Le pompage éolien

235 Pages·11.6 MB·French

by  Joop Van Meel

ISSN0253-4703
Le pompage éolien BULLETIN FAO
D'IRRIGATION
ETDED
50
Organisation
dea
Nations
Unies
pour
l'alimentation
et
ragriculturc
C
Le pompage éolien BULLETIN FAO
D'IRRIGATION
ET DE DRAINAGE
50
par
Joop van Meel et Paul Smulders
Traduit en français sous la direction de
C. Débouche, V. Leclercq et D. Xantoulis
Orgnnisatlon
des
N.ilions
Unies
pour
l'alimentation
et
l'agriculture
Rome, 1994
Losappiiiiirn:,irnpioyéesddnscettepublicationetlaptésentat^on
desdonnéesqj>yfigurentn'inpliquenldelapartnidel'Organisation
dftsNationsUniespourl'alimentatiDnetl'agrKXilturQnidelaBanque
mondialeaucuneprisedepositionquantaustatutjuridiquedespays,
iBrriioireft,vilesouzonM.ou(teleunautarlttSi,niqwantauliaoéde
ieurefrontldfasoudmllas.
lSBN«^s-2o^4s^a
TousdroitsléservésAucunepartiedecottepubilcationnopeutctroreproduite,
miseeninëinoiredansunsystèmederecherdiebibliographiqueniiransmaesous
quelqMeformeoupatquelqueproc6d6quecesoit:élecironic|ue,mécanique,par
phoiooapteouaijire,sai»fluiGrl8alonpiéalaUa;AdtaMaruMdMi^^
auDkwMirdtlaE)i»MandniiuiiiaBam.
MlinaniMloneinortouliim.VMBdelBTennediCanadta.001QOnoiM.IMia.an
ImlquBfitIwpaaaagaaouluaaalioiisancause.
eFAO1994
pourl'éditionfrançaise
®BIRDiS'iBaanHqSutereomto.nNdi'a.Vl,e1989
Washington,O.C.20433.Etats-Unis
pourrédldonoriginalaananglala
parue80U8leHta:
parJlo«roxprpvuaffnl|Mpisfaril0:eatPfiaaunldbSoomllurUm
ISeNO«213-123M
Préface
Cettepublicationestlerésultatd'unaccordintervenuentrelaPAOetlaBanqueMondiale
pourla traductionenlangue françaisedumanuelpubliéenanglaisdanslasérieBulletin
TechniquedelaBanqueMoiuiialeN'.101,SérieIndustrieetEnergie.
DeiKHnbreusesrégionsruralesdumondeontgrandementbesoindesystèmesdepoiqnge
d'eaufiablesetbonmarchépourlesbesoinsdomestiques,pourlebétailetpourrirrigarion
àpetiteéchelle.L'éolieniieutiliséedepuisdessièclespourl'exhauredel'eau,maislargement
abandonnéeaprèsl'intioductiondesponqieskmoteur(fonctionnantfjbûbstHeaMsstavecdu
gas-oiloudukérosène)etélectriques,concuirenceavantageusement,maimenant,lesautres
techniquesdepompage.
L'éolienneclassiquemultqwlesquiétaitd'utilisationcourantedanslesgrandesplainesdes
USA jusqu'en 1940 est encore fabriquée aujourd'hui. Cependant, les ingénieurs ont
récemmententreprisdesaméliorationsdanslaconceptiondecespompesetlesontadaptées
auxpaysenvoiededéveloppement.
Depuislacrisepétrolièrede 1973quiamenéàuneaugmentationsubstantielleduprixdes
hydrocarbures dérivés du pétrole, il y a eu un intérêt grandissant pour les énergies
renouvelables éolierme etsolaire enparticulier. Dans les 10 dernières années, uneffon
considérableaétéentreprispourledéveloppementetlapromotiondespompesédiennes.
Quelquesmilliersdepompeséoliennes "modernes"ontétéinstalléesenprojetspilotesdans
lespaysenvoiededéveloppement. D'importantesleçonspeuventêtretiréesdecesprojets.
Primo, il a été prouvé à plusieurs reprises que, là où de boiuics condiiioiis existent,
Tutilisationdesédiemesestéconomiquementjustifiée. Secundo, lafiabilitédespompes
manufacturéeslocalement,sansl'utilisationdepiècescoûteusesimportées,aétédémontrée.
