meteolien_rapport_douai (1)

!
!
!
Rapport'de'tests!
méthode!metEOlien!
Comparaison!de!la!méthode!metEOlien!d’estimation!du!productible!électrique!et!de!la!
méthode!classique!sur!le!site!de!Douai.!
metEOLien)sarl))7)rue)Auber))31000)Toulouse)
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
!
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Table)des)matières)
!
Objectif)..............................................................................................................................)3)
Procédure)...........................................................................................................................)3)
Les)différentes)méthodes)...................................................................................................)4)
Méthode!classique!...............................................................................................................................................................!4!
Méthode!metEOlien!............................................................................................................................................................!4!
Le)site))de)Douai).................................................................................................................)6)
Données)en)entrée).............................................................................................................)7)
La!méthode!par!mât!de!mesure!.....................................................................................................................................!7!
Le#matériel#.............................................................................................................................................................................#7#
Les#données#............................................................................................................................................................................#7#
La!méthode!metEOlien!......................................................................................................................................................!9!
Les#données#............................................................................................................................................................................#9#
Comparaison)des)productibles)obtenus)à)partir)des)deux)méthodes).................................)10)
Méthode!Classique!...........................................................................................................................................................!10!
Méthode!metEOlien!.........................................................................................................................................................!10!
Analyse)du)différentiel)de)productible)..............................................................................)11)
Tableau!de!comparaison!...............................................................................................................................................!11!
Prise)en)compte)des)incertitudes)......................................................................................)12)
Différentes!incertitudes!.................................................................................................................................................!12!
Conclusion)........................................................................................................................)15)
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tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Rapport'de'tests!
Méthode(metEOlien(
!
Objectif))
!
Ce!rapport!confronte!deux!méthodes!d’estimation!de!productible!électrique!pour!le!petit!
éolien.!D’une!part!on!étudie!la!méthode!classique!de!pose!d’un!mât!de!mesure.!Elle!
consiste!à!analyser!les!relevés!des!caractéristiques!climatiques!(Température,!pression!
atmosphérique,!vitesse!et!directions!des!vents)!du!lieu!où!l’on!souhaite!installer!une!
éolienne!puis!de!les!comparer!à!un!historique!de!10!ans.!La!seconde!méthode!se!base!
uniquement!sur!des!données!extraites!de!modèles!météorologiques!MétéoOFrance!issues!
du!modèle!AROME.!Ces!deux!méthodes!ont!été!testées!sur!trois!sites!différents.!!
La!présente!étude!est!un!rapport!intermédiaire!faisant!partie!d’une!campagne!de!tests!
sur!le!long!terme,!les!conclusions!qui!y!sont!établies!sont!une!étape!préliminaire!à!
l’amélioration!de!la!méthode!metEOlien.!
!
Procédure)
!
On!réalisera!une!étude!des!vents!complète!à!partir!de!chacune!des!deux!méthodes!sur!le!
même!site!pour!!3!emplacements!d’éolienne!à!12,!18,!24!et!30m!de!hauteur.!Les!résultats!
de!chacune!des!deux!méthodes!seront!ensuite!comparés.!
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)
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!
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Les)différentes)méthodes)
Méthode)classique)
!
Cette!méthode!est!la!méthode!la!plus!fiable!connue!et!se!découpe!en!plusieurs!étapes!
comme!suit!:!
!
: Pose%d’un%mât%de%mesure.%
Il!est!nécessaire!d’installer!un!mât!de!mesure!sur!au!point!d’implantation!de!l’éolienne!
ou!au!plus!proche,!cela!pendant!12!mois!minimum.!Afin!de!connaitre!l’exacte!ressource!
sur!le!site!il!est!nécessaire!de!connaitre!toutes!les!régimes!de!vents,!ces!régimes!se!
répètent!de!façon!cyclique!tous!les!ans.!
!
: Comparaison%et%corrélation.%
Les!données!extraites!de!ces!mesures!sont!ensuite!comparées!à!l’historique!de!mesures!
d’une!station!météorologique!voisine.!Sur!la!base!de!«!ce!qui!a!été!sera!»!on!compare!les!
données!du!mat!de!mesure!avec!10!ans!de!données!historique.!MétéoOFrance!nous!a!
fournis!les!données!de!la!station!la!plus!intéressante!(distance,!historique!complet,!
correspondance!entre!les!données)!et!nous!effectuons!une!corrélation!entre!les!deux!
sources!de!données!(mât!et!station).!
!
