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Fonctionnement des éoliennes - 4
06/2006
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Modalités de freinage et d'arrêt
Régulation et freinage par basculement de l’éolienne
Ce dispositif est installé seulement sur de petites éoliennes, il crée, comme d’autres systèmes, des efforts irréguliers sur les pales. Il consiste à sortir le rotor du lit du vent de façon à diminuer ses effets sur les pales. Plus le vent force, plus il entraîne la compression d’un ressort qui tenait verticale la tête de l’éolienne et, par très grands vents, la nacelle va jusqu’à se coucher.
Régulation aérodynamique sur les pales
Le pas variable permet de modifier l'orientation des pales sur le moyeu et permet ainsi de modifier l'énergie récupérée par l'éolienne. Entre autres, il permet d’arrêter l’éolienne afin de la protéger des vents violents (en plaçant les pales en drapeau et en réduisant donc la prise au vent) ou à maximiser l'énergie absorbée par l'éolienne pour la faire démarrer ;
Le pas fixe empêche les pales d'accélérer en utilisant l’effet Stall qui agit comme un frein par le décrochage aérodynamique au niveau de la pale du rotor ;
Les volets (aérofrein ou flaps) s’ouvrent automatiquement, si la vitesse du vent devient excessive ou si un problème est décelé, et ralentissent les pales ou diminuent leur portance en provoquant un décrochage aérodynamique.
Éoliennes à axe vertical
Il existe des systèmes ou les ailes se décalent plus ou moins pour augmenter l'étendue des vitesses d'action. Si la vitesse du vent est basse, les ailes sont complètement déployées, si la vitesse est trop forte, les ailes sont complètement fermées et l'éolienne forme un cylindre.
Un nouveau type d'éolienne est en plein développement du fait de ses avantages: il s'agit d'une turbine à axe vertical de forme cylindrique qui peut facilement être installée sur le toit d'une maison moderne et dont les avantages sont : faible impact visuel, pratiquement pas de bruit, très grande tolérace aux vents forts.
Arrêt par frein à disque automatique
Il ne s’agit plus d’un système de ralentissement, mais d'arrêt complet de l’éolienne. Ce mécanisme se déclenche automatiquement lorsque la vitesse atteint un certain seuil par l’intermédiaire d’un détecteur de vitesse. En cas de ralentissement du vent, le frein est relâché et l’éolienne fonctionne de nouveau librement. Ce dispositif peut aussi se déclencher lorsqu'un problème de réseau est détecté. Remarque : Les éoliennes à pas fixe et régulation Stall comportent souvent, par sécurité, deux freins à disques.
Aspects économiques et environnementaux
Une éolienne utilisée pour fournir de l'électricité aux réseaux délivre des puissances importantes, de l'ordre de 2 MW à l'intérieur des terres et de 5 MW en mer. Cependant, des modèles plus petits sont également disponibles.
C'est ainsi que certains navires sont maintenant équipés d'éoliennes pour faire fonctionner des équipements tels que le conditionnement d'air. Typiquement, il s'agit alors de modèles à axe vertical prévus pour fournir de l'énergie quelle que soit la direction du vent. Une éolienne de ce type délivrant 3 kW tient dans un cube de 2,5 m de côté.
Certaines éoliennes produisent directement de l'énergie mécanique sans passer par la production d'électricité, notamment pour le pompage de l'eau dans des lieux isolés. Ce mode de fonctionnement correspond à celui des moulins à vent d'autrefois, qui entraînaient le plus souvent des meules de pierre ; en effet, la plupart des 20 000 moulins à vent à la fin du XVIIIe siècle en France servaient à la minoterie.
La croissance de l'industrie éolienne mondiale est de l'ordre de 30 % par an depuis le début des années 2000. La capacité de production électrique éolienne déployée en Europe a augmenté de 154 % entre 2000 et début 2006, ce qui constitue plus de la moitié des nouvelles capacités de production installées durant cette période (données Eurostat). La puissance installée dans le monde atteignait, fin 2004, 47 GW, dont 40 % en Allemagne. Viennent ensuite : l'Espagne, les États-Unis et le Danemark. Le Japon et l'Inde (5 % du total) y recourent de plus en plus.
Au début de l'année 2005, le parc éolien français comptait 629 éoliennes. La France avec ses DOM produisait 386 MW ce qui représentait moins de 1 % de sa consommation électrique totale. La première région productrice était le Languedoc-Roussillon (17 parcs et 64 machines), suivie par la Bretagne, la Corse, Rhône-Alpes et le Nord-Pas-de-Calais. Par la création de 8 parcs nouveaux produisant 170,2 MW, le Languedoc-Roussillon augmente son potentiel dans la période 2005 - 2007 et devrait rester la première région productrice en France ;
La Chine, devenue en 2004 le 2e plus gros consommateur d'énergie électrique avec 42,187 PWh produits (soit 42,187 millions de millions de kWh), est très engagée dans les économies d'énergie (généralisation des ampoules basses consommation, multiplication des réseaux ferrés). Elle devrait être le premier producteur mondial d'énergie éolienne en 2007 en augmentation pour produire 20 GW en 2020, soit une augmentation de 1 GW par an ;
Au Canada, la production d'électricité par le vent est en augmentation, surtout dans les Prairies et au Québec. Dans cette dernière province, la compagnie d'état Hydro-Québec achète déjà 212 MW de producteurs privés de la région gaspésienne. Le gouvernement a annoncé un programme incitatif qui devrait augmenter cette capacité à 3 500 MW d'ici la fin de 2013, soit l'équivalent de 7 % de la puissance éolienne déjà installée dans le monde à la fin juin 2005.
