Fonctionnement des éoliennes - Partie 2

Partie 1

Partie 2

Partie 3

Partie 4

Sites éoliens

Critères de choix

Le vent

L'efficacité d'une éolienne dépend grandement de son emplacement. En effet, la puissance fournie augmente avec le cube de la vitesse du vent, et les sites seront d'abord choisis en fonction de la permanence de vents de force suffisante. Un site avec des vents d'environ 30 km/h en moyenne sera toujours bien meilleur (de l'ordre de 8 fois) qu'un autre site avec des vents de 15 km/h en moyenne.

Un autre critère important pour le choix du site est la constance de la vitesse et de la direction du vent, autrement dit la turbulence du vent. En effet, en règle générale, les éoliennes sont utilisables quand la vitesse du vent est supérieure à une valeur comprise entre 10 et 20 km/h, sans toutefois atteindre des valeurs excessives qui conduiraient soit à la destruction de l'éolienne, soit à des coûts de construction et de maintenance prohibitifs. La vitesse du vent doit donc être comprise le plus souvent possible entre ces deux valeurs pour un fonctionnement optimal de l'éolienne. De même, l'axe de rotation de l'éolienne doit rester le plus clair du temps parallèle à la direction du vent. Même avec un système d'orientation de la nacelle performant, il est donc préférable d'avoir un vent le moins fluctuant possible dans sa direction pour obtenir un rendement optimal.

Certains sites sont ainsi à proscrire car le vent est trop turbulent : la proximité d'obstacles (arbres, bâtiments, escarpements...).

On recherche habituellement les sites propices à l'installation d'éoliennes en observant les arbres et la végétation. Le site est intéressant s'ils sont constamment courbés par les vents. Une autre façon de procéder est d'utiliser une carte de la vitesse des vents, ou des données accumulées par une station météorologique proche.

Certains sites bien spécifiques sont particulièrement propices à un bon rendement :
- L'effet tunnel ou effet Venturi : au niveau des cols entre deux montagnes, ou entre deux grands bâtiments, le vent est souvent plus fort. L'air est compressé entre les montagnes ou les bâtiments, et, pour garder un débit d'air constant, la vitesse augmente donc considérablement. De plus, le vent garde souvent une direction constante. Ces lieux sont donc très appropriés pour les éoliennes. Le problème est qu'ils sont souvent restreints et qu'il est difficile d'y placer une grande quantité d'éoliennes.
- Avec le même principe, l'air est compressé au sommet des collines et le vent est donc accéléré. Il est tout de même important que les flancs de la colline soient en pente douce et sans escarpement. En effet, le contraire provoquerait des turbulences néfastes au fonctionnement de l'éolienne.
- La mer et les lacs sont aussi des emplacements de choix : il n'y a aucun obstacle au vent, et donc, même à basse altitude, les vents ont une vitesse importante. La proximité d'une côte escarpée, en revanche, créera également des turbulences à éviter.

Autres critères

D'autres critères sont pris en compte pour le choix du site.
- La nature du sol doit être suffisamment résistant pour supporter les fondations de l'éolienne.
- L'accessibilité du site pendant le montage de l'éolienne (passage de poids lourds) doit également être assurée à des coûts raisonnables.
- La connexion au réseau électrique doit être peu coûteuse. Pour cela, les petites fermes d'éoliennes sont le plus souvent situées proche d'une ligne électrique afin de diminuer les coûts de raccordement, car le coût du raccordement est directement fonction de sa longueur. Pour les grosses fermes éoliennes, le réseau doit être en mesure de supporter l'électricité produite, et son renforcement est parfois nécessaire. Le raccordement est encore plus coûteux pour les éoliennes offshore, c'est pourquoi les éoliennes sont placées à proximité des côtes.
- Les éoliennes peuvent avoir un impact sur les oiseaux (collision, dégradation de l'habitat

