L'énergie éolienne

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D’où vient le vent ?

A l'origine, l'énergie éolienne provient du Soleil. Le flux de rayonnement solaire échauffe inégalement les masses d'air de l'atmosphère, provoquant ainsi des mouvements de masse d'air entre zones de températures et, par suite de pressions, différentes. Environ 2% de l'énergie solaire (3,2 x 1024 Joules /an) est transformée en énergie cinétique des vents.

De cette énergie, 35% est dissipée dans une couche de 1 km au-dessus du sol. Si on utilisait 10% de cette énergie éolienne, par an, cela correspondrait à:

Energie éolienne = 3,2 x 1024 x 0,02 x 0,35 x 0,1 = 2,24 x 1021 Joules/an, soit 7 fois la consommation mondiale d'électricité !

On peut prévoir la direction des vents dominants dans la plupart des parties du globe avec une certaine assurance, cependant ces directions uniques sont souvent perturbées par :

  • les orages qui troublent la direction dominante bien que celle-ci soit bien apparente dans les relevés continus

  • les obstacles naturels qui modifient la direction du vent au sol

  • les dépressions cycloniques qui peuvent se déplacer dans n'importe quelle direction et qui se superposent au système général de la pression atmosphérique


Le vent se caractérise par 2 grandes variables par rapport au temps :

  • sa vitesse

  • sa direction


Le vent n'est pas un flux d'énergie régulier et stable. Il varie suivant les saisons , les heures de la journée, la hauteur a laquelle il est capté, la configuration du terrain.

Quels sont les facteurs agissant sur la variation de vitesse du vent ?

A. Les phénomènes instantanés: Les rafales

Difficiles a évaluer si l'on a pas des relevés de station météo.
Difficiles à caractériser, il faut des enregistrements sur plusieurs dizaines d'années pour éventuellement avoir une idée des variations instantanées. Il est pourtant important de tenir compte de ces variations. Si l'on considère la puissance récupérable par un moteur éolien on remarque qu'un vent à rafales imposera des contraintes qu'il faudra prendre en compte dans le calcul de son support, la plupart des systèmes de régulation ayant une inertie très supérieure à la durée d'une rafale.

Plusieurs facteurs contribuent à déterminer les variations du vent :

  • le temps qu'il fait

  • la topographie du terrain

  • les obstacles.


Ces variations de la vitesse du vent font varier la production énergétique de l'éolienne bien que l'inertie du rotor compense, dans une certaine mesure, les variations les plus courtes.

B. Les phénomènes journaliers: les thermiques

En bord de mer
mermer

En montagne
montagne  montagne

C. Les phénomènes mensuels saisonniers:

Dans les zones temperées, les vents les plus fréquents sont d' Ouest et de sud -Ouest, sauf dans l'extreme sud-est ou les vents de sud-est sont plus fréquents.

A chaque saison correspond une direction générale de vents.

  • Pour l'hemisphere nord,
  • En hiver : Les vents sont de sud a Ouest dans le nord et de nord a Ouest dans le sud.
  • Au printemps:Les vents les plus fréquents sont de nord et d' Ouest.
  • En été: les régimes sont ceux de printemps mais mieux établis.
  • En automne: les régimes sont ceux d' hiver mais plus régulier.
D. Les phénomènes annuels saisonniers:

Des données annuelles sont regroupées sous forme de carte des vents.
Heliciel propose une série.

E. Les variations de vitesse de vent en fonction de l'altitude (Cisaillement) 

La vitesse du vent dépend essentiellement de la nature du terrain au-dessus duquel se déplacent les masses d'air.

Variation de la vitesse du vent en fonction de l'altitude (Cisaillement)

 et  : vitesses de vent horizontal (en m/s) aux hauteurs respectives  et  (en m)
L'exposant  caractérise le terrain comme dans le tableau ci-dessous

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Nature du terrain Inégalité du sol en cm Exposant α
Plat : neige, glace, mer, marécages, herbes courtes  
Mer 0 à 20 0,13
Peu accidenté : champs et pâturages, cultures 20 à 200 0,13 à 0,16
Rivage   0,16
Plaine   0,20
Accidenté : bois, zones peu habitées 1000 à 1500 0,20 à 0,23
Plaine boisée   0,24
Très accidenté : villes 1000 à 4000 0,25 à 0,4

Avec 

Les site les plus intéressants pour la récupération d'énergie éolienne sont les sites peu ou pas accidentés pour lesquels l'exposant α est faible. On bénéficie dans ce cas de vitesses du vent près du sol élevées et la variation de la vitesse de vent avec l'altitude est faible (la vitesses de vent en haut et en bas de la machine sont sensiblement les mêmes), ce qui à pour conséquence de diminuer les contraintes cycliques sur les pales du moteur éolien (d'autant plus important lorsque le diamètre de l'hélice est grand).