Tertio, laconclusiongénéraledesétudesestqu'ilexisteuneplacepourledéveloppement
futurdupompageéolien.Onpeuts'attendreàcequel'augmentationdesconnaissancesetde
lafabricationd'éoliennes,diminueraleprixdupompage.
Lapublicationdecemanuelestissued'uncongrèsinternationalsurlepompageéolientenu
enoctobre1984àAmersfoort,Hollande^Suiteauxpropositionsdececongrès,laBanque
MondialeetleProgrammedesNationsUniespourleDéveloppement(PNUD)introduisaient
unProgrammed'EvaluationGlobaledePompageéolien(GWEF)^.
LepremierobjectifdoGWEPest"degénéreretdedifftaserTinfiormatkinetlesanalysesdont
les utilisateurs d'eau, les décideurs nationaux et les agences financières nationales et
internationales ont besdnpour évaluer les mérites technologiques et économiques du
pompageéolien".
Le congrès était sponsorisépar la Banque Mondiale, le PNUD et le Gouvememeat
NéerlandaisetétaitorganiséparleCWD.
Enanglais:GlobalWiodPumpEvaluationProgranune.
"ThXs On©
iiiiiiiii'iir.
BBCS-C9U-6RF3
Copyrightedmaterial
iv
En1986, la Banque MondialeetlePNUDont confiéauSeniceConsultatifdel'Energie
EoliennedesPaysenVoiedeDéveloppementiCWD)',latâchederéaliserlaphaseinitiale
duGWEP.CeprojetinitialestsupponéparlacontributionduGouvernementHollandais,la
ConmiiiHnitéEuropéenne, lefinidOPECpourleDfivdoppaneiitInteinatioual, l'Agenoe
Britannique pour le Développement Outremer, l'Agence des Etats Unis pour le
DéveloppementInternationaletlePNUDEnergyAccount. Lescontributionsdesdonneurs
étaientfourniespardesarrangementsdepartagedescoûtsparlePNUDEnergyAccount.
LaBanqueMondialeaservid'agpnoed'exécutionduprogiammeetaaurttntfbundla
coonfinationetlepilotageteclnkioe.
Outrelapréparationdecemanuel,CWDétaitchargedepréparerdesétudessur:
a tasituationactuelleetlesperspectivessurlepompageéotiendansuncertainoombie
depays;
o lestestsdepompeséoliennesetdesprocéduresdecontrôle.
Uneannexeaétéajoutéeaumanuelquis'intitule"testetcontrôledessystèmesdepompage
éoliensurleterrain". C'estlapanie2d'unrapportdePeterOostendorpetDickVeldkantp
intitulée "RecommendedpracticesfortesungotwaterpumpingwindmiUs'.
Le manuel est présenté comme un équivalent de l'excellent "Solar Water Pumping
Handbook" deKennaetGillet,publiéen 1985parIntermediateTechnology Publications^,
etutiliselamêmestructure.Auxendroitsappropriés,lestextesdu"SolarHandbook"sont
citésetsignaléscommeléférences.
Enanglais:CoosultancyServicesWindEœrgyDevelopiogConntries.
JeffKennaetBinGillet.SolarWaterPumping»aHandbook,TbeWorldBank,Washingion.
US, etMonsieurWilliamHskrow«IFsctemdres, UK,pnb. IntermediateTechnaiogy
Publication.198S.