: Extrapolation%sur%site%et%calcul%de%productible.%
Il!faut!par!la!suite!modéliser!le!terrain!dans!un!logiciel!de!calcul!de!vent!(type!CFD).!
Deux!informations!importantes!sont!à!prendre!en!compte,!le!relief!et!les!obstacles!
environnants.!Nous!étudierons!peu!cette!partie!dans!le!rapport!puisqu’elle!est!identique!
pour!les!deux!méthodes,!elle!n’influence!donc!pas!la!différence!de!résultats.!
La!fiabilité!de!cette!méthode!s’avère!grandement!dépendante!de!la!qualité!des!données!
sources,!mesures!extraites!de!la!station!et!du!mât.!Malheureusement!les!campagnes!de!
mesures!observées!sur!les!sites!de!petit!éolien!se!révèlent!souvent!expéditives!et!ne!
permettent!pas!une!qualité!suffisante!des!données!de!vent.!En!effet!il!est!nécessaire!de!
disposer!d’un!relevé!de!mesures!sur!un!an,!ce!qui!correspond!à!un!cycle!saisonnier!
complet!sous!peine!de!réduire!significativement!la!fiabilité!des!résultats.!
!
Méthode)metEOlien)
!
La!méthode!metEOlien!consiste!à!remplacer!les!données!du!mât!de!mesure,!qui!sont!
couteuses!et!très!dépendantes!des!obstacles!environnant!le!mât,!par!une!modélisation!
numérique!de!la!climatologie!locale.!
Cette!modélisation!numérique!est!issue!des!données!MétéoOFrance.!La!procédure!
d’intégration!de!ces!données!est!issue!d’un!partenariat!avec!la!branche!recherche!et!
développement!de!MétéoOFrance.!
Par!la!suite,!les!procédures!de!d’extrapolation!sur!site!sont!les!mêmes!que!la!méthode!
classique.!
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!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
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Grace!à!cette!méthode!nous!disposons!de!dix!années!de!données!pour!lesquelles!la!
corrélation!s’avère!plus!fiable!que!sur!des!données!de!campagnes!de!mesures!tronquées!
(3!à!6!mois).!Les!incertitudes!dues!à!l’utilisation!de!modélisations!numériques!sont!
compensées!par!!l’historique!des!données!(10!ans)!et!le!partenariat!avec!Météo!France!
qui!nous!permet!de!connaitre!au!mieux!les!limites!et!particularités!du!modèle.!Ces!
éléments!nous!permettent!d’adapter!notre!méthode!pour!chaque!site.!
!
!
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!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Le)site))de)Douai)
!
L’étude!est!réalisée!sur!la!communauté!d’agglomération!du!Douai.!Le!relief!aux!
alentours!est!très!peu!accidenté.!Les!mesures!de!vent!ont!été!réalisées!à!deux!hauteurs!:!
30!m!et!40!m.!!
La!ville!de!Douai!forme!un!obstacle!important!au!nord!du!mât!et!de!la!zone!considérée.!
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)
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Données)en)entrée))
!
La)méthode)par)mât)de)mesure)
Le)matériel)
!
Le!mât!de!mesure!est!d’une!hauteur!de!40m.!C’est!un!mât!haubané!avec!des!
anémomètres!et!girouettes!déportés!de!1m!aux!hauteurs!de!30!et!40m.!Le!mât!était!
implanté!dans!un!champ!en!bordure!de!chemin!de!fer.!
!
Les)données)
!
Les!données!de!vent!sont!fournies!par!la!communauté!d'agglomération!du!Douaisis.!
!
Les!données!issues!des!deux!anémomètre!(NRG!#40)!on!été!enregistrées!!sur!le!data!
logger!à!intervalle!de!10!min!et!les!données!issues!de!girouettes!(NRG!#200P)!sont!
enregistrés!sur!le!data!logger!à!intervalle!de!10!min!sur!une!durée!de!1!an.!
!
Ces!données!sont!ensuite!triées!et!moyennées!suivant!la!méthode!suivante!:!
!
Les!données!brutes!sont!dans!un!premiers!temps!nettoyées!de!leurs!valeurs!
incohérentes!(erreur!de!l’anémomètre,!temps!de!givres,!etc.).!Elles!sont!ensuite!
analysées!pour!comprendre!le!comportement!du!vent!(vent!saisonnier,!influence!des!
obstacles!directs,!etc.).!
!