Fabricants d'éoliennes
En 2004, les parts de marché mondiales des principaux fabricants d'éoliennes sont les suivantes :
1. le danois Vestas avec 34,1 %,
2. l'espagnol Gamesa avec 18,1 %
3. l'allemand Enercon avec 15,8 %
4. l'américain GE Wind avec 11,3 %.
Les principaux fabricants d'éoliennes construisent des machines d'une puissance d'environ 1 MW à 5 MW. Il existe de très nombreux autres fabricants d'éoliennes, parfois de plus petite dimension pour des applications individuelles ou spécialisées.
Avantages
Selon Hubert Reeves, chaque éolienne est garante d'un peu moins de gaz carbonique dans l'atmosphère ou d'un peu moins de déchets nucléaires à gérer par les générations à venir.
L’énergie éolienne est une énergie renouvelable idéale selon Ressources naturelles Canada parce que :
- il s’agit d’une forme d’énergie indéfiniment durable et propre ;
- elle ne nécessite aucun carburant ;
- elle ne crée pas de gaz à effet de serre (sauf si l'on considère que ce type d'énergie est intermittent et nécessite l'utilisation de centrales thermiques constament au ralenti ce qui pollue afin de réguler les variations imprévisibles de la production éolienne) ;
- elle ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs ;
- lorsque de grands parcs d’éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l’exploitation agricole, l’élevage et d’autres utilisations ;
- les propriétaires fonciers reçoivent souvent un paiement pour l’utilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu ainsi que la valeur du terrain ;
- la propriété des aérogénérateurs par des particuliers et la communauté permet aux gens de participer directement à la conservation de notre environnement ;
- chaque mégawatt-heure d’électricité produit par l’énergie éolienne aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO2 produites chaque année par la production d’électricité avec le charbon ou le diesel.
- Selon EDF, l'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple. Mais quid des pics de production en été; aux USA la production est maximale en été; et comme cela est écrit ce n'est qu'une source d'appoint.
Inconvénients
On constate des freins à l'implantation de champs de production :
- les riverains craignent généralement une dégradation de l'aspect visuel des sites concernés, ainsi qu'un impact sur l'écosystème par le bruit des éoliennes et les interférences électromagnétiques induites par leurs générateurs ;
- les riverains déplorent le bruit des éoliennes : le bruit peut être d'origine mécanique ou d'origine aérodynamique ;
- la réception des ondes hertziennes peut être perturbée, ce qui provoque une image bruitée sur les récepteurs de télévision ;
- des flash très puissants sont émis toutes les cinq secondes en haut des mats éoliens à la demande de l'aviation civile. Ces flash perturbent la quiétude nocturne de la campagne et sont une pollution lumineuse supplémentaire la nuit ;
- les éoliennes peuvent nuire à la migration des oiseaux en étant un obstacle mortel. En effet, les pales en rotation sont difficilement visibles par mauvais temps ou la nuit. Les oiseaux peuvent alors entrer en collision avec celles-ci. Plus le parc éolien est dense plus ce risque est grand. Des lumières sur les pales peuvent réduire ce danger, mais peut conduire à de la pollution lumineuse pour les riverains ;
- un aspect qui commence à être réalisé est celui de l'interférence avec les radars et en particulier avec les radars météorologiques. En effet, les éoliennes peuvent constituer un obstacle à la propagation de l'onde. Selon la proximité et la densité du parc d'éoliennes, ceci peut constituer un blocage majeur à basse altitude donnant une zone d'ombre dans les données. De plus, comme les pales sont en rotation, le radar note leur vitesse de déplacement qui est indifférentiable d'une cible en mouvement comme la pluie. Habituellement, on filtre les échos indésirables de sol par leur vitesse Doppler qui est nulle mais on ne peut pas dans ce cas. Pour empirer la situation, si de la vraie précipitation passe dans ce secteur, la vitesse notée sera un mélange entre la vitesse des gouttes et celle des pales ce qui peut mener à une fausse interprétation des mouvements de l'air. Une étude sur cette possible interférence est donc nécessaire lors de l'examen d'un projet d'éoliennes ;
- l'énergie intermittente et imprévisible produite par l'éolien nécessite une régulation par centrales thermiques à flammes, dont les inconvénients doivent être pris en considération. Les centrales nucléaires ont un démarrage beaucoup trop lent (par mesure de sécurité) pour effectuer ce rôle de régulation.
- par son principe de fonctionnement même, une éolienne dévie le vent en altitude et l'accélère en direction du sol, ce qui a pour effet d'assécher davantage la terre dans son sillage.
Selon : Wikipedia