERA5 à 0,25° n’améliore pas les tables fréquentielles, principalement par rapport à la fréquence de la vitesse et à la direction du vent géostrophique (Vg). En fait, cette mauvaise performance rend pratiquement impossible l’utilisation de réanalyse avec la base de données ERA à 0,25° telle qu’elle est. Cela se traduit par une variabilité accrue localement, qui n’est toutefois pas toujours présente selon le domaine analysé. Or, la moyenne du module de Vg (VGM) a permis de montrer qu’il existe une réduction des pressions au niveau de la mer qui cause une anomalie dans le gradient de pression qui lui définit le Vg sous la montagne. Il est donc essentiel d’apporter une correction à l’erreur des Vg amplifiées par le relief et d’utiliser les réanalyses ERA5 sur les niveaux du modèle (ETA) (dataset = "reanalysis-era5-complete", et non dataset = "reanalysis-era5-pressure-levels"). Une évaluation de la distribution spatiale des histogrammes du module |Vg| et des roses des vents Vg a permis de mettre en évidence les directions erronées et les vitesses surestimées de ERA5 à 0,25° et qui disparaissent lors de l’usage avec ERA5 ETA. WEST demeure un modèle intéressant pour fournir des champs de vent près de la surface. C’est un outil très important dans l’industrie de l’énergie éolienne. Ainsi, en modernisant les données de réanalyse WEST, il est possible d’améliorer grandement la capacité du modèle à simuler les vents dans des zones potentielles pour le développement d’un parc éolien.

Date	21 juil. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice)) & Robert Benoit (Codirecteur(-trice))