Une éolienne est un moulin à vent qui convertit l'énergie cinétique du vent en un mouvement de rotation pour produire de l'électricité. Ces éoliennes sont un élément essentiel pour la production d'énergie éolienne.
L'énergie éolienne est une source d'énergie renouvelable qui produit de l'énergie électrique grâce à la force du vent. Les éoliennes sont conçues de manière aérodynamique pour convertir la force du vent en énergie mécanique et plus tard en électricité dans un alternateur.
Les parcs éoliens sont constitués de plusieurs éoliennes. Le but des parcs éoliens est la production d'énergie électrique pour pouvoir la fournir au réseau électrique.
La fréquence fournie à la connexion au réseau doit être constante à 50 Hz en Europe et 60 Hz en Amérique. L'électricité produite est envoyée à une série de convertisseurs avant d'être injectée dans le réseau.
La durée de vie utile des éoliennes actuellement installées est de près de 25 ans.
A quoi sert l'aérogénérateur ?
Le fonctionnement d'une éolienne repose sur une série d'étapes intelligemment conçues qui convergent pour exploiter la puissance du vent et la convertir en électricité.
Premièrement, les pales de l'éolienne sont conçues de manière aérodynamique pour capter l'élan du vent lorsqu'il souffle. Le vent s'écrase contre eux, générant une force qui les fait tourner. Ce mouvement de rotation est transmis au rotor, qui est relié à un arbre principal situé au cœur de l'éolienne.
Cet axe principal devient le point focal de la transformation énergétique. Lorsque les pales tournent et que le rotor se déplace, l'énergie cinétique du vent est canalisée dans une boîte de vitesses. Dans cette étape, la boîte de vitesses réalise une prouesse mécanique ingénieuse : elle transforme le mouvement lent mais puissant du rotor en un mouvement de force rapide et moindre dans l'arbre de génération.
Cet arbre générateur relié à la boîte de vitesses est quant à lui relié à un générateur électrique. Le générateur contient des aimants et des bobines de fil qui interagissent de manière étonnante pour générer du courant électrique alternatif (CA). Ce courant électrique nouvellement créé est le produit tangible de l'énergie cinétique du vent.
Types d'éoliennes
Il existe deux types d'éoliennes selon la position de l'axe du rotor :
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Éoliennes à axe horizontal : dans lesquelles le rotor est orienté, activement ou passivement, parallèlement à la direction d'origine du vent.
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Éoliennes à axe vertical : dont l'orientation est indépendante de la direction d'origine du vent.
Éolienne à axe horizontal
Une éolienne à axe horizontal rotatif au sol est formée d'une tour en acier d'une hauteur comprise entre 60 et 100 mètres. Au sommet de la tour se trouve une gondole où se trouvent les éléments les plus importants de la machine :
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Les pales qui captent l'énergie du vent. Les pales mesurent entre 20 et 60 mètres de long.
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Le rotor convertit l'énergie éolienne en énergie mécanique.
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Une boîte de vitesses pour modifier le rapport de vitesse angulaire et de puissance afin d'avoir des valeurs optimales pour le fonctionnement du générateur électrique. Cependant, certaines éoliennes utilisent d'autres techniques pour effectuer cette opération.
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Le générateur électrique entraîné par le rotor qui est celui qui transforme l'énergie mécanique en électricité.
Ce type d'éolienne peut générer une puissance très variable, pouvant aller de quelques kW à 5-6 MW, selon les conditions locales de vent et de météo.
Les éoliennes traditionnelles ont, presque sans exception, l'axe de rotation horizontal.
Les pales de ce type d'éoliennes sont en bois ou en polyester ou en époxy renforcé de fibre de verre.
Éolienne à axe vertical
Ce type d'éolienne se caractérise par le nombre réduit de pièces mobiles dans sa structure. Cette simplicité lui confère une grande résistance aux fortes rafales de vent et la possibilité de profiter de n'importe quelle direction du vent sans avoir à constamment s'orienter.
Les éoliennes à axe vertical sont des machines très polyvalentes. Ces machines peuvent être utilisées aussi bien pour un usage domestique que pour une production centralisée d'électricité de l'ordre du mégawatt. Une seule éolienne répond aux besoins électriques d'environ 1 000 foyers en moyenne.
La différence substantielle par rapport aux turbines à axe horizontal est la forte variation de couple sur les pales lors de la rotation. Cette variation entraîne une grande fatigue et des risques de casse.
Vitesse de fonctionnement maximale et minimale
La gamme des vitesses du vent se situe dans une médiane de 4 à 22 m/s.
Toutes les éoliennes nécessitent une vitesse de vent minimale (coupe) de 3 à 5 m/s pour tourner. Lorsque la vitesse atteint 12 à 14 m/s, il peut déjà délivrer de l'énergie électrique.
Par contre, avec des vents très forts 20-25 m/s, le système de freinage bloque l'éolienne pour des raisons de sécurité. Le blocage peut se faire avec des freins qui bloquent le rotor ou en tournant les pales pour modifier l'aérodynamisme afin que le vent ne puisse pas les propulser.