Quel est le rendement d’une éolienne ?

L’énergie éolienne fait partie des énergies renouvelables. Ce type d’énergie propre va fonctionner grâce aux éoliennes. Les éoliennes, sortes de moulins à vent modernes, sont une installation génératrice d’énergie qui fonctionne grâce à la force du vent et permet l’autoconsommation de la personne ou l’industrie qui l’utilise (tant qu’il y a du vent). Cette force motrice va faire tourner les hélices de l’éolienne qui vont faire fonctionner une turbine. Grâce à toutes ces actions et à un générateur, l’éolienne va alors produire de l’électricité. Quelle quantité d’électricité peut-elle produire ? Quel est le rendement effectif d’une éolienne ? Alpiq fait le point. 

Quelle est la puissance d’une éolienne ?

Pour calculer le rendement d’une éolienne, il faut d’abord s’intéresser à la puissance. La puissance d’une éolienne va différer selon le type d’éolienne et selon le vent. En effet, l’un des plus gros inconvénients de l’énergie éolienne est qu’elle est intermittente car elle est dépendante de la vitesse du vent. 

Les différents types d’éolienne

Une éolienne peut être installée sur la terre (on parle d’éolienne terrestre), ou dans la mer (on parle d’éolienne hydraulique ou offshore). Il existe 3 types d’éolienne :

  •     Éolienne horizontale : la plus répandue, les hélices tournent autour d’un axe horizontal
  •     Éolienne verticale : moins connue, les pâles tournent autour d’un axe vertical
  •     Éolienne domestique : il s’agit de mini-éolienne pour particulier

Dans tous les cas, il est possible de calculer sa puissance, et se rendre compte de son rendement effectif. 

L’éolienne produit une énergie naturelle et décarbonée. Elle présente de nombreux avantages : elle ne nécessite aucun carburant pour fonctionner, ne crée ni gaz à effet de serre ni déchets toxiques ou radioactifs, et ne dégrade ni la qualité de l’air, ni celle des eaux ou des sols. Pour favoriser le développement de l’éolien, les ménages peuvent souscrire une offre d’électricité verte. Afin que la transition énergétique soit accessible à tous, Alpiq propose une offre d’électricité verte moins chère que les tarifs réglementés de l’électricité. Une manière de protéger votre pouvoir d’achat et l’environnement ! 

La production d’une éolienne

La production d’électricité d’une éolienne est fortement variable au cours du temps, en fonction de la puissance du vent. En effet, une éolienne est capable d’atteindre sa puissance maximale (appelée aussi puissance nominale) si les vitesses du vent sont optimales. Si la vitesse est trop lente, le vent ne va pas pouvoir faire tourner les pales assez vite. Si la vitesse est au contraire trop rapide, le vent va entrainer les pales trop vite. Il faudra dans ce cas intervenir pour réduire la vitesse de rotation et ainsi éviter des perturbations aérodynamiques qui risqueraient d’endommager les pales.

Sa puissance s’exprime en kilowatts ou en mégawatts (1 mégawatt = 1000 kilowatts) et son rendement en nombre de kilowatts fournis par l’éolienne sur une heure particulière (kWh).

Le calcul de la puissance d’une éolienne

La puissance en kilowatts peut se calculer avec cette formule : 1/2 * Rho * S * V (Rho étant la masse volumique de l’air, S la surface du cercle de rayon égal à la longueur d’une pâle, et V la vitesse du vent en mètre par seconde).

Plusieurs éléments viennent déterminer la puissance de sortie (c’est-à-dire le nombre de kilowatts - h produits) – donc le rendement – d'une éolienne :

  •     La vitesse du vent : une éolienne a besoin d’un vent minimum pour que les pales se mettent à tourner, et elle s’arrêtera si les vents dépassent 90 km/h
  •     La zone d’implantation : les éoliennes, et notamment lorsqu’il s’agit de parc éolien, vont se situer dans des régions venteuses 
  •     Les tailles de l’éolienne et la hauteur des mâts
  •     Le diamètre du rotor : il correspond au double du rayon formé par les pales
  •     La masse volumique de l'air : elle varie selon la température, la pression et l'humidité de l’air
  •     Le nombre de pales : trois (le plus souvent) ou deux
  •     L’inclinaison des pales : horizontale ou verticale
  •     Le rendement mécanique de la turbine éolienne vers l'axe des aérogénérateurs : il s’agit de la performance qui permet de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique
  •     Le rendement électrique des aérogénérateurs : ou performance qui permet de transformer l’énergie mécanique en électricité 
  •     La limite de Betz : si le vent sort à la même vitesse que celle à laquelle il rentre pour faire tourner les hélices, la puissance collectée est nulle. 
Le saviez-vous ?

Les éoliennes sont considérées comme des énergies intermittentes. En effet, elles ont besoin de vent pour tourner. Elles tournent environ 95% du temps selon l’association France Energie Eolienne (FEE).

Comment calculer le rendement d’une éolienne ?

Le rendement correspond au rapport de l'énergie utilisable produite par une machine par rapport à l'énergie qui lui a été fournie. Le rendement d’une éolienne correspond donc à la quantité d’énergie qu’elle va effectivement produire et qui est consommable.

Les meilleurs rendements tournent autour de 65 %. Cependant, certaines éoliennes n’arrivent qu’à atteindre un rendement compris entre 30 et 50%, à cause de pertes mécaniques de la conversion d'énergie du rotor vers la génératrice, ou de pertes électriques de l’aérogénérateur.

Le rendement d’une énergie verticale ?

L’éolienne verticale se présente sous différents modèles :

  •     L’éolienne Darrieus : idéale pour les zones en bord de mer ou les plateaux très venteux car elle résiste bien aux vents violents
  •     L’éolienne Savonius : à l’instar du modèle précédent, cette éolienne est capable de fonctionner même avec des vents très faibles
  •     L’éolienne à voilures tournantes : elle offre le plus haut rendement par rapport aux autres modèles car ses pales s’adaptent et s’orientent selon le sens du vent

Même si ces modèles vont atteindre des puissances très différentes, elles n’excèdent rarement 1 mégawatt par an.

 

Rendement d’une énergie domestique

Cette mini-éolienne à usage domestique peut être verticale ou horizontale. Sa puissance minimale est de 100 watts(soit 0,1 kilowatt), et sa puissance maximale de 20 kilowatts.

Ainsi, si sa puissance est de 5 kilowatts, son rendement annuel sera compris entre 5 000 et 20 000 kWh.  

Bon à savoir

L’éolien domestique est un moyen de passer à l’autoconsommation et de produire sa propre électricité. Toutefois, cette solution reste relativement chère puisqu’une éolienne domestique coûte a minima 10 000 €. C’est pourquoi, les ménages préfèrent souvent opter pour des panneaux solaires. Plus économiques, ils s’insèrent facilement sur la toiture.

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