Éoliennes : Types, Avantages et Applications

Il a été expliqué dans mon article précédent que différents types d'éoliennes utilisent l'énergie cinétique du vent pour générer de la puissance. En fait, l'énergie éolienne est connue comme le moyen le plus propre de générer de l'énergie mécanique et/ou électrique. L'énergie obtenue peut être classée selon la façon dont l'énergie éolienne est récoltée ; éolien terrestre et éolien offshore. Lisez l'article ci-dessous pour en savoir plus !

Aujourd'hui, vous découvrirez les différents types d'éoliennes et leurs avantages et inconvénients dans leurs diverses applications.

Types d'éoliennes

Voici les différents types d'éoliennes utilisés pour la production d'énergie :

Éoliennes à axe horizontal (HAWT)

Les éoliennes à axe horizontal sont les turbines les plus utilisées aujourd'hui, même si certaines limitations existent. Les pales de style hélice sont conçues pour tourner autour d'un axe horizontal. Ses composants incluent des pales de rotor connectées à un arbre qui est ensuite connecté à un générateur produisant de l'énergie électrique. Ces pales ressemblent à une hélice d'avion montée au sommet d'une tour.

Dans ces types d'éoliennes, un capteur de vent est monté sur un mécanisme d'orientation (appelé nacelle) pour que la turbine puisse s'aligner correctement avec la direction du vent. Par conséquent, une distribution plus efficace de l'énergie éolienne est forcée sur les rotors.

La structure des éoliennes à axe horizontal doit être suffisamment solide pour supporter le poids des composants du dispositif. Certains de ces composants incluent les pales de rotor, le multiplicateur, le générateur, etc. Aussi, la base doit pouvoir résister au vent fort qui souffle. Bien que la nacelle contienne un élément de freinage qui aide à arrêter immédiatement les pales quand un vent fort ou incontrôlé se produit.

Parmi tous les types de turbines, l'éolienne à axe horizontal a un rendement plus élevé et une production d'énergie plus élevée. Cette turbine est souvent disponible en deux types à savoir : éoliennes upwind (face au vent) et downwind (dos au vent).

Éoliennes upwind (face au vent) :

Dans une turbine HAWT upwind, le vent atteint les rotors avant la tour, c'est-à-dire qu'elle fait face au vent. C'est pourquoi les rotors ne souffrent pas de l'ombre de vent derrière la tour, résultant en un fonctionnement plus efficace. Aussi, le système est moins susceptible à l'usure. Cependant, le mécanisme d'orientation ajoute au poids de la structure.

Dans la plupart des conceptions, les rotors upwind ne sont pas flexibles pour qu'ils ne se plient pas ou ne heurtent pas la tour. Cela se produit souvent quand la vitesse du vent est élevée. Pour éviter davantage cela, le rotor est placé à une certaine distance de la tour. À cause de cela, les difficultés de fabrication de ces types d'éoliennes sont élevées. L'inflexibilité des pales de rotor équivaut à nécessiter un matériau plus lourd pour la construction des pales.

Éoliennes downwind (dos au vent) :

Ces types d'éoliennes à axe horizontal sont moins courants, mais leur conception ressemble beaucoup au type précédemment expliqué. La seule différence est la localisation du rotor, qui est en aval de la tour. Dans les types downwind, le vent frappe la tour avant d'atteindre les pales. La conception permet plus de flexibilité dans les pales de rotor, permettant l'utilisation de matériaux plus légers. Les avantages du downwind incluent un poids structurel plus léger et une meilleure dynamique structurelle de la tour en prenant une partie de la charge de la tour vers les pales pendant leur fonctionnement.

Les éoliennes à axe horizontal downwind n'ont pas besoin de mécanisme d'orientation. C'est parce que le rotor et le carénage sont conçus de façon que le carénage suive la direction du vent. Parce que le rotor est situé en aval de la tour, il subit l'ombre de vent, ce qui fluctue la quantité d'énergie produite. L'ombre de vent peut aussi causer de la fatigue aux composants du système.

