Ce qu'il faut savoir sur les éoliennes.
Qu’est ce qu’une éolienne ?
Une éolienne est constituée d’une dynamo (nommé alternateur) et de pâles. La dynamo est actionnée par la poussée du vent sur les pâles. Les éoliennes horizontales domestiques présentent également un empennage. Certaines éoliennes sont également munies de multiplicateurs (boites de vitesse) et de freins. La forme des pâles est fondamentales. Le design des pâles influence directement le rendement de l'éolienne (voir « puissance »)
Une éolienne est montée sur un mât. Il existe deux types de mâts:
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les mâts haubanés. Les mâts haubanés sont reliés à des points d'ancrage dans le sol. Les avantages de ce système sont un ancrage en béton moins imposant et des diamètres de mâts moins importants. Les mâts haubanés sont plus économiques que les mâts autoporteurs
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Les mâts autoporteurs permettent d'éviter l'utilisation de haubans dans des zones où ils seraient dérangeant. De plus, une éolienne montée sur un mât autoporteur est plus esthétique.
Fonctionnement
Le vent actionne les pâles de l'éolienne, transformant l'énergie du vent en énergie cinétique. L'énergie mécanique est transmise à un alternateur. Cet alternateur transforme l'énergie mécanique est énergie électrique. Le courant électrique alternatif triphasé est ensuite redressé en courant continu. Ce courant continu est soit injecté dans des batteries, soit redressé par un onduleur pour être consommé ou injecté sur le réseau.
Types d’éoliennes
Il existe des dizaines de types d’éoliennes. Les deux principaux types d’éolienne sont les éoliennes à axe vertical et les éoliennes à axe horizontal. Le type d’éolienne qui permet la conversion énergétique du vent la plus efficace est l’éolienne à axe horizontal. Les éoliennes à axe vertical permettent d’exploiter des vents plus turbulents, mais leurs rendements sont deux à trois fois moindres que celles des éoliennes horizontales. Ainsi les éoliennes à axe vertical justifient par exemple leur application en montagne.
Une éolienne à axe horizontal s'oriente au vent soit grâce à son empennage soit grâce à des capteurs (pour les modèles les plus puissants). Les éoliennes à axe horizontal présentant les meilleurs rendements comptent deux ou trois pâles. Les éoliennes multipales (5 pâles et plus) sont adaptées aux vents de faible puissance. Leur rendement est très faible car la vitesse en bout de pâle est limitée. Ces éoliennes sont utilisées sur les bateaux et les campings-cars, leur utilisation comme éolienne domestique est déconseillée vu leur production extrêmement faible .
Puissance
Une éolienne ne permet de récupérer qu'une partie de la puissance du vent, car l'écoulement ne peut pas avoir une vitesse nulle après son passage à travers la turbine (dans le cas contraire, cela reviendrait à «arrêter le vent»).
La puissance récupérable par une éolienne est donnée par a formule:
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ρ = masse volumique de l'air (air atmosphérique sec : 1,23 kg/m3)
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S = Surface balayée par les pâles en m²
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Cp = coefficient de performance (toujours inférieur à la limite de Betz = 59,3%). Ce coefficient dépend du design des pâles.
La puissance d'une éolienne dépend donc directement de la surface balayée par les pâles. La puissance d'une éolienne varie aussi avec le cube de la vitesse du vent.
Exemple:
Puissance d'une éolienne de 6m² à 3m/S = 0,5 * 1,23 * 7* 3³ * 0,55 = 63 Watt
Puissance d'une éolienne de 6m² à 10m/S = 0,5 * 1,23 * 7 * 10³ * 0,55 = 2368 Watt
La différence de puissance est d'un facteur 37!
Production et emplacement
Une même machine peut produire dix fois plus sur un site approprié que sur un site inadapté! La production dépend fortement de l'implantation du site et de la hauteur de l'éolienne. Attention, si vous estimez « qu'il y a toujours du vent » sur votre site, la sensation physique est loin d'être aussi représentative que la mesure réelle du potentiel éolien!
Les éoliennes ont leur meilleure rentabilité avec des vents réguliers et laminaires (non-turbulents). Les habitations, les arbres et autres obstacles créent des turbulences qui changent la direction du vent et nuisent donc à la production de l'éolienne. Les éoliennes doivent idéalement se placer en amont des obstacles, dans la direction des vents dominants. Il faut savoir qu'un obstacle crée des turbulences sur plus de dix fois sa hauteur!