Par!la!suite!on!moyenne!ces!données!sur!une!heure!pour!effectuer!la!corrélation!
statistique!avec!la!station!météorologique!la!plus!proche.!Et!enfin!on!redistribue!les!
données!sur!dix!ans!de!la!station!météorologique!selon!les!conditions!de!la!corrélation.!
Les!données!considérées!pour!la!corrélation!avec!le!mât!de!mesure!sont!à!une!hauteur!
de!40m.!!
!
!
%
%
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
7!/!15!
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!
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
%
Synthèse%des%données%de%la%station%météo%:%
!
%
Latitude% Longitude%
Coordonnées%
50.22!
30.15!
Pas%de%temps%(h)%
1!
Échantillonnage%(min)%
10!
Début%des%mesures%
01/01/2001!
00:00!
Fin%des%mesures%
31/12/2010!
23:00!
Taux%de%recouvrement%
99,58%!
Hauteur%(m)%
10!
Vitesse%moyenne%(m/s)%
4,55!
Vitesse%max%(m/s)%
20!
A%(m/s)%
5,15!
k%
1,962!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
%
%
%
Synthèse%des%données%mesurées%après%corrélation%avec%la%station%météo%:%
!
!
%
Latitude% Longitude%%
Coordonnées%mât%
50.3407!!
3.1230!
Distance%de%la%station%
13.75!km!
Taux%de%corrélation%
89.5%!
pas%de%temps%
1h!
début%de%la%période%
01/01/2001!
00:00!
considérée%
fin%de%la%période%
01/01/2011!
00:00!
considérée%
Nombre%de%valeurs%
87!648!
possibles%
Nombre%de%mesures%
87!280!
valables%%
taux%de%recouvrement%
99,58%!
Hauteur%
40!m!!
Vitesse%moyenne%m/s%
5.22!
Vitesse%max%m/s%
19.89!
A%m/s%
5.89!
k%
2.31!
!
!
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
!
La)méthode)metEOlien)
!
Les)données)
!
Les!données!sont!fournies!par!MétéoOFrance.!Ce!sont!les!données!de!vent!à!100m!avec!
historique!de!10!ans!issues!du!modèle!météorologique!numérique!AROME.!AROME!
couvre!l’ensemble!de!la!France!métropolitaine,!tient!compte!de!la!rugosité,!de!la!
topographie!et!recoupe!l’ensemble!des!données!mesurées!par!Météo!France!(stations!
météos,!sodars,!lidars,!etc.)!avant!d’y!appliquer!un!traitement!statistique.!
!
MétéoOFrance!nous!fournit!ainsi!la!rose!des!vents,!les!régimes!de!vent!par!secteur,!les!
vitesses!moyennes!annuelles,!mensuelles,!les!aK,!etc...!
!
!
Voici%une%synthèse%des%données%obtenues%:%
#
%
Latitude%% Longitude%
Coordonnées%
50.325!
3.125!
Distance%du%point%
12.1!
synoptique%(km)%
Pas%de%temps%(h)%
1!
début%de%la%période%
01/01/2001!
00:00!
considérée%
fin%de%la%période%
01/01/2011!
00:00!
considérée%
Taux%de%recouvrement%
99,85!
(%)%
Vitesse%moyenne%(m/s)%
6,3!
Vitesse%max%(m/s)%
20,6!!
A%(m/s)%
7,1!
k%
2,45!!
hauteur%
100m!
Vitesse% moyenne% (10%
6.66!m/s!
ans)%
!
!
!
!
!
)
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
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fax. +33!5!81!34!54!75!
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9!/!15!
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Comparaison)des)productibles)obtenus)à)partir)des)deux)méthodes)
!
Méthode)Classique)
!
)
Hauteur)(m))
)
12!
)
18!
24!
30!
Productible%annuel%(MWh/a)%
Eolienne)1)
5.6!
6.9!
7.8
8.8!
Eolienne)2)
Eolienne)3)
5.9!
6.1!
7.3!
7.5!
8.4
8.6
9.3!
9.5!
Mât)
Arome)
9.9!
14.6!
9.9!
14.6!
9.9!
14.6!
9.9!
14.6!
!
Méthode)metEOlien)
#
)
)
)
Eolienne)1)
Eolienne)2)
Eolienne)3)
Mât)
Arome)
Hauteur)(m))
12!
18!
24!
30!
Productible%annuel%(MWh/a)%
6.6!
6.8!
7.5!
12.2!
17.4!
8.1!
8.4!
9.2!
12.2!
17.4!
9.4!
9.6!
10.4!
12.2!
17.4!
10.4!
10.6!
11.4!
12.2!
17.4!
