L'énergie éolienne, également connue sous le nom d'énergie éolienne, est le moyen d'exploiter le vent et de le transformer en électricité. L'efficacité éolienne moyenne des éoliennes se situe entre 35 et 45 %.
Production d'énergie éolienne
Le vent est produit dans l'atmosphère terrestre en raison des différences de températures terrestres au niveau local ou à l'échelle régionale et mondiale. Lorsque la chaleur devient chaude, elle monte, laissant l'endroit avec une faible pression d'air; l'air des régions plus froides avec des pressions d'air plus élevées entre pour égaliser la pression de l'air.
Les éoliennes et les éoliennes profitent de l'énergie cinétique ou « énergie de mouvement » qui déplace l'air ou le vent d'un endroit à un autre et le convertit en électricité. Les éoliennes sont érigées dans des endroits venteux, afin que le vent puisse déplacer les pales des éoliennes. Ces pales font tourner un moteur et les engrenages augmentent suffisamment les rotations pour produire de l'électricité. Différentes conceptions de turbines sont adaptées à différentes conditions.
Efficacité éolienne et facteur de capacité éolienne
L'efficacité éolienne n'est pas la même chose que le facteur de capacité éolienne, qui est ce dont on parle lorsque les gens pensent à l'efficacité énergétique. Wind Watch explique la différence entre les deux phénomènes.
L'efficacité éolienne et ses limites
L'efficacité éolienne est la quantité d'énergie cinétique du vent qui est convertie en énergie mécanique et en électricité. Les lois de la physique décrites par Betz Limit indiquent que la limite théorique maximale est de 59,6 %. Le vent a besoin du reste de l’énergie pour passer au-delà des pales. C'est en fait bien. Si une turbine capturait 100 % de l’énergie, le vent cesserait de souffler et les pales d’une turbine ne pourraient pas tourner pour produire de l’électricité.
Il n'est cependant pas possible pour aucune machine, à l'heure actuelle, de convertir la totalité des 59,6 % de l'énergie cinétique piégée du vent en électricité. Il existe des limites dues à la manière dont les générateurs sont fabriqués et conçus, ce qui réduit encore davantage la quantité d'énergie finalement convertie en électricité. La moyenne actuelle est de 35 à 45 %, comme indiqué ci-dessus. Le maximum aux performances maximales pourrait atteindre 50% selon Wind Watch. Un document du gouvernement australien (NSW) reconnaît également que 50 % est l'efficacité éolienne maximale pouvant être obtenue (p. 3).
L'efficacité énergétique ne varie pas autant que le facteur de capacité éolienne, qui dépend dans une large mesure de l'emplacement et des conditions météorologiques.
Facteur de capacité éolienne
Le facteur de capacité éolienne est la quantité d'énergie produite par un générateur par rapport à ce qu'il pourrait produire s'il fonctionnait tout le temps à sa capacité maximale, selon Green Tech Media. Le facteur de capacité éolienne a tendance à varier d'un endroit à l'autre et à différents moments de l'année, même avec les mêmes éoliennes, car il dépend de la vitesse du vent, de sa densité et de la surface balayée qui dépend de la taille du générateur, souligne Open EI.. Le facteur de capacité éolienne peut être optimisé en choisissant des endroits où des conditions de vent idéales prévalent pendant toute ou une grande partie de l’année. Il est donc important de prendre en compte le facteur de capacité éolienne et les conditions qui l'influencent pour maximiser la production d'énergie.
- La vitesse du venten dessous de 30 miles par heure produit peu d'énergie selon Wind Watch. Même de petites augmentations de vitesse peuvent se traduire par une augmentation substantielle de la puissance générée selon Open EI. L'électricité générée est le cube de la vitesse du vent, explique Wind EIS.
- La densité de l'air est plus élevée dans les régions plus fraîches et au niveau de la mer que dans les montagnes. Ainsi, les endroits idéaux avec une forte densité de vent sont les mers avec des températures plus froides selon Open EI. C’est l’une des raisons de l’expansion à grande échelle de la production éolienne offshore.
- Les éoliennes plus grandes et plus hautes peuvent profiter de plus de vent plus haut au-dessus du sol et de l'envergure accrue de leurs pales. Les considérations économiques deviennent donc ici importantes.
Le facteur de capacité est constamment augmenté grâce à l'amélioration de la technologie. Les éoliennes construites en 2014 ont atteint un facteur de capacité de 41,2 %, contre 31,2 % pour les éoliennes construites entre 2004 et 2011, selon Green Tech Media. Cependant, le facteur de capacité de l’énergie éolienne dépend non seulement de la technologie, mais également de la disponibilité de l’énergie éolienne elle-même. Ainsi, en 2015, le facteur de capacité des turbines était inférieur à la moyenne des années précédentes en raison de la « sécheresse éolienne », explique Green Tech Media.