Copyrightedmaterial
Lepompageéolien V
Table des matières
Page
INTRODUCTION
1
1 POMPAGEEOLIEN:POUROUI? 3
1.1 Brefhistoriquedel'utilisationdesmoulinsàvent 3
1.2 Débitdel'eauetbesoinsénergétiques 5
L3 F.valiiatinnd'unsiteéolien 9
1.4 Applicationst>i)iquesdupompagedel'eau 13
1.5 Viabilitédupompageéolien 17
2 TECHNOLOGIEDRSPOMPESEOLIENNES 21
2.1 Typesdepompeséoliennes 23
2.2 Elémentmoteur:lemoulinàventmécanique 25
2.2.1 Compositiondumoulinàvent 25
2.2.2 Caractéristiquesdumoulinàvent 28
2.3 Lapompeàpiston 2?
2.3.1 Description 29
2.3.2 Caractéristiquesd'unepompeàpiston 32
2.4 Couplaged'unmoulinàventetd'unepompeàpiston 35
2.5 Performancedusystèmedepompageéolien 38
2.6 Stockageetdistribution 41
2.6.1 Stockaged'eau 4M1
2.6.2 Distribution
2.1 Quelmoulinàventchoisir? 45
3 DIMENSIONNEMENTDESPOMPESEOLIENNES 42
3.1 Etablissementdesbe.soiaseneau 49
3.1.1 Irrigation 51
3.1.2 Besoinseneaupourl'approvisionnementrural 52
vi
Page
3.2 Calculdelapuissancehydrauliquenécessaire 53
3.3 Déterminationdesressourcesénergétiqueséoliennesdisponibles 54
3.4 Déterminationdumoisdeprojet 56
3.5 Dimensionneraentd'unsystèmedepompageéolien <j/
3.5.1 Considérationssurlechoixd'unepompeéolienne 57
3.5.2 Uneproductionélevéeouuneproductionrégulière 5Q
3.6 Préparationdesspécificationsfinales 6Q
niMFN^IONNFMFNTHFPFTIT.S.SYSTF.MF.SAITFRNATIFS
DEPOMPAGED'EAU 71
4.1 Déterminationdesbesoinsmensuelsenénergiehydraulique 73
4.2 Déterminationdesressourcesénergétiquesdisix)nibles 71
4.3 Déterminationdumoisdeprojet 73
4.4 Dimensionnementdelasourced'énergieetdelapompe
4.4.1 Pompeséoliennes 75
4.4.2 Pompes.solaires IJ
4.4.3 Pompesactionnéesparmoteur /O
4.4.4 Pompesmanuellesetàtractionanimale 79
FVAI.IJATIONFINANCIERE fniil
5.1 Analyseéconomiqueetfinancière foill
5.2 Méthodedecomparaisondescoûtssimplifiéspourdestechniques
depompageàpetiteéchelledansunesituationdonnée
5.3 Informationsgénéralessurlescoûts 93
5.3.1 Informationssurlescoûtsdespompeséoliennes 93
5.3.2 Coûtd'autressystèmesdepompage y/
5.4 Comparaisongénéraledescoûtsunitairesdel'eaupour
lesdifférentestechniquesdepompaged'eauàpetiteéchelle 99
LOGISTIQUEETASSISTANCE 105
6.1 Achatd'unepompeéolienne 105
61.1 Fabricationlocale:unealternativeintéressante 107
6.2 Installation,fonctionnementetmaintenance 107
621 Insrallaiinn 107
fi22 Fonctionnementetmaintenance inQ
Lepompageéolien vil
Page
6JÎ Suivietévaluation 112
6.3.1 Aspectsducontrôleetdel'évaluation 112
6..1.2 Suivietes.sai lia
6.3.3 Mesuressimplescumulées 115
fi.4 Maind'oeuvreetbesoinsdeformationpourl'installation m
d'ungrandnombredepompeséoliennes
ANNFXFS
m
AnnexeA I.esressourcesénliennes
AJ l£ventàl'échellemondiale 12Û
Â.2 Informationsnécessairessurlevent 1m24
A.3 Lesventstraduitsengraphiquesetenchiffres
AnnexeB Détailsdelaméthodologiededimensionncment 137
B.1 Equationsutiliséespourlaméthodededimensionnement
duChapitre3 121
B.2 Dimensionnementcompletetméthoded'évaluationdudébit 139
R3 Modèled'évaluationdudébit 141
B.4 Dimensionnementduréservoirdestockage 145
AnnexeC Méthodesimpledecalculducoûtdepompagedel'eaupar
unepomF>eéolienne,unepompeàmoteuretui^pompesolaire 141
m
Cl Coûtdepompagedel'eauparunepompeéolienne
C.2 Coûtdepompagedel'eauparunepompeàmoteur 15Û
C.3 Prixdepompagedel'eauparunepompesolaire 152
CA Lefacteurd'annuité 155
AnnexeD Exemples 152
ExempleD.l :IrrigationdanslazonesècheduSriLanka 152
ExempleD.2:AppSraooviFsiiloipnen,emCeanptVeenrteauduvillagede 1^
m