#
!
On!observe!tout!d’abord!que!les!résultats!des!deux!méthodes!sont!cohérents.!Dans!les!
deux!cas!on!observe!que!la!production!de!l’éolienne!1!est!moins!élevée,!les!bâtiments!au!
sudOouest!de!sa!position!en!sont!la!principale!cause.!Au!contraire!la!position!privilégiée!
de!l’éolienne!3,!au!milieu!des!champs,!lui!permet!d’avoir!le!productible!le!plus!élevé.!
!!
!
!
)
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
10!/!15!
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[email protected]!!
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Analyse)du)différentiel)de)productible)
!
Tableau)de)comparaison)
!
Les!écarts!de!productible!ciOdessous!sont!estimés!en!pourcentage!en!prenant!pour!
référence!les!productibles!déterminés!à!partir!de!la!méthode!classique.!
!
!
)
Hauteur)(m))
!
)
12!
18!
24!
30!
!
)
Ecart!de!productible!(%)!
!
Eolienne)1)
17.86!
17.39!
20.51!
18.18!
!
!
Eolienne)2)
15.25!
15.07!
14.29!
13.98!
!
Eolienne)3)
22.95!
22.67!
20.93!
20!
#
Ecart#maximum#:#22,95%#
Ecart#minimum#:#13,98%#
Ecart##moyen#:#18,26%#
Productible%annuel%(MWh/a)%
!
Il!est!intéressant!de!noter!que!les!écarts!entre!les!deux!méthodes!varient!entre!13,98%!
et!22,95%.!!
!
Mais!allons!plus!loin!dans!l’analyse!:!
!
Ecarts%de%production%des%deux%méthodes%
Pour%les%3%implantations%
12!
10!
8!
6!
Productible!metEOlien!
4!
Productible!Classique!
2!
0!
0!
5!
10!
15!
20!
25!
30!
35!
Hauteur%(m)%
!
On!observe!sur!ce!graphique!représentant!le!productible!annuel,!estimé!par!les!deux!
méthodes,!des!3!implantations!en!fonction!de!la!hauteur!que!les!tendances!exprimées!
par!les!deux!méthodes!sont!cohérentes.!
!
Afin!d’analyser!correctement!le!différentiel!observé,!il!est!nécessaire!de!s’intéresser!aux!
incertitudes!de!chacune!des!deux!méthodes.!
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
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fax. +33!5!81!34!54!75!
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11!/!15!
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metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Prise)en)compte)des)incertitudes)
!
Les!calculs!de!productible,!que!ce!soit!pour!le!petit!ou!le!grand!éolien,!ne!sont!jamais!
exacts.!En!effet,!la!difficulté!de!prévoir!le!temps,!l’évolution!de!l’environnement,!la!
précision!des!données,!des!mesures!et!des!calculs!sont!des!paramètres!qui!influent!sur!
la!qualité!des!résultats.!!
La!comparaison!de!plusieurs!méthodes!d’estimation!de!productible!implique!une!étude!
des!incertitudes.!Ces!écarts!avec!la!valeur!calculée!vont!permettre!d’évaluer!les!résultats!
entre!eux.!!
!
N.B#:#Les#incertitudes#sur#la#courbe#de#puissance#de#l’éolienne#et#sur#les#pertes#électriques#
ne#sont#pas#pris#en#compte#car#elles#sont#les#mêmes#sur#les#2#méthodes#et#n’apportent#rien#à#
leur#comparaison.#
!
Différentes)incertitudes)
!
: Incertitude%sur%les%mesures%
L’incertitude!sur!les!mesures!prend!en!compte!le!taux!de!recouvrement!des!données!
d’entrée!(mât!ou!modèle),!la!période!de!prise!de!données,!la!perturbation!du!mât!et!
l’incertitude!sur!les!données.!
!
: Incertitude%sur%la%corrélation%
Cette!incertitude!dépend!de!la!!période!commune!d’échantillonnage!des!données!des!
deux!sources,!du!taux!de!recouvrement!des!données!et!de!la!qualité!de!la!corrélation!sur!
la!période!commune!
!
: Incertitude%sur%la%reconstitution%des%données%
L’incertitude!sur!la!reconstitution!des!données!provient!de!la!qualité!des!mesures!de!la!
stationOmétéo!(notée!de!0!à!5),!de!son!positionnement!et!de!la!période!de!disponibilité!
des!données!(ici!10!ans).!
!
