Introduction

L’éolien est un nom qui désigne un ensemble de technologies qui exploitent le vent pour en tirer une énergie mécanique utile.

 

Depuis l’antiquité, les moulins à vent ont permis de faire des travaux de meunerie, de pompage de l’eau, de sciage, … tandis que les voiles ont permis de se déplacer.

Plus récemment, les éoliennes ou aérogénérateurs se dédient à production d’électricité.

 

 

 

Vent Eolienne (parc, isolée, urbaine) Electricité
Eolienne de pompage, Voile Travail


Ces informations s’appuient sur les ouvrages de référence consultables dans notre centre de documentation.

 

La source

Le vent est une ressource d'énergie renouvelable dérivée de l’énergie solaire. Le rayonnement solaire réchauffe inégalement la surface de la terre et crée ainsi des zones de températures et de pressions différentes. Les vents sont des déplacements d’air entre ces zones. Ces déplacements sont déviés par les effets de la rotation de la terre et par l'effet de reliefs et de thermiques du sol.

 

On distingue deux types de vents selon que le déplacement de l’air est généré par des effets locaux ou des effets à grande échelle. Par exemples, les brises de mer et de terre, ainsi que les vents de vallées et de montagne sont des effets locaux. Par contre, les circulations générales des vents sont gouvernées à l’échelle planétaire. Il s’agit par exemple des vents alizés entre les tropiques et des vents d’ouest des zones tempérées d'Europe du Nord. Ces derniers sont périodiquement perturbés par le passage de dépressions.

 

La Belgique est soumise à un régime cyclonique qui est à la base des vents qui traversent majoritairement notre atmosphère proche. Les vents dominants soufflent du Sud Ouest.

Le vent contient une énergie cinétique résultant du déplacement d’une masse d’air. Pratiquement, l'énergie éolienne dépend surtout de la vitesse du vent, de la surface traversée ( taille du rotor de l’éolienne) et de la qualité de l'écoulement de l'air.

 

 (kg/m³ m² m³/s³)

  • ρ : densité de l’air qui varie en Belgique selon la t° de 1,1 à 1,4 kg/m³ (1,25 à 10°C)
  • S : surface balayée par le rotor de l’éolienne ()
  • v : vitesse du vent (m/s)

Remarques: la part turbulente du vent n’est pas complétement transformée en énergie utile par les profils aérodynamiques. Il est important de mesurer la qualité de l’écoulement laminaire.

 

Ressource annuelle en Belgique

L’énergie fournie par l’éolien dépend principalement du vent  (vitesse, taux de turbulences) et des caractéristiques des éoliennes (dimension et courbe de charge).  Selon la variation du vent, l’éolienne fonctionnera à différents niveaux de puissance. Sur une période donnée, on caractérise la production d’un site éolien par le taux de charge de l’éolienne.

Taux de charge : Pour un intervalle de temps déterminé, le taux de charge éolien est le rapport de l’énergie effectivement produite par l’éolienne à l’énergie qui pourrait être produite si elle fonctionnait en régime continu à sa puissance nominale.

Pour mesurer la ressource éolienne d’un site, l’indicateur utilisé est le taux de charge annuel, càd le taux de charge sur un an pour tenir compte des variations saisonnières. En Belgique, il y a statistiquement moins de vent les mois d'été.
D’après les productions électriques réelles du parc éolien belge connecté sur le réseau de transport géré par ELIA, le taux de charge annuel moyen sur terre (onshore) est de l’ordre de 25% et celui en mer (offshore) de l’ordre de 40% avec les technologies actuelles.

La météo des énergies renouvelables mesure au jour le jour le taux de charge du parc éolien belge onshore (sur terre) et offshore (en mer)

La ressource énergétique éolienne de la Belgique dépend des surfaces dédiées à l’exploitation du vent et des caractéristiques techniques des éoliennes mises en oeuvre. Les technologies de 1 à 3 MW de puissance installée permettent une densité d'installation de 6 à 15 MW par km². Ainsi la ressource annuelle nette est de 20 à 40 GWh/km² sur terre et de 30 à 60 GWh/km² en mer.


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Systèmes de conversion

L'éolienne est un rotor composé généralement de plusieurs pales placé en hauteur à l'aide d'un mât. Elle transforme une partie de l’énergie cinétique du vent en une énergie mécanique de rotation. Le rotor de l'éolienne ralentit la masse d'air et en récupère l'énergie cinétique sous la forme d'énergie mécanique. Couplée à l’axe d’une génératrice électrique, de l'électricité est produite au prorata de vitesse de ralentissement (v23-v13).

D'un point de vue aérodynamique, les pales des éoliennes classiques agissent comme des ailes d’avion. Elles transforment le flux laminaire du vent en une énergie mécanique qui au lieu de soulever (l’avion), met en rotation un axe. Il est donc essentiel de placer le rotor de l’éolienne dans une zone sans turbulence.

Figure : Zone de turbulence - Source : « Paul GIPE ; Le grand livre de l’éolien p273 »


Les éoliennes produisent de l’électricité et permettent de réduire en temps réel la production électrique des centrales au gaz. Chaque kWh produit par une éolienne évite la production d’un kWh à partir d’une source d’énergie fossile et réduit ainsi les émissions de CO2 de nos centrales conventionnelles. La Commission wallonne pour l’Energie (CWaPE) a chiffré cette économie à 456 grammes de CO2 par kWh produit par des énergies renouvelables.

La puissance électrique effective développée par une éolienne dépend la vitesse du vent. Elle est comprise entre zéro et sa puissance "nominale". La production électrique dépend du vent, elle est donc variable, mais prévisible à court terme (24 heures voire 72 heures) avec un niveau de fiabilité de la prévision qui dépend de la situation météorologique.

Les gestionnaires des réseaux électriques ont pour tâche d'assurer l'équilibre instantané entre la demande et l'offre d'électricité, toutes deux sans cesse fluctuantes. Le développement de l'éolien est un nouveau paramètre pris en compte. L'expérience acquise, les outils de prévision et les adaptations de l'infrastructure permettent progressivement d'intégrer davantage de production éolienne dans le mix électrique belge.

 

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