Les humains utilisent l'énergie éolienne depuis des milliers d'années, mais l'intérêt renouvelé pour la production d'énergie non fossile a conduit à une augmentation rapide de la propagation des éoliennes. Extraire l'énergie du vent est conceptuellement simple: le vent se déplace sur les pales du ventilateur qui font tourner un arbre qui fait tourner un générateur électrique. La capacité de puissance d'une éolienne est facilement calculée, et oui, elle dépend de la taille de la turbine.
L'énergie dans le vent
Le vent est constitué d'air en mouvement et est composé de molécules gazeuses. L'énergie cinétique d'une seule molécule d'air est égale à la moitié de sa masse multipliée par sa vitesse au carré. Lorsque le vent souffle, la masse d'air qui traverse une zone particulière est égale à la surface multipliée par la vitesse du vent et la densité de l'air. En mettant ces deux pièces ensemble, l'énergie contenue dans le vent soufflant à travers une zone donnée est égale à la moitié de la densité de l'air fois la superficie multipliée par la vitesse. Un moyen rapide de calculer la puissance du vent, en watts par mètre carré, est de multiplier le cube de la vitesse du vent en mètres par seconde par 0,625. Si la vitesse du vent est en miles par heure, vous multipliez le cube par 0,056. Cela signifie qu'un vent de 12 mètres par seconde (un peu plus de 5 miles par heure) transporte près de 1 100 watts par mètre carré, alors qu'un vent de 4 mètres par seconde (moins de 2 miles par heure) ne transporte que 40 watts par mètre carré. La vitesse du vent qui est trois fois plus grande porte 27 fois plus d'énergie.
Zone balayée
La surface balayée d'une éolienne est la surface totale couverte par une rotation des pales. Pour les éoliennes à axe horizontal familier avec deux ou plusieurs pales qui tournent dans un cercle, la surface balayée est égale à pi fois la longueur d'une seule pale. Sur une machine d'une longueur de lame de 40 mètres (131 pieds), la superficie balayée est de plus de 5 000 mètres carrés (près de 54 000 pieds carrés), soit près d'un quart et quart. La puissance parcourant cette zone peut être calculée en multipliant 5 000 mètres carrés par 0,625 fois la vitesse du vent en cubes pour un vent de 12 mètres par seconde, montrant que le vent qui souffle dans cette zone transporte plus de 5 mégawatts de puissance. Le même vent qui souffle devant une turbine de 28 mètres (92 pieds) a une surface balayée d'environ 2 500 mètres carrés (27 000 pieds carrés) et une puissance d'environ 2,5 mégawatts.
Efficacité
Ce n'est pas parce que le vent transporte une certaine quantité de puissance dans la zone balayée par une éolienne que l'éolienne produit autant d'énergie. En fait, même la meilleure turbine possible ne peut pas récolter toute cette énergie. Si c'était le cas, l'air immédiatement derrière les pales serait immobile, ce qui signifie que le vent à l'avant n'aurait pas d'endroit où aller. La quantité maximale d'énergie qu'une éolienne peut récolter est inférieure à 60% du total. Dans le monde réel, d'autres inefficacités s'infiltrent - des éléments comme l'énergie perdue par frottement, le bruit et la résistance dans les fils - pour réduire l'extraction d'énergie globale à environ 30 à 40% de la puissance éolienne totale. > Facteur de capacité
Chaque éolienne a une puissance nominale. C'est la puissance maximale qu'elle produira à chaque instant où la turbine fonctionne à sa vitesse de vent nominale. Malheureusement, chaque turbine a une vitesse de vent nominale différente, ce qui rend un peu plus difficile de les comparer. De plus, chaque turbine a des vitesses de coupe et de découpe. Ce sont, respectivement, les vitesses de vent basses et hautes au-delà desquelles la turbine ne produit pas d'électricité. L'efficacité de la turbine entre ces deux extrêmes est mesurée dans une courbe de puissance. La quantité d'énergie qu'une éolienne peut produire dans une année donnée dépend de la courbe de puissance et du profil de la vitesse du vent. L'énergie réelle produite divisée par l'énergie que la turbine pourrait produire si elle fonctionnait toujours à plein temps s'appelle le facteur de capacité. Même si une éolienne plus grande sera généralement capable de capter plus d'énergie éolienne, elle pourrait ne pas avoir le facteur de capacité le plus élevé dans un endroit donné.