L'énergie éolienne

Une éolienne est une machine qui convertit l'énergie du vent en énergie mécanique. Pour être plus clair, on considère qu'il y a du vent quand l'air se déplace et donc quand l'air possède une certaine vitesse. A cette vitesse est associée une énergie, l'énergie cinétique. Le vent exerce une force sur le rotor de l'éolienne et le met en rotation : il exerce une certaine puissance. A proprement parler, cette force est transmise à un axe qui correspond à une certaine puissance. En langage d'ingénieur, nous sommes en présence d'une machine motrice.

Cette énergie mécanique peut être utilisée directement. Par exemple, on pense à l'actionnement d'une pompe à des endroits non desservis par le réseau électrique ou à nos anciens moulins à vent. Néanmoins, ces applications mécaniques sont assez marginales. Dans la majorité des cas, l'énergie mécanique du rotor de l'éolienne est transformée en énergie électrique via une génératrice.

L'énergie éolienne potentielle est gigantesque - quelques milliards de TWh

mais la partie effectivement récupérable reste très limitée et il faut considérer que seule une petite partie de nos besoins croissants en énergie ne pourra être couvert par cette énergie. Toutefois ces considérations générales peuvent varier d'un lieu géographique à un autre suivant le potentiel éolien local, la densité du réseau de distribution, la répartition de l'habitat, les besoins en énergie et les incitations des organismes nationaux à promouvoir l'utilisation d'énergies alternatives.

Environ 2% de l'énergie solaire (3,2 x 1024 Joules/an) est transformée en énergie cinétique éolienne. 35% de cette énergie est dissipée dans la couche de 1 km au-dessus du sol. Si on utilisait 10% de cette énergie par an, cela correspondrait à :

Energie éolienne = 3,2 x 1024 x 0,02 x 0,35 x 0,1 = 2,24 x 1021 Joules/an, soit 7 fois la consommation mondiale d'électricité !

L'énergie éolienne est une forme d’énergie indéfiniment durable et propre.

Elle est aujourd'hui utilisée pour :

  • Alimenter en énergie des sites isolés (dizaine de kWh/jour)

  • Produire des kWh au coût le plus faible sur des réseaux de distribution (dizaines à centaines de MWh/jour)

  • Produire de l'énergie mécanique pour le pompage ou autre application (centaines de Wh/jour)

La répartition


L'énergie éolienne est très inégalement répartie au niveau mondial. Elle est plus importante au niveau les zones côtières. Dans les zones montagneuses, le vent est difficilement utilisable à cause des turbulences. Sur un site l'énergie éolienne est presque constante à l'échelle de l'année mais à l'échelle du mois, elle présente de très fortes irrégularités, ce qui présente des inconvénients importants.

Si l'on prend l'exemple de la Belgique, la vitesse moyenne du vent à 10 mètres du sol est de :

  • 6,2 m/s au niveau du littoral

  • 3,6 m/s à l'intérieur du pays

  • 4,4 m/s sur le plateau ardennais 

Quels sont les facteurs de la puissance de l'eolienne et donc de l'énergie eolienne produite?

La vitesse et la puissance du vent.

La puissance de l'éolienne est proportionnelle au cube de la vitesse du vent. Pour un site donné, c'est une composante que nous ne pouvons pas contrôler, elle est fixée par l'environnement. La densite de l'air ave l'altitude joue un role non negligeable. Le vent n'est pas un flux d'énergie régulier et la variation de vitesse dans le temps implique que la puissance moyenne qui sera délivrée par l'éolienne ne peut être calculée de manière simple.

La surface captée.

La puissance de l'éolienne est proportionnelle à la surface captée. L'énergie éolienne est une transformation de l'énergie cinétique du vent.
P= 0.5 X masse volumique X S X (Vitesse)³    Plus l'hélice sera grande plus la masse d'air captée sera importante. La taille de l'hélice est fixée par l'investissement.

La puissance captable

Nous ne pourrons capter que 60% de l'énergie du vent! Une contrainte est indissociable du prélevement de l'énergie cinétique par une hélice plongée dans un courant (non forcé) de fluide : Prendre de l'énergie de vitesse implique que l'on ralentit la masse d'air. Si on prend toute l'énergie de vitesse de la masse d'air, cette masse d'air sera arrêtée. Pour laisser une nouvelle masse d'air passer au travers de l'hélice, il faudra pousser celle qui est arrêtée. Ceci consommera de l'énergie...Nous ne pourrons donc pas prendre toute l'énergie cinétique de la masse d'air car nous boucherions notre hélice et l'air préférera passer autour que a travers notre éolienne. Ce phénomène à été quantifié et calculé par l' étude de la variation de quantité de mouvement, et plus précisément formulé par la théorie de froude et la limite de Betz.