Sur la terre ferme

Dans une installation éolienne, il est préférable de placer la génératrice sur un mât à une hauteur de plus de 10 m jusqu'à environ 100 m, de façon à capter des vents plus forts. Dans les zones où le relief est très complexe, il est possible de doubler la quantité d'énergie produite en déplaçant l'installation de seulement quelques dizaines de mètres. C'est pour cela que l'on étudie et modélise bien souvent les vents avant l'installation d'éoliennes. L'énergie éolienne est aisément exploitable dans les Grandes Plaines nord-américaines, dans les plaines centrales eurasiennes, ainsi que sur la cime de certaines chaînes de montagnes. Les sites soumis aux tempêtes sont également propices aux éoliennes. Mais le plus important potentiel d'énergie éolienne se situe dans les océans, et particulièrement au 40e parallèle sud.

Pleine mer

À condition qu'elles soient implantées assez loin de la côte, les éoliennes en pleine mer (offshore) entraînent moins d'impact sur le paysage. L'installation d'éoliennes en mer est beaucoup plus coûteuse qu'à terre : les mâts doivent être étudiés pour résister à la force des vagues et du courant, la protection contre la corrosion (particulièrement importante du fait des embruns) doit être renforcée, l'implantation en mer nécessite des engins spécialisés, le raccordement électrique implique des câbles sous-marins coûteux et fragiles, et la moindre opération de maintenance peut nécessiter de gros moyens. En revanche, une éolienne offshore peut fournir jusqu'à 5 MégaWatt (à comparer aux éoliennes terrestres limitées à 3 MW dans des sites bien ventés). Dans les zones où la mer est peu profonde (par exemple au Danemark), il est assez simple de les installer, et elles ont un bon rendement. L'ensemble des éoliennes (en pleine mer ou terrestres) du Danemark produit, début 2006, 23 % de l'électricité nécessaire au pays. Ce pays est un leader et précurseur dans la construction et l'utilisation de l'énergie éolienne, avec un projet lancé dans les années 1970 pour produire la moitié de l'énergie du pays de cette manière. Alors que les États-Unis ont perdu tout intérêt dans les éoliennes lors de la chute des cours du baril après la crise des années 1970, le Danemark a poursuivi ses efforts, et est finalement devenu le premier exportateur mondial de grandes turbines, qui produisent entre 0,66 et 3 MW chacune.

Le parc éolien de Vindeby, le premier parc éolien en mer au monde, a été construit en 1991 par le fabricant danois Bonus (devenu Siemens Windpower). Le parc de Nysted, un des projets les plus récents, est aujourd'hui le plus puissant parc éolien offshore avec 72 éoliennes et une puissance maximale de 165,6 MW. Voir aussi le projet du Parc éolien de Belwind en mer du Nord.

Altitude

Le vent est engendré par une différence de température ou de pression. Il est ralenti par les obstacles, et la rugosité du sol, et est généralement plus fort en altitude. Les plaines ont des vents forts parce qu'il y a peu d'obstacles. Les cols de montagne ont eux aussi des vents forts, parce qu'ils canalisent les vents de haute altitude. Dans certains cols, les vents proviennent de l'écart de température entre les deux versants. Les éoliennes installées sur les côtes ou en bordure de mer bénéficient de vents puissants et réguliers, car la surface de l'eau ne constitue pas un obstacle (faible rugosité), et parce que la différence de température mer/terre favorise des vents thermiques.

Villes

En environnement urbain, où il est difficile d'obtenir de puissants flux d'air, de plus petits équipements peuvent être utilisés pour faire tourner des systèmes à bas voltage. Des éoliennes sur un toit fonctionnant dans un système d'énergie distribuée permettent d'alléger les problèmes d'acheminement de l'énergie et de pallier les pannes de courant. De petites installations telles que des routeurs wi-fi peuvent être alimentées par une éolienne qui recharge une petite batterie.

Selon : Wikipedia