Comparaison avec d'autres sources d'alimentation
L'efficacité énergétique de l'énergie éolienne est meilleure que celle du charbon. Seulement 29 à 37 % de l'énergie du charbon est convertie en électricité et le gaz a presque la même efficacité que l'énergie éolienne puisque 32 à 50 % de l'énergie du gaz peut être convertie en électricité.
Cependant, en termes de facteurs de capacité, les combustibles fossiles ont obtenu de meilleurs résultats que l'énergie éolienne aux États-Unis en 2016, selon l'Energy Information Administration (EIA) des États-Unis.
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renouvelables vs usines Les centrales à charbon aux États-Unis fonctionnaient à 52,7 % de leur capacité.
- Le facteur de capacité des centrales à gaz était de 56 % aux États-Unis.
- L'énergie nucléaire avait un facteur de capacité de 92,5 %, selon les chiffres de l'EIA pour les combustibles non fossiles.
- Le facteur de capacité de l'hydroélectricité était de 38 %.
- Le facteur de capacité de l'énergie éolienne était de 34,7%.
Lorsque l'on compare la puissance de sortie de différentes sources d'énergie, il est préférable de considérer non seulement le facteur de capacité, mais également leur efficacité énergétique. C’est ce qui rend l’augmentation de la production d’énergie éolienne compétitive et réalisable par rapport aux combustibles fossiles qui sont également gênés par les problèmes de pollution qu’ils provoquent.
L'intermittence affecte la production d'énergie éolienne
L'énergie éolienne souffre d'intermittence car le vent n'est pas toujours disponible et peut souffler à des vitesses variables, ce qui signifie que l'énergie est produite à des niveaux incohérents. L'intermittence énergétique est un phénomène dans lequel l'énergie n'est pas disponible en continu en raison de nombreux facteurs que les gens ne peuvent pas contrôler. Il y a donc une variation dans l'offre.
Solutions à l'intermittence
Étant donné que la production d'électricité à partir des éoliennes fluctue d'heure en heure, voire de seconde en seconde, les fournisseurs d'électricité doivent disposer de réserves d'énergie plus importantes pour atteindre et maintenir des niveaux d'alimentation électrique constants, explique le scientifique américain. L’intermittence signifie non seulement des déficits mais aussi des périodes d’excès; cela fournit alors également une solution possible. Le scientifique américain explique qu'à mesure que le nombre de sources d'énergie éolienne augmente, les différences locales dans les conditions météorologiques et éoliennes peuvent équilibrer les déficits et les excès.
Des prévisions météorologiques et une modélisation améliorées facilitent également la prise en compte des changements, même à court terme, dans l'énergie éolienne. Un mélange de sources est également nécessaire pour égaliser les différences diurnes ou saisonnières dans la production d'énergie éolienne.
Indépendamment de l'intermittence, de nouveaux parcs éoliens répandus à travers les États-Unis ont en fait contribué à stabiliser l'approvisionnement en électricité, en particulier lors de conditions météorologiques extrêmes au Texas, selon Clean Technica.
Coût
En 2017, The Independent a annoncé que la production d'énergie à partir de l'énergie éolienne était moins chère qu'à partir de combustibles fossiles. La production d'un mégawattheure (MWh) coûtait 50 dollars en 2017. Avec l'amélioration de la technologie, les coûts continuent de baisser, ce qui la rend plus attrayante que les sources d'énergie polluantes conventionnelles. Les États-Unis espèrent stimuler ce mouvement en offrant des incitations gouvernementales pour augmenter la part de l'énergie éolienne, qui a fourni 6 % de leur électricité en 2016 selon l'EIA.
Wind EIS note que 80 % des coûts sont des coûts d'investissement liés à l'installation des éoliennes, et 20 % sont des coûts opérationnels. Cependant, comme aucun coût de carburant n'est impliqué et compte tenu de l'énergie produite tout au long de son cycle de vie, l'énergie éolienne est compétitive.
Énergie sans carbone
L'énergie éolienne est l'une des alternatives les plus efficaces aux énergies fossiles. On prévoit que d'ici 2050, 139 pays qui utilisent actuellement 99 % de l'énergie mondiale pourraient utiliser 100 % d'énergie renouvelable. L’éolien et le solaire pourraient fournir ensemble jusqu’à 97 % de cette énergie, selon un rapport du Forum mondial de 2017. Cela peut aider à contenir la hausse du réchauffement climatique en dessous de 1,5°C. Qu'il s'agