Les humains utilisent l'énergie éolienne depuis des milliers d'années, mais un regain d'intérêt pour la production d'énergie non basée sur des combustibles fossiles a conduit à une augmentation rapide de la propagation des éoliennes. L'extraction de l'énergie du vent est conceptuellement simple: le vent se déplace sur des pales de ventilateur qui font tourner un arbre qui fait tourner un générateur électrique. La capacité électrique d'une éolienne se calcule facilement, et oui, elle dépend de la taille de l'éolienne.
L'énergie dans le vent
Le vent est constitué d'air en mouvement et 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 multipliée par 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 multipliée par la surface multipliée par la vitesse au cube. Un moyen rapide de calculer la puissance du vent, en watts par mètre carré, consiste à 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 carré mètre, tandis qu'une brise de 4 mètres par seconde (moins de 2 miles par heure) ne transporte que 40 watts par carré mètre. La vitesse du vent qui est trois fois plus élevée transporte 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 familières avec deux pales ou plus qui tournent en cercle, la zone balayée est égale à pi fois la longueur d'une seule pale. Sur une machine avec une longueur de lame de 40 mètres (131 pieds), la zone balayée est de plus de 5 000 mètres carrés (près de 54 000 pieds carrés), soit près d'un acre et quart. La puissance qui traverse cette zone peut être calculée en multipliant 5 000 mètres carrés par 0,625 fois la vitesse du vent au cube pour un vent de 12 mètres par seconde, montrant que le vent soufflant à travers cette zone transporte plus de 5 mégawatts de Puissance. Le même vent qui souffle devant une turbine avec des pales de 28 mètres (92 pieds) a une superficie balayée d'environ 2 500 mètres carrés (27 000 pieds carrés) et transporte environ 2,5 mégawatts de puissance.
Efficacité
Ce n'est pas parce que le vent transporte une certaine quantité d'énergie à travers la zone balayée d'une éolienne que l'éolienne produit autant d'énergie. En fait, même la meilleure turbine possible ne peut pas récupérer toute cette énergie. Si c'était le cas, l'air immédiatement derrière les pales serait immobile, ce qui signifie que le vent devant n'aurait nulle part où aller. La quantité maximale d'énergie qu'une éolienne peut récolter est inférieure à 60 pour cent du total. Dans le monde réel, d'autres inefficacités se glissent - des choses comme l'énergie perdue à cause de la friction, du bruit et résistance dans les fils - pour réduire l'extraction de puissance globale jusqu'à environ 30 à 40 pour cent du total énergie éolienne.
Facteur de capacité, facteur d'aptitude
Chaque éolienne porte une puissance nominale. C'est la puissance maximale qu'elle produira à chaque instant où l'éolienne fonctionnera à sa vitesse de vent nominale. Malheureusement, chaque éolienne a une vitesse de vent nominale différente, ce qui rend leur comparaison un peu plus difficile. De plus, chaque turbine dispose d'une vitesse d'enclenchement et de déclenchement. Ce sont respectivement les vitesses de vent faibles et élevées au-delà desquelles l'éolienne ne produit plus d'électricité. Le rendement de la turbine entre ces deux extrêmes est mesuré dans une courbe de puissance. La quantité d'énergie qu'une éolienne peut produire au cours d'une année donnée dépend de la courbe de puissance et du profil de vitesse du vent. L'énergie réelle produite divisée par l'énergie que la turbine pourrait produire si elle fonctionnait toujours à temps plein est appelée facteur de capacité. Bien qu'une éolienne plus grande soit généralement capable de capter plus d'énergie éolienne, elle peut ne pas avoir le facteur de capacité le plus élevé à un endroit donné.
