Fonctionnement

Fonctionnement
Pour commencer à produire de l'énergie, une éolienne exige une vitesse de vent minimale, dite
vitesse de démarrage. Pour la plupart des éoliennes modernes, cette vitesse de vent est de 4 m/s
(14,4 km/h).
Quand le vent augmente, la production augmente avec le cube de la vitesse du vent (voir plus haut).
Pour une certaine vitesse de vent (dite vitesse nominale), la puissance qui arrive sur la génératrice
est égale à la puissance maximale de cette génératrice. Il faut donc limiter la puissance pour éviter
que la génératrice ne soit détruite. La vitesse de vent nominale est de 12 m/s (43 km/h) pour les
éoliennes modernes.
Quand le vent est trop violent (tempête), l'éolienne doit être arrêtée : c'est la vitesse d'arrêt, en
général de 25 m/s (90 km/h). On pourrait produire de l'énergie dans des vents plus élevés, mais au
prix de renforcements de structure pour un gain somme toute faibles (quelques heures par an de
production).
Pour les vitesses de vent comprises entre la vitesse nominale et la vitesse d'arrêt, la production est
constante, égale à la puissance de la génératrice. La puissance est régulée au niveau du rotor, soit
par calage variable des pales (le procédé le plus courant pour les grandes éoliennes), soit par
décrochage aérodynamique.
Sur un site avec une vitesse moyenne annuelle de 7 m/s, le nombre d'heures de fonctionnement
d'une éolienne (donc le temps pendant lequel la vitesse du vent est comprise entre 4 et 25 m/s) est
de plus de 7 000 heures par an. l'éolienne produit donc de l'énergie 80% du temps.
Dans le domaine de l'énergie, il est d'usage de comparer la production annuelle d'une source
d'énergie à la puissance maximale qu'elle peut fournir (si elle fonctionnait 100% du temps à
puissance maximale). Or une éolienne a une production variable au cours du temps. Sur un site à 7m/s
moyen, la production annuelle d'une éolienne est d'environ 25% de l'énergie maximale qu'elle
pourrait produire. En France (comme en Allemagne), on utilise la notion d'"heures pleine puissance"
qui est égal à 30% x 8760 heures (nombre d'heures dans une année), soit 2 600 heures. Ce qui n'a
rien à voir avec le temps de fonctionnement de l'éolienne (qui est de 7 000 heures par an).
Cette notion d'"heures pleine puissance" (HPP) est confuse et n'apporte rien. Le problème est que le
tarif éolien français est indexé sur ces HPP. Pour HPP = 2000 heures, on a le tarif maximal pendant
15 ans alors que pour HPP = 3000 heures, le tarif est maximal sur 5 ans puis diminue fortement. Or
les financiers préfèrent un tarif constant, qui donne une meilleure rentabilité. Ceci induit des
distorsions importantes.
Prenons un cas simple.
Soit un site à 7 m/s à 80 m de hauteur.
• Une éolienne A de 80 m de diamètre et 2 MW (ex. : Vestas V80) va produire 4 550 000 kWh/an,
soit HPP = 4 550 000 kWh/2 000 kW = 2 225 heures.
• Une éolienne B de 80 m de diamètre et 2,5 MW (ex. : Nordex N80) va produire 4 845 000 kWh/an,
soit HPP = 4 845 000 kWh/2 500 kW = 1 938 heures.
Donc pour la même taille d'éolienne (80 m de diamètre, 80 m de hauteur), le nombre d'heures HPP
varie de 2200 à 1940 suivant la génératrice installée. Les investisseurs préfèreront avoir 2 000
heures et choisiront donc l'éolienne B. Le prix du kWh éolien à payer par la collectivité sera plus
élevé, alors que tout cela n'est qu'un artifice financier.
Une éolienne moderne contemporaine est un système constitué des sous-systèmes suivants :
* le rotor, avec des pales montées sur un moyeu
* la transmission mécanique, qui transforme le mouvement de rotation du rotor en un mouvement
utilisable par la charge
* une génératrice électrique, qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique
* une nacelle, qui supporte le rotor, la transmission et la génératrice
* un système d'orientation, qui oriente la nacelle face au vent
* un mât, qui supporte la nacelle
* un système électrique, qui gère la connexion au réseau et le fonctionnement de l'éolienne
L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie tirée du vent au moyen
d'un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent.
L'énergie éolienne tire son nom d'Éole, le nom donné par les anciens Grecs au dieu censé produire le
vent.
L'énergie éolienne peut être utilisée de deux manières :
• Transformation en énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (voilier),
pour pomper de l'eau (moulins de Majorque, éoliennes dans les champs pour abreuver le bétail) ou
pour faire tourner une meule.
• Transformation en énergie électrique : l'éolienne est accouplée à un générateur électrique pour
fabriquer du courant continu (installation reliée à des batteries) ou alternatif (installation reliée au
secteur).