Les rendements des systemes de conversion de l'énergie.

Les rendements de tous les maillons de la chaine de transformation de l'énergie eolienne sont à soigner mais Le rendement de notre hélice peut passer nous l' avons vu plus haut de 0.2 à 0.85...de la limite de Betz. Nous voyons donc que la qualité aérodynamique des pales de l'éolienne est a prendre au sérieux, car c'est un facteur de puissance qui ne dépend que de notre savoir faire et de notre connaissance de la technique des hélices d ' éoliennes .

Mes avantages.

Indépendance énergétique

Vous devenez votre propre producteur d ‘électricité.

Prix de l’électricité connus et stables

Prix de l’électricité connus et stables durant 20 ans : grâce à votre système éolien vous connaissez à l’avance les coûts de l’électricité. Fini les augmentations annuelles des prix !.

Bien-être des générations futures

Vous apportez votre contribution au bien-être des générations futures : votre investissement dans des énergies vertes fait de vous un contributeur actif contre le réchauffement de la planète et tous les dangers du nucléaire.

Retour sur investissement intéressant

Un retour sur investissement intéressant : le rentabilité d’un système éolien sur sa durée de vie est beaucoup plus intéressante de nombreux placements. Bien entendu le niveau de rendement ainsi que les flux de trésoreries seront à calculer en fonction des paramètres propres à votre situation : type de machines, profils de vents, types de consommation,…

Visibilité verte incroyable

Une éolienne donnera à votre entreprise une image positive de votre entreprise. Vous exprimerez haut et fort votre implication dans le renouvelable.

Prise de conscience et une mobilisation interne

De par sa visibilité votre projet éolien vous permettra ainsi qu’à vos employés de prendre conscience de efforts que vous faites dans la gestion de l’énergie. Vous pourrez initier des actions visant à réduire la consommation d’énergie journalière et réaliser des économies substantielles..

Les étapes de mon projet éolien

Quel est le profil du vent auquel j’ai accès ?


Le vent est l’essence même des éoliennes. Il est donc indispensable de vérifier préalablement le profil du vent qui vous est accessible. De plus chaque type d’éolienne aura des comportements différents en fonction du profil de vent qu’elle rencontrera.

Nos perceptions de présence de vent sont souvent erronées et il est nécessaire de faire appel à des méthodes professionnelles.

Il existe 2 possibilités simples et peu onéreuses :

  • Etude météorologique : appel à des outils de modélisation, appelés « modèles météorologiques », qui permettent d’étudier les mouvements atmosphériques. Ces modèles sont adaptés aux échelles locales allant de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres ou dizaines de kilomètres et sont donc bien adaptés à l’étude du potentiel éolien.
  • Mât de mesure: un mât d’une hauteur donnée est mis en situation et récolte les données de vent durant 3 mois à 1 an. Demandez un devis gratuit.

Ces deux méthodes permettent d’extrapoler à partir de l'analyse des données (soit observées, soit calculées) le potentiel de production éolien.

Energy Open peut vous accompagner durant toutes vos démarches !

Quels sont mes besoins électriques ?

Les éoliennes de petite et moyenne puissance sont destinées à fournir directement l’électricité là où elle consommée. Il est donc conseillé de connaître au mieux sa consomation électrique actuelle : kWh, coûts, périodes de consommation, destionnation de l’électricité, comportements de consommation,… Cette connaissance permettra d’optimiser au mieux le type d’éolienne à envisager.
Une bonne approche demande de lister les ‘consommateurs’, l’énergie qui leur est nécessaire et les comportements (moments) de consommation.

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Introduction des demandes de permis et d’aides

L’implantation d’une éolienne doit être compatible avec les autres affectations de l’espace environnant et respecter les usagers des lieux ; elle doit pour cela satisfaire aux critères des réglementations en vigueur. Certaines démarches administratives sont obligatoires pour obtenir l’autorisation d’installer une éolienne de petite et moyenne puissance. Le service Urbanisme en charge peut apporter une aide efficace dans la réalisation de ces démarches.

Aucune harmonisation Européenne n’a encore été mise en place et dès lors les exigences et contraintes vont varier de pays en pays ainsi que de région en région.

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Installation de l’éolienne

Une éolienne repose sur des fondations dont les caractéristiques dépendront de la nature et de qualité du sol. Si ces informations ne sont pas connues il sera peut-être nécessaire de réaliser une étude de sol.

Dès que les fondations sont prêtes, l’éolienne et sa tour pourront être placés à l’aide d’un système hydraulique (petites tours) ou d’une grue.

Il sera également nécessaire de prévoir les câbles électriques entre l’éolienne et le réseau électrique. Dans la plupart des cas une société agréée sera nécessaire afin de réaliser le raccordement au réseau public.

