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Rendement éolienne : comment le calculer ?

On entend souvent dire que les éoliennes sont inutiles… Qu’elles produisent peu, trop peu, presque rien… Mais qu’en est-il vraiment du rendement des éoliennes ? Quelle quantité d’énergie peut espérer produire une éolienne ; quels sont les facteurs qui influent sur sa productivité ; et surtout, comment définir “son rendement” ? Pas besoin de sortir les calculettes ! On s’est occupé des mathématiques pour vous… Voici nos résultats.

La production d’une éolienne : principes généraux

Contrairement aux “rumeurs” qui se propagent, l’énergie éolienne est en fait très performante. De toutes les énergies renouvelables, c’est celle qui génère le plus d’énergie par mètre carré occupé !

Néanmoins, son fonctionnement peut être modulé par différents facteurs que nous allons détailler…

Une énergie intermittente

L’éolien est une source d’énergie intermittente, c’est-à-dire qu’elle ne délivre pas une quantité constante d’énergie. Il arrive selon les jours, et selon les moments de la journée, qu’elle produise plus ou moins… Voir pas du tout !

Tout dépend de la masse d’air, de la vitesse et la force du vent, mais aussi du rendement de l’éolienne en particulier – c’est-à-dire, sa capacité à transformer le mouvement en électricité (en perdant le moins d’énergie possible dans le processus).

Pour toutes ces raisons, les éoliennes sont installées de préférence dans les régions venteuses, et sur des plateaux peu protégés. En France, les régions championnes du vent, celles où le potentiel est le plus grand, sont le Languedoc-Roussillon-Midi-Pyrénées, la Bretagne et la région PACA. Pour en savoir plus sur la situation des éoliennes en France, leur emplacement et leur production globale, consultez notre article dédié : L’éolien en France.

Comment s’exprime la puissance d’une éolienne ?

Pour comparer l’éolien avec les autres sources d’énergie, il faut exprimer sa puissance en kilowatts. Le rendement, lui, s’exprime en kilowatt-heure (c’est-à-dire, le nombre de kilowatts fournis par l’éolienne sur une heure particulière) ; c’est ce rendement qui désigne l’énergie effectivement produite et consommable à chaque instant.

La puissance en kilowatts peut se calculer grâce à la formule suivante : 1/2 * Rho * S * V

  • P est la puissance en watt,

  • Rho la masse volumique de l’air,

  • S la surface du cercle de rayon égal à la longueur d’une pâle

  • V la vitesse du vent en mètre par seconde.

Eoliennes

L’éolienne classique est dite “horizontale” (car elle pivote autour d’un axe horizontal).

Calculons quelques exemples concrets !

Bon, nous savons maintenant comment calculer la puissance, et donc le rendement d’une éolienne. Et si nous appliquions cette formule à quelques exemples pour mieux se rendre compte de ce que les éoliennes peuvent nous offrir ?

Rendement d’une éolienne horizontale

Une éolienne horizontale, c’est une éolienne qui tourne sur un axe horizontal (les pales sont donc verticales). La plupart des éoliennes sont construites sur ce modèle ; ce sont celles qu’on voit le plus souvent dans les champs.

La taille de l’éolienne horizontale influe beaucoup sur sa puissance. Les plus petites peuvent produire 100 kW ; les plus grandes, jusqu’à 7,5 MW. En moyenne, la puissance des éoliennes horizontales est comprise entre 1 MW et 3 MW.

Rendement d’une éolienne verticale

L’éolienne verticale est plus rare ; en général, son design aux allures de “voilures” surprend. Il existe différents modèles. Les principaux sont :

  • L’éolienne Darrieus. Elle résiste bien aux vents violents. Elle est donc idéale pour les zones en bord de mer par exemple.

  • L’éolienne Savonius. Principal avantage : elle tourne même avec des vents très faibles.

  • L’éolienne à voilures tournantes. Son avantage : les pales s’adaptent et s’orientent selon le sens du vent. Son rendement est donc considérable ! Dans certaines régions venteuses, elle peut fonctionner presque en permanence.

Ces modèles peuvent atteindre des puissances très différentes. Tout dépend aussi de leur taille. Mais en général, les éoliennes verticales excèdent rarement 1 MW.

Rendement d’une éolienne domestique

L’éolienne domestique peut être verticale ou horizontale. Dans tous les cas, sa puissance minimale sera 100 watts, et sa puissance maximale de 20 kW.

En termes de rendement, une éolienne de 5 kW (bien entretenue) peut produire au minimum 5 000 kWh par an, et au maximum jusqu’à 20 000 kWh.

Par comparaison, un panneau solaire classique (1,70 m de côté) fournit, au mieux, une puissance de 0,3 kW. Comme quoi, une simple éolienne, c’est tout sauf inutile !

Eolienne verticale

Un exemple d’éolienne verticale.

Vous aimeriez en savoir plus sur l’énergie éolienne ? Pour mieux connaître cette technologie, son histoire, son avenir, et ses statistiques à l’échelle du monde, vous pouvez consulter notre article dédié : Énergie éolienne, énergie d’avenir ?

Benjamin

concepteur-rédacteur

Publié le 23 novembre 2020

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