Le tours à ventou les turbines, sont ces structures qui, à l’aide de pelles, transforment leénergie cinétique du vent dans énergie mécanique et électrique: la dite l’énergie éolienne. Un ensemble d’éoliennes s’appelle un parc éolien. Les exemples traditionnels sont les moulins à vent Kinderdijk en Hollande ou de Myconos en Grèce, mais même si le but de l’utilisation est différent de la production d’électricité, la théorie qui la sous-tend est identique à celle des tours éoliennes les plus modernes. Voyons comment ils sont fabriqués à l’intérieur et quelle quantité d’énergie ils peuvent produire.
Types d’éoliennes
Concentrons-nous maintenant sur l’état de l’art des éoliennes actuelles. Il existe principalement deux grandes familles d’éoliennes : celles à axe horizontal et celles à axe vertical.
Générateurs d’axe horizontal
Dans ce cas le rotor est orienté perpendiculairement dans la direction de l’axe de rotation. Il s’agit de la technologie la plus développée et la plus efficace du marché, capable d’extraire la plus grande valeur d’énergie du vent. Le rotor peut être composé de deux pales ou plus. Généralement, le nombre optimal de pales qui maximise l’efficacité est de trois. Dans cet article, nous nous concentrerons principalement sur cette technologie, car c’est la plus répandue.
Générateurs avec axe vertical
L’orientation dans ce cas est perpendiculaire à la direction d’où vient le vent. Il existe principalement trois types de turbines à axe vertical : Savonius, Darrieus Et Rotor H. Ils sont plus inefficaces que ceux à axe horizontal et l’énergie pouvant être extraite du vent à la même vitesse est moindre.
Les éoliennes peuvent également être classées en fonction du site d’installation. On parlera ensuite de générateurs à terre quand ceux-ci sont installés directement au sol alors que nous parlerons de systèmes au large lorsque ceux-ci sont installés en mer ou dans l’océan. Cette dernière solution d’installation, bien que plus coûteuse que la première, présente le grand avantage de produire plus d’énergie car les vents en mer ont tendance à être plus forts et plus constants. De plus, les installations offshore ont un impact environnemental et paysager moindre.
Généralement, ces machines ne sont pas installées individuellement mais en groupes, ce qu’on appelle parc éolien, littéralement les « parcs éoliens », afin de produire simultanément plus d’énergie, maximisant l’exploitation de l’énergie éolienne d’une zone plus ou moins vaste. Le nombre de ces tours dépend de la conformation du territoire, ainsi que du vent moyen du site ; leur positionnement doit également être tel qu’il garantisse que le flux du vent ne soit pas perturbé par les tours adjacentes.
Comment fonctionne une éolienne et comment elle est constituée
On parle de turbines à axe horizontal puisque c’est actuellement la technologie la plus répandue. Voyons quels sont ses principaux composants.
- là la tour, c’est-à-dire la structure verticale en acier qui supporte l’éolienne. Il se compose généralement de deux sections ou plus, boulonnées ensemble à la base de fondation en béton armé. Ils peuvent atteindre des hauteurs considérables pour permettre à l’hélice de capter des vents plus forts et plus constants à haute altitude ;
- là gondole ou vaisseau spatial c’est le conteneur installé au sommet de la tour et contient les composants clés de l’éolienne, tels que le rotor, l’arbre de transmission et les engrenages mécaniques associés ainsi que le générateur électrique. Il n’est pas fixé à la tour mais est libre de pivoter à 180 degrés afin de pouvoir s’orienter en fonction de la direction du vent ;
- Le rotor c’est l’élément aérodynamique qui capte l’énergie cinétique du vent. Il est généralement constitué de matériaux légers et résistants comme la fibre de verre ou le carbone. La taille et la forme des pales varient en fonction de la puissance électrique que la tour est capable de générer. Ils ont une forme longue et fine capable de maximiser la surface de capture du vent (ce qu’on appelle zone balayée), garantissant à la fois robustesse et légèreté ;
- Le Système de contrôle surveille la direction et la vitesse du vent et régule l’orientation de la nacelle ainsi que les pales du rotor via des entraînements hydrauliques. De cette manière, la nacelle et les pales peuvent être alignées de manière optimale avec le vent pour maximiser la production d’énergie ;
- Le Générateur il est chargé de convertir l’énergie mécanique des pales en énergie électrique. Les éoliennes modernes utilisent généralement des générateurs synchrones à basse vitesse directement connectés à l’arbre des pales. On utilise également des générateurs à vitesse de rotation élevée, pour lesquels un système de transmission est toutefois nécessaire ;
- Le système de transmission il est composé d’engrenages qui amplifient la vitesse de rotation des pales pour l’adapter aux besoins du générateur. Cela permet d’obtenir une plus grande efficacité électrique. Pratiquement la même fonction que la boîte de vitesses d’une voiture ;
- En cas de vent fort ou pour l’entretien, le rotor est équipé d’un Système de freinage contrôlé automatiquement, capable d’arrêter et de bloquer les lames, les rendant ainsi sûres.
- à la base de la tour, il y a généralement un transformateur élévateur de tension qui permet d’élever la tension à une valeur permettant de transporter l’électricité tout en minimisant les pertes dans le réseau.
- toutes les tours éoliennes présentes dans le parc éolien sont alors reliées entre elles par câbles souterrains ou sous-marins (en fonction du type d’installation) dont la mission est de collecter toute l’énergie produite pour l’acheminer jusqu’au point de raccordement avec le réseau de transport ou de distribution. Si la puissance impliquée est très élevée, il pourrait y avoir un autre transformateur au point de connexion avec le réseau public, ce qui augmenterait encore la tension.
Quelle est la hauteur des tours éoliennes et quelle quantité d’énergie elles produisent
Les tours éoliennes existent des tailles différentes et ceux-ci dépendent directement de la hauteur de la tour et du diamètre du rotor. En principe, plus les tours sont hautes et avec des diamètres de rotor appropriés, plus elles sont capables de « balayer » de vent et donc plus ils sont capables de générer d’énergie dans l’unité de temps. Les éoliennes sont classées en fonction de leur puissance nominale, exprimée en mégawatts (MW).
Les tours éoliennes commerciales les plus courantes vont de quelques centaines de kilowatts (kW) à plusieurs mégawatts (MW) de puissance nominale. Cependant, des éoliennes plus grandes et plus puissantes ont été développées au fil des années, atteignant différentes puissances. dizaines de MW. Le record de la plus grande éolienne au monde était détenu jusqu’à récemment par la turbine expérimentale V236-15,0 MW de la société danoise Vestas avec son 15 MW de puissance par tour unique et une production d’énergie déclarée de 80 GWhcapable de satisfaire les besoins d’env. 20 000 familles pendant un an. Le record a désormais été battu par la société chinoise Mingyang Smart Energy avec son MySE 18.X-28X, un 18 MW 140 mètres de haut avec un diamètre de rotor de 280 mètres et une surface balayée de 66 000 mètres carrés c’est-à-dire la surface de plus de 9 terrains de football.