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L'énergie éolienne

LA CONVERSION DE L'ÉNERGIE ÉOLIENNE

Ce qui est communément appelé énergie éolienne est en réalité l’énergie obtenue par la conversion, grâce à une éolienne, de l'énergie mécanique du vent d'abord en énergie mécanique utilisable. Cette énergie peut être utilisée directement, comme pour le pompage, ou indirectement :

Vent ® Mouvement de rotation (éolienne) ® Mouvement de translation ® Utilisation

Vent ® Mouvement de rotation (éolienne) ® Électricité ® Utilisation

Les éoliennes captent l'énergie cinétique du vent. La différence entre l'énergie cinétique en entrée et en sortie de l'éolienne correspond à l'énergie mécanique récupérée. La puissance mécanique disponible dépend de la vitesse du vent, de la densité de l'air (qui change avec l'altitude) et de la surface balayée par les pales de l'éolienne. Cependant, la totalité de l'énergie cinétique disponible ne peut pas être récupérée. En effet, une éolienne dévie le vent avant même que celui-ci n'atteigne la zone balayée par les pales et, à cause de la courbe en cloche de son "facteur de puissance" en fonction de la vitesse du vent, elle :

- récupèrera au maximum 59% de l'énergie cinétique du vent autour de 8 m/s,

- présentera un seuil minimum de vent pour fonctionner (entre 3 et 5 m/s).

Comme la puissance mécanique portée par le vent augmente avec le cube de sa vitesse, la production de puissance mécanique des éoliennes présentera :

- un seuil minimum de vent pour fonctionner (entre 3 et 5 m/s),

- un "plateau" de production d’énergie mécanique atteint autour de 15 m/s.

A cause du seuil et de la sensibilité au cube de la vitesse du vent, l’énergie produite devient excessivement chère dans les sites où la vitesse moyenne descend en dessous de 5 m/s. Cette énergie mécanique de rotation doit elle-même être convertie à son tour.

DIFFÉRENTS TYPES D'ÉOLIENNES

Comme montré dans la figure ci-après, le nombre de type d’éoliennes est impressionnant. Parmi celles-ci, les éoliennes à axe horizontal ont largement dominé le marché à cause de leur maturité technologique. Historiquement, les éoliennes multipales (désignées "Américan" dans la figure ci-après) ont été largement diffusées pour les installations de pompage mécanique. Puis, ce sont les éoliennes "classiques" qui se sont imposées pour la production d’électricité hors réseau. Enfin, ce sont les éoliennes bi ou tripales qui ont dominé le marché pour les aérogénérateurs produisant de l’électricité directement injectée sur le réseau.

 

L’éolienne, en tant que générateur du travail mécanique initial, est le cœur même de l’offre des entreprises du secteur éolien. Pour celles qui, dans la chaîne de valeur, se situent juste avant l’utilisateur final, le "produit" consiste presque toujours en un système clés en main destiné à remplir une fonction donnée. On peut segmenter ces systèmes en deux familles : installations autonomes utilisées en dehors du réseau électrique et celles connectées au réseau.

SYSTÈMES ÉOLIENS AUTONOMES EN DEHORS DU RÉSEAU ÉLECTRIQUE

Systèmes éoliens autonomes d’électrification

Le vent fait tourner l’éolienne (ici du type "classique") qui elle-même fait tourner une génératrice à courant continu qui charge une batterie d’accumulateurs électriques à travers un chargeur HVD (qui protège contre la surcharge de la batterie). La batterie alimente la charge en CC à travers un limiteur de décharge LVD (qui protège contre la décharge de la batterie). Le chargeur HVD et le limiteur de décharge LVD sont assemblés dans un boîtier communément appelé « régulateur de charge de batterie » ou simplement « régulateur ». Si besoin est, un convertisseur CC-CA produira le courant alternatif nécessaire.

 

Systèmes éoliens autonomes de pompage

Le stockage d’électricité coûtant plus cher que celui de l’énergie potentielle mécanique dans de l’eau placée en hauteur on préférera construire un réservoir ou un château d’eau plutôt que d’équiper un système de pompage avec des batteries.

Dans le système ci-dessus, à travers un système de transfert mécanique, l’éolienne entraîne une pompe (en général volumétrique immergée) qui, elle-même aspire l’eau par l’orifice d’aspiration et la refoule par le tube de sortie.

Dans le système ci-dessus, l’éolienne entraîne une génératrice qui cède son courant à un convertisseur à courant continu. L’électricité produite alimente un groupe motopompe (en général centrifuge immergé) qui, lui-même aspire l’eau par l’orifice d’aspiration et la refoule par le tube de sortie.

SYSTÈMES ÉOLIENS CONNECTÉS AU RÉSEAU ÉLECTRIQUE

Une installation synoptique est représentée dans la figure ci-après.

La figure ci-après montre la variation de la productivité en fonction de la vitesse du vent, telle qu’on peut atteindre avec une éolienne de 600 kW. La figure montre aussi le comportement de cette productivité en fonction du "facteur de forme", k.

En négligeant les arrêts inhérents à la maintenance préventive, on retiendra qu’au cours d’une année, le facteur de charge d’une éolienne de ce type peut varier entre 10% et 50% selon la vitesse du vent. Entre 2001 et 2010, la moyenne de celui du parc éolien de la Compagnie Éolienne du Détroit a été de 40,3%.

Compte tenu de la forte dépendance de la productivité en fonction des sites, on les choisit rarement en dessous de 25% de facteur de charge (soit plus de 6 m/s), ce qui donne une large fourchette des coûts de production, comme montrés dans le graphique ci-dessous où ils sont comparés à d’autres techniques de production d’électricité.

Convaincu ? Avec votre localisation, et exposé de vos besoins, nous pouvons vous envoyer une faire une étude adaptée à votre cas. Où que vous soyez, si une réalisation vous intéresse, alors exposez-nous votre cas en cliquant ici.

 

 

 
 
 
 
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