Avantages et inconvénients des éoliennes à axe horizontal (HAWT)

Avantages :

Voici les avantages des éoliennes à axe horizontal :

• Grâce à la base de tour haute, un vent plus fort peut être accessible.
• Parce que les pales se déplacent perpendiculairement au vent, la puissance est reçue pendant toute la rotation. Cela résulte en un rendement plus élevé.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages des éoliennes à axe horizontal, certaines limitations subsistent. Voici les inconvénients des HAWT :

• Des composants lourds tels que pales, multiplicateur, générateur sont requis en raison de la construction massive de la tour.
• Ses composants doivent être levés en position.
• La hauteur de ces types d'éoliennes les rend ostensiblement visibles sur de grandes zones. Cela perturbe l'apparence du paysage et peut créer une opposition locale dans certains cas.
• La variante downwind souffre de fatigue et de défaillance structurelle causée par la turbulence quand une pale passe à travers l'ombre de vent de la tour. C'est pourquoi la majorité des HAWT utilisent une conception upwind car le rotor fait face au vent devant la tour.
• Un mécanisme de contrôle d'orientation supplémentaire est requis pour tourner les pales vers le vent.
• Le freinage est requis pour arrêter la turbine de tourner dans les vents forts. Cela arrêtera le système de la destruction par vent fort.
• Des contraintes cycliques et vibrations sont causées quand la turbine essaie de tourner pour faire face au vent.

Éoliennes à axe vertical (VAWT)

Dans les types d'éoliennes à axe vertical, les rotors font tourner un arbre qui est installé verticalement. Cette conception permet une moindre sensibilité concernant la direction du vent, ce qui la rend parfaite pour les fermes où la direction change fréquemment. En d'autres termes, peu importe la direction d'où souffle le vent, les pales bougeraient encore et feraient tourner l'arbre pour produire de l'énergie.

Les éoliennes à axe vertical ont leur générateur près du sol. Par conséquent, le poids supplémentaire est soulagé sur le rotor et rend la conception moins complexe. Cela rend aussi la maintenance plus facile comparée aux éoliennes à axe horizontal. Bien que les éoliennes à axe vertical aient un rendement moindre que les HAWT en raison de la quantité significative de traînée d'air sur les rotors. Une puissance de sortie moindre est un autre facteur car la vitesse du vent et son écoulement à une distance du sol sont plus élevés et plus lisses qu'au niveau du sol.

Basée sur la traînée, ou turbine Savonius – elles ont généralement des rotors avec des aubes solides qui tournent autour d'un axe vertical.

Basée sur la portance, ou turbine Darrieus – ont un style aile vertical haut, bien que certaines semblent avoir une forme de batteur à œufs. Une éolienne à spirale est un type de turbine à portance même si elle subit encore des tests indépendants.

Avantages et inconvénients des éoliennes à axe vertical (VAWT)

Avantages :

Voici les avantages des éoliennes à axe vertical :

• L'énergie est produite dans n'importe quelle direction du vent.
• Une tour de support solide n'est pas requise puisque la plupart de ses composants sont placés au sol.
• Coût de production faible comparé aux éoliennes à axe horizontal.
• Entraînement d'orientation et mécanisme de pas éliminés puisqu'il n'y a pas besoin que la turbine pointe vers la direction du vent.
• Installation facile
• Faibles coûts de maintenance
• Facile à transporter d'un endroit à un autre.
• Adaptée aux zones avec conditions météorologiques extrêmes.
• Elles sont installées en zones urbaines.
• Faible risque pour les humains et les oiseaux car les pales se déplacent à des vitesses relativement basses.

Inconvénients :

• Le rendement est faible car seulement une pale fonctionne à la fois.
• La poussée initiale pour démarrer est requise pour que les pales puissent commencer à tourner.
• Les éoliennes à axe vertical sont très peu efficaces en raison de la traînée additionnelle créée quand les pales tournent.
• Les vibrations sont relativement élevées car l'écoulement d'air près du sol crée un écoulement turbulent.
• Cette vibration augmente l'usure des roulements ce qui peut résulter en une augmentation des coûts de maintenance.
• Les VAWT créent une pollution sonore.

Conclusion

Différents types d'éoliennes sont adaptés pour une raison ou plus. Les types à axe horizontal sont couramment utilisés en raison de leur efficacité et une éolienne à axe vertical peut être utilisée dans n'importe quelle zone géographique en raison de sa portabilité. C'est tout pour cet article, types d'éoliennes et leurs avantages et inconvénients.

J'espère que vous avez beaucoup appris de cet article. Si c'est le cas, partagez-le avec d'autres étudiants. Merci de votre lecture. À la prochaine !