L’installation de l’éolienne est assurée par nos services mais il est tout à fait possible d’envisager que vos moyens propres soient utilisés afin de diminuer vos frais. Nous en discutons alors avec vous.

Mise en service


Une fois l’éolienne raccordée nos techniciens procéderons à la mise en service. Durant cette mise en service de nombreux tests et mesures seront réalisés afin d’assurer le bon fonctionnement de l’installation.

Maintenance

Nos éoliennes sont prévues pour avoir une durée de vie allant de 15 à 20 ans selon le modèle choisi. Afin de permettre une telle durée de vie une maintenance annuelle est vivement conseillée. Durant cette maintenance nos techniciens procéderont à un graissage des parties mécaniques et effectueront une série de tests.

Aides et primes

Les programmes d’aides sont très variables en fonction des pays et voir des régions concernées. Les données ci-dessous ne sont fournies qu’à titre indicatif :

Belgique – Région Wallonne
Mécanisme de compensation

Le mécanisme de compensation est un système destiné aux installations de moins de 10 kVA, qui présente l’avantage de pouvoir compenser sa consommation d’électricité avec l’électricité produite par son éolienne, et ce, non pas de manière instantanée, mais sur base annuelle.
Il s’applique donc à tout système de production d’électricité verte pour autant que le total des installations (certifiées et enregistrées auprès de la CWaPE) n’excède pas 10 kW de puissance installée.
Grâce au « compteur qui tourne à l’envers », la quantité d'électricité non consommée directement et injectée sur le réseau compense, sur base d’une période tarifaire (durée entre 2 relevés d’index), une partie ou la totalité de la quantité d'électricité prélevée sur le réseau et ce, au même prix (mécanisme de compensation). La limite de puissance à 10 kVA concerne bien la puissance de sortie de l’onduleur. Une éolienne d’une puissance supérieure dont l’onduleur est bridé à une puissance de 10 kVA peut donc bien bénéficier du mécanisme de compensation.

Certificats verts

Les certificats verts sont un mécanisme mis en place par la Région Wallonne pour soutenir le développement d’unités de production d’électricité verte, et, ce faisant, pour contribuer à la réduction de nos émissions de CO2. Ce marché est régulé par la Commission Wallonne Pour l’Energie24 (CWaPE). Celle-ci gère notamment l’entièreté du mécanisme des certificats verts. Toute installation d’électricité verte, raccordée au réseau de distribution public ou autonome doit se voir octroyer un certificat de garantie d’origine pour bénéficier des certificats verts. L’électricité produite à partie d’énergie éolienne donne droit à 1 CV/ MWh produit par an.

Déduction fiscale pour investissements économiseurs d’énergie dans les entreprises (entreprises, indépendants, professions libérales)

Cette déduction se traduit par une diminution de la base imposable à concurrence de 13,5% de la valeur d'acquisition des investissements. La déduction est à opérer sur l’exercice fiscal d’acquisition, mais peut être reportée sur les exercices suivants et peut être étalée sur la durée de l’amortissement jusqu’à épuisement de la corbeille. Les catégories d’investissements économiseurs d’énergie éligibles à la déduction fiscale sont reprises sur le portail Energie de la Région wallonne.

Aides à l’investissement pour les investissements environnementaux et en utilisation durable de l’énergie (indépendants, entreprises)

La prime à l’investissement consiste en un pourcentage du montant des investissements. Est concernée, toute entreprise ayant un siège d’exploitation situé en Région Wallonne et qui y réalise un programme d’investissements destiné à favoriser la protection de l’environnement ou l’utilisation durable de l’énergie. La personne morale de droit public et l'association sans but lucratif sont exclues du bénéfice des incitants.

Le seuil minimum d’investissements éligibles est fixé à 25.000 €.

 

Le plafond de l’aide est fixé à 1.500.000 € sur 4 ans.Les investissements faisant l’objet de l’aide doivent être maintenus minimum 5 ans dans l’entreprise.

 

Montant de l’aide

 

Pour la petite entreprise qui n'est pas détenue par une moyenne ou une grande entreprise qui relève du secteur de l'énergie et qui produit de l'énergie à partir de sources renouvelables, le montant de l’aide s’élève à 20% du montant total de l’investissement éligible hors TVA pour une éolienne ≤ 500 kW.

A propos de Energy Open

Manufacturer of wind turbines and solution provider for hybrid mini-grid systems.

 

EO Wind: wind turbines frome 2kW to 50kW. We developed and produce in Belgium ou 25kW turbine (EO Wind 25).

 

EO Hybrids: a modular and extensible mini-grid system than can store and manage electricity from different sources.

 

EO Services: wind profile studies turbine installation and maintenance.

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