: Incertitude%sur%l’estimation%du%productible%
Au!cours!du!processus!de!calcul!du!productible!il!est!nécessaire!d’extrapoler!les!données!
du!mat!de!mesure!sur!l’ensemble!du!site.!La!complexité!du!terrain!ainsi!que!la!précision!
des!données!de!topographie!et!de!rugosité!influent!sur!ce!calcul,!cela!est!pris!en!compte!
via!l’incertitude!sur!l’estimation!du!productible.!
!
: Incertitude%Totale%
L’incertitude!totale!est!calculée!en!élevant!toutes!les!incertitudes!au!carré!et!en!prenant!
la!racine!de!la!somme!des!carrés.!!
!
!
!
!
!
!
!
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
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12!/!15!
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!
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Ce! tableau! récapitule! l’ensemble! des! incertitudes! pour! les! deux! méthodes! sur! le! site!
observé.!À!titre!indicatif,!une!estimation!du!prix!de!chacune!y!est!associée.!
Incertitudes!
sur!les!
site!de!Douai! mesures!
sur!
sur!la!
sur!la!
l’estimation!
reconstitution!
corrélation!
du!
des!données!
productible!
%
incertitude!
totale!
méthode!
classique!
7%!
5%!
2%!
12%!
14.9%%
méthode!
metEOlien!
20%!
8%!
2%!
12%!
24,7%%
prix%de%référence%
de%l'étude%
% ≈3000€%(mât)!
!+!
3000€%(données)%%
+%%
étude!
%
! ≈1000€%
! tout!compris!
Productible%annuel%(MWh/a)%
!
!
!
!
!
!
Comparons!maintenant!les!2!méthodes!pour!chacune!des!implantations!en!tenant!
compte!des!incertitudes!représentées!par!les!traits!fins!
!
Ecarts%de%production%avec%incertitudes%totales%V%Eolienne%1%%
%
14!
12!
10!
8!
méthode!metEOlien!
6!
méthode!classique!
4!
2!
0!
5!
10!
15!
20!
Hauteur%(m)%
!
!
!
!
!
!
!
!
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
13!/!15!
25!
30!
35!
!
www.meteolien.eu!
[email protected]!!
!
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
!
!
Ecarts%de%production%avec%incertitudes%totales%V%Eolienne%2%%
%
Productible%annuel%(MWh/a)%
14!
12!
10!
8!
méthode!metEOlien!
6!
méthode!classique!
4!
2!
0!
5!
10!
15!
20!
25!
30!
35!
Hauteur%(m)%
!
!
!
Ecarts%de%production%avec%incertitudes%totales%V%Eolienne%3%%
%
Productible%annuel%(MWh/a)%
16!
14!
12!
10!
méthode!metEOlien!
8!
méthode!classique!
6!
4!
2!
0!
5!
10!
15!
20!
25!
30!
35!
Hauteur%(m)%
!
!
!
Ainsi,!en!sus!des!tendances!communes!aux!2!méthodes,!on!observe!que!les!incertitudes!
de!chacune!des!méthodes!se!chevauchent.!On!constate!donc!que!dans!le!cas!présent,!la!
méthode!metEOlien!est!tout!à!fait!valable!et!même!cohérente!avec!la!méthode!par!mât!
de!mesure.!
!
!
!
)
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
14!/!15!
!
www.meteolien.eu!
[email protected]!!
!
metEOlien!sarl!
!:!7!rue!Auber!:!
31000!Toulouse!
Conclusion)
!
Les!sources!de!données!du!mât!et!de!la!station!météorologique!sont!de!très!bonne!
qualité!(fait!malheureusement!rare!dans!le!petit!éolien).!Cela!augmente!la!fiabilité!des!
résultats!classiques!et!donc!de!la!validité!des!tests!sur!ce!site.!
!
Nous!constatons!sur!ce!site!que!le!productible!de!la!méthode!metEOlien!est!plus!
important!que!celui!de!l'étude!classique,!mais!cela!est!compensé!par!le!taux!
d'incertitudes!plus!important.!On!constate!que!si!l'on!prend!en!compte!les!incertitudes,!
alors!la!production!metEOlien!englobe!celle!de!la!méthode!classique.!
!
La!méthode!metEOlien!est!donc!légèrement!moins!fiable!mais!pour!autant!elle!est!
exacte.!Son!degré!de!fiabilité!incluant!presque!l'entière!production!de!la!méthode!
classique.!
!!
tel!+33!5!61!72!55!21!
!
fax. +33!5!81!34!54!75!
!
15!/!15!
www.meteolien.eu!
[email protected]!!
!