Certains fabricants proposent des éoliennes à placer sur le pignon d'une maison. Ces éoliennes subissent des vents exclusivement turbulents! Il n'est dès lors pas étonnant de constater que leur production est quasi nulle...
Ainsi, il faut reconnaitre que malgré l'engouement dont bénéficie le petit éolien dans le grand public, rares sont les candidats auto-producteurs à disposer d'un site approprié!
Pour évaluer un potentiel éolien le plus sûr est de réaliser une étude de vent. Solar-Tech Engineering conseille de réaliser cette étude et propose sa réalisation sur votre site à la hauteur envisagée pendant une durée de trois mois minimum.
On peut estimer qu'une éolienne comme l'éolienne Antaris, peut produire de 800 à 1200 Kwh par kilowatt installé. Une éolienne Antaris de 3,5KW peut donc produire de 2800 à 4200 Kwh par an sur un site approprié. Ces valeurs sont évidement extrêmement dépendantes de l'emplacement choisi mais elles varient aussi d'un an à l'autre!
Permis
Une éolienne culminant à moins de 15 mètres doit uniquement bénéficier d'un permis communal. Les autorités délivrent un permis communal après une enquête commodo-incommodo dans le voisinage. Malheureusement, en dessous de 12 mètres les vents sont souvent relativement faibles et turbulents. L'installation d'une éolienne à 25 mètres de hauteur donnerait dans le plupart des cas une production supérieure de 50% à la même éolienne installée à 12 mètres de hauteur. Il y a donc tout intérêt à installer l'éolienne le plus haut possible.
Pour les éoliennes culminant à plus de 15 mètres de hauteur, un permis de la Région wallonne est nécessaire (permis unique).
Une éolienne doit toujours être placée de manière à ce que le terrain autour du mât appartienne au propriétaire de l'éolienne sur une distance équivalente à la hauteur du mât.
Rentabilité
Le petit éolien ne bénéficie d'aucune prime ou aide à l'investissement spécifique (sauf l'investissement pour économie d'énergie pour les entreprises). Le petit éolien bénéficie cependant d'un certificat vert par Mwh produit. Ce Mwh est vendu 150 EURO à Elia.
Les éoliennes domestiques de moins de 20 KW, rentables d'un point de vue écologique, sont cependant rarement rentables financièrement.
Solar-Tech Engineering propose un gamme d'éoliennes domestiques de fabrication allemande rentables au bout d'une dizaine d'années (variable selon le site).
Systèmes de protection
Les systèmes de protection des éoliennes permettent de limiter la vitesse de rotation de l'éolienne et donc les contraintes qui s'exercent sur celle-ci. Il existe quatre catégories de systèmes de régulation:
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l'effacement latéral ou horizontal du rotor: dès que le vent est trop fort, le rotor commence à pivoter sur son axe et se rapproche progressivement de la queue de l'éolienne à mesure que la force du vent augmente. Un contrepoids assure le positionnement de l'éolienne. Par vent fort, l'éolienne s'incline, mais continue à produire.
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Le calage variable des pales: l'angle d'attaque des pales est modifié par la force centrifuge de manière à réduire la prise au vent des pales. Ce système efficace nécessite une mécanique élaborée.
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La régulation électronique: le générateur est mis en court-circuit pour freiner le rotor. En cas de panne électronique, il n'y a plus de régulation.
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Le décrochage aérodynamique. Le profil des pâles est tel que la vitesse de rotation n'augmente pas en cas de vent puissant. Ce type de régulation est utilisé sur les éoliennes de grosse puissance.
Maintenance
La plupart des fabricants conseillent une maintenance tous les trois ou cinq ans. Cela implique soit de devoir redescendre l'éolienne au sol, soit de l'utilisation d'une nacelle.
Grâce à leur conception simple et robuste, les éoliennes Antaris n'ont besoin d'aucun d'entretien.
Bruit
Le principal reproche fait aux éoliennes est le bruit qu'elles génèrent. La technologie a évolué et aujourd'hui le bruit n'est plus un problème.
Les éoliennes Antaris possèdent des «winglets», et des «turbulators» qui permettent d'atténuer très fortement les vibrations et donc le bruit. Le bruit d'une éolienne Antaris à 12 mètres ne dépasse donc pas 40 Db.