Éoliennes et performances
En matière d’Éoliennes et de performances, une habitude est prise.
Celle de vanter leurs capacités maximales de production.
Cela tient surtout aux progrès techniques accomplis dans le matériel.
Mais en fait, il s’agit surtout de marketing.
C’est le cas avec les plus grandes éoliennes de General Electric, de MingYang Smart Energy et de Siemens Gamesa.
- Haliade-X peut en théorie produire 12 MW (mégawatts) d’électricité.
- L’éolienne SG 14-222 DD affiche une puissance de 15 MW.
- Le modèle MySE 16.0-242 annonce une puissance de 16 MW
Mais aucune éolienne ne produira d’électricité à la puissance maximale (installée) mise en avant par les constructeurs.
Ce sont les lois de la physique et de la nature.
Le vent l’emportera
Aucune des éoliennes ne peut en effet changer le vent pour ses performances.
Seule notre nature le peut par contre on peut changer les performances des Éoliennes.
Une éolienne est en fait une machine qui convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique.
Et celles de notre sujet servent à produire de l’électricité (et non à moudre le grain).
Le carburant de l’éolienne, c’est donc le vent.
Et le vent est d’ailleurs une énergie renouvelable.
Mais le vent n’est jamais constant, le bougre.
Que ce soit d’ailleurs par sa force ou sa direction.
Il change à chaque instant comme une girouette.
Le problème c’est que plus le vent est fort, plus les pâles tournent vite pour produir de l’électricité.
Mais plus les pales tournent, plus elles sont soumises aux lois de la physique et de l’aérodynamisme.
Ainsi, les rotors multi-pales possèdent un couple élevé au démarrage mais ils se révèlent peu efficaces par vent forts.
D’autre part, un parc éolien constitue un maillage rectangulaire dans la surface duquel on répartit un lot d’éoliennes.
Et c’est ce rectangle d’éoliennes que l’on positionne ainsi face au vent dominant pour la performance.
Cela signifie donc qu’une éolienne n’est jamais positionnée idéalement.
Il existe pour cela existe deux type d’éoliennes :
- à axe vertical qui n’est pas tourné en direction du vent pour fonctionner. On la nomme VAWT pour Vertical Axis Wind Turbine. Ses pales tournent autour d’une tige fixée elle aussi de manière verticale.
- à axe horizontal avec des pales assemblées en hélice. Elle capte le vent de face ou de dos selon le modèle
L’énergie éolienne
De même que le temps, l’énergie électrique fournie par une éolienne est toujours variable en fonction du vent.
Mais aussi en fonction du matériel et des matériaux.
Une éolienne à axe horizontal possède un rendement supérieur à celui d’une éolienne à axe vertical.
Elle revient moins cher à la construction et s’avère par contre plus solide.
Mais il existe aussi une règle de base : une éolienne produit quatre fois plus d’énergie avec une pale deux fois plus grande et huit fois plus quand la vitesse du vent double.
Ainsi quand son rotor est 2 fois plus long, il fournit 4 fois plus de puissance.
De ce fait il vaut donc mieux mettre l’éolienne là où il y a du vent.
Malheureusement, parfois il n’y a pas de vent ou il n’a pas assez de force.
Conclusion : une éolienne ne fournit jamais sa puissance nominale (maximale) même par tempête.
Mais par contre elle produit toujours un rendement en fonction du vent :
- avec un vent trop lent, les pales ne tournent pas assez vite (minimum de à 15 km/h nécessaire en moyenne)
- avec un vent trop rapide, il faut freiner les pales (on fait pivoter).
Il faut donc un vent soufflant en permanence avec une vitesse modérée adaptée à l’éolienne.
Astuce de Green Hired : la puissance disponible du vent à un instant donné dépend du cube de la vitesse du vent….
Paramètres scientifiques
Le calcul du rendement des éoliennes et donc des performances est simple :
Pvent = 1/2 rhoAV3
La donnée “rho” correspond à la masse volumique de l’air.
Cette masse est approximativement de 1,2 kg/m³ à 20°C (au niveau de la mer).
Une fois votre calcul fait, c’est à ce moment là qu’interviennent les statistiques et les probabilités.
Il s’agit notamment de connaître la probabilité d’avoir un vent dans la bonne direction à un endroit donné.
Facile avec un doigt mouillé.
Ensuite, il faut calculer le pourcentage de temps pendant lequel le vent aura une force idéale pour notre éolienne.
On atteint rarement 50 % du temps.
Le rendement est de 20 % en moyenne pour les éoliennes domestiques.
En conclusion, les vents possèdent rarement la vitesse optimum nécessaire.
Et donc la puissance instantanée de l’éolienne est rarement au maximum.
Autre paramètre physique, la météo.
La densité de l’air impacte aussi la production d’énergie des éoliennes et donc aussi la performance.
Calcul de la puissance d’une éolienne
La puissance d’une éolienne s’exprime en kilowatts.
Le rendement s’exprime en kilowatt-heure : nombre de kilowatts fournis par l’éolienne sur une heure particulière.
C’est le rendement qui détermine l’énergie réellement produite par l’éolienne et qui est consommable
Pour le calcul c’est très simple aussi :
1/2 * Rho * S * V
- P est la puissance en watt
- Rho est la masse volumique de l’air
- S est la surface du cercle de rayon égal à la longueur d’une pâle
- V correspond à la vitesse du vent en mètre par seconde
Ainsi par exemple, pour une vitesse moyenne du vent de 9 m/s, une éolienne a un rendement de 2,4 GWh soit 2.400.000 kWh) par an.
Au final soufflez fort face au vent.
Par contre méfiez-vous toujours des performances commerciales des éoliennes dans les publicités.
Article : P. du Chélas
A situation identique, une éolienne produit 3 % de plus d’électricité quand l’air est plus froid de 10°C.
L’inverse existe aussi.
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Photo : @ General Electric