AruiexeE Fichestechniquesvierges
AimexeF Exemplesdedossierdeconsultationpourl'acquisition m
depompeséoliennes
F.l Instructionpourlessoumissionnaires mion
F.2 Spécifications
F.3 Questionnairepourlessoumissionnaires ISfi
Prixetlivraison
uiii
Page
AnnexeG Testetcontrôledessystèmesdepompageéolien
enr.nnditionsnahirelles L22
ni Introduction IS9
G.1.1 Lemanuelpourl'évaluationcomparativedes
performancestechniquesetéconomiquesdes
systèmesdepompaged'eau 199
G.1.2Aperçusurlesprocéduresdetests 200
G.2 Exigencesauniveaudupersonneletdel'équipement 201
G.2.1Qualificationdupersonnel 201
G.2.2Equipementdemesurerequis 201
G TollectedesdonnéesaudébutdestesLs 2û5
G.3.1 Informationsgénérales 205
G.3.2Personnesimpliquées 205
G.3.3Sourcesd'eauetconstructiondupuits 206
G.3.4Résuméderexpcriencedefonctionnement 207
G.3.5Descriptiondessystèmesdepompageéolien 209
G.3.6Descriptiondusite 209
GA Testsdecourtedurée 21Û
G.4.1Objectifs 210
G.4.2Prott>coiedestests 21Û
G43Réductiondesdonnées 2L5
G.5 Essaisdelonguedurée 218
G.5.1 Le"système"pendantlesessaisdelonguedurée 218
G.5.2Mesuresetcollectededonnéespendantlesessais
delonguedurée 219
G.5.3Traitementdesdonnéesdesessaisàlongterme 225
G.6 Hauteurmanométriquetotale 233
RIRIIOGRAPHIE 235
r.InSSAIRFFTCONVERSIOND'IJNITFS 2àl
Lepompageéolien
Liste des figures
Page
1. Débitd'eautechniqueetutile 4
2. Planschématiqued'unsystèmedefournitured'eaud'unvillage
montrantlescinqprincipauxcomposants 6
3. Planschématiqued'unsystèmed'irrigationàpetiteéchellemontrant
HA. IClICAuwifc1 Uuiiouuajraiviiiwuwi/viiipu^vvj^ciu
5. Compositiondelahauteurmanométriquetotaledepompage 10
6. Exemplesdevariationsmensuellesethorairedelavitesseduvent,Khartoum 12
7. Abaqued'estimationdudébitd'unpompaged'eaud'unmoulinàvent 14
8. Planschématiqued'unsystèmedepompageéolienpourlafourniture
desbesoinseneaudomestiqueetdubétail 22
9. Typesdepompeséoliennesclasséesselonleurmodedetransmission 24
10. Compositiondesmoulinsàventmécaniques 26
11. i^ouroescaraciensiiijuessansuimensionoesroiorsqcspompes
mécaniqueséoliennes:couple-vitesseetpuissance-vitesse 30
12. Pompesàpistonutiliséesencombinaisonaveclesmoulinsàvent il
13. Coupled'unepompeàpistonenfonctiondutemps 32
14. Indicationapproximativedudomained'applicationdesdifférentstypes
iv\iife*r(.vM\JrIïIiI(r,v^»rc>/c»inlfCwolmIHliL/rIiIîUilltâVcJnIniaavVfC^\r.*rlIfC*AcmI1r1vWiUi1l1iIn1e3<àXvVpCrIiIfl
15. Couplagedemoulinàventetd'unepomp>eàpiston 36
16. Réservoirsdestockaee nrincioesdeconstruction 42
17. Etapesàfranchirpourl'évaluationetlaconceptiond'uneinstallation
depompage 48
1189.. TI.a'uexauddeancsroliesssaonlcedelacultureenfonctiondel'humiditédusol 5m0
20. Abaquededéterminationdeladimensiondurotord'unepompeéolienne 62
21. Abaquepourdimensionnerlapomped'unsystèmedepompageéolien 64
22. Abaquepourlechoixdelacourseetdudiamètredelapompeàpiston 66
23. Pertedechargedetuyauxlissespourdifférentsdiamètresintérieurs 68
24. Nomogrammepourdéterminerlapuissancehydrauliquemoyennerequise
enfonctiondudébitetdelachargetotale 72
25. Nomogrammepourledimensionnementapproximatifdespompeséoliennes
etsolaires 74
26. Nomogrammepourledimensionnementapproximatifdespompesactionnées
avecmoteur 77
27. Graphiquepourledimensionnementapproximatifdespompesmanuelles
etàtractionanimale 78
28. Prix(àlasortiedel'usine)depompeséoliennes 92
29. Tendancesenmassespécifique(kgparnrdesurfacederotor)depompes
éoliennesclassiquesmulti-palesetdeprojetsdepompeséoliennesmodernes 94