trois pales portées par un moyeu constituant le rotor Les Eoliennes Elles se composent, en général, de trois pales portées par un moyeu constituant le rotor et installées au sommet d’un mât vertical. Cet ensemble est fixé par une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d’orienter le rotor afin qu’il soit toujours face au vent. Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique du vent (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) en énergie mécanique (mouvement mécanique des pales). Le vent fait tourner les pales entre 10 et 25 tours par minute. La vitesse de rotation des pales dépend de leur taille : plus elles sont grandes, moins elles tournent rapidement. Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des générateurs ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de l’électricité. Il faut donc d’abord que l’énergie mécanique des pales passe par un multiplicateur qui a pour rôle d’accélérer le mouvement de l’arbre lent de transmission, couplé aux pales, à l’arbre rapide couplé à la génératrice. L’électricité produite par le générateur a une tension d’environ 690 volts ne pouvant pas être utilisée directement, elle est traitée grâce à un convertisseur, et sa tension est augmentée à 20 000 volts. Elle est alors injectée dans le réseau électrique et peut être distribuée aux consommateurs.
L'éolienne à axe horizontal se compose d'un mât, une nacelle et un rotor. Description d'une éolienne La base, souvent circulaire et en béton armé dans le cas des éoliennes terrestres, qui permet de maintenir la structure globale ; Le mât 6 ou la tour au bas duquel on trouve le transformateur qui permet d’augmenter la tension de l’électricité produite afin de l’injecter sur le réseau ; La nacelle 4 , structure soutenue par le mât abritant les différents éléments mécaniques. On distingue les éoliennes à entraînement direct de celles équipées de train d’engrenages (multiplicateur/réducteur 5 ) selon le type d’alternateur utilisé. Les alternateurs classiques requièrent une adaptation de la vitesse de rotation par rapport au mouvement initial du rotor ; Le rotor 2, partie rotative de l’éolienne placée en hauteur afin de capter des vents forts et réguliers. Il est composé de pales 1 en matériau composite qui sont mises en mouvement par l’énergie cinétique du vent. Reliées par un moyeu, ces dernières peuvent en moyenne mesurer chacune 25 à 60 m de long et tourner à une vitesse de 5 à 25 tours par minute.
La puissance d’une éolienne La puissance est la quantité d'énergie produite ou transmise en une seconde. Les éoliennes actuellement installées ont une puissance maximale comprise entre 2 et 4 MW, lorsque le vent est suffisamment fort. Considérons une éolienne dont les pales ont un rayon r. Elle est soumise à l'accélération d'un vent de vitesse v. L'énergie captable par l'éolienne est proportionnelle à l'énergie cinétique du vent qui traverse l'éolienne. La totalité de cette énergie ne peut pas être obtenue car la vitesse du vent n'est pas nulle après l'éolienne. La puissance (énergie par seconde) maximale captable par l'éolienne est donnée par la formule de Betz : P = 1.18 * R² * V³ R est en mètres V en mètres par seconde P en watts Connaissant les dimensions de l'éolienne et la vitesse du vent en un site donné, on peut, à l'aide de cette formule, évaluer la puissance d'une éolienne. En pratique, la puissance utile d'une éolienne est inférieure à P. Ceci est dû au fait que, du vent à la distribution, il y a plusieurs étapes de conversion d'énergie, chacune avec un rendement propre : vent vers énergie cinétique de l'hélice générateur d'électricité vers transformateur redresseur vers stockage vers distribution. Le rendement optimal est de 60 - 65 %. Pour les éoliennes commerciales, le rendement est de l'ordre de 30 à 50 %.
Éolienne et facteur de charge Même si elle ne fonctionne pas en permanence à pleine puissance, une éolienne fonctionne et produit de l’électricité en moyenne plus de 90 % du temps. Afin de caractériser la notion de « productibilité » d’une éolienne, les énergéticiens utilisent un indicateur appelé facteur de charge. Cet indicateur mesure le ratio entre l’énergie produite par une unité de production électrique et l’énergie qu’elle aurait pu produire si elle fonctionnait en permanence à sa puissance maximale. Le facteur de charge éolien moyen est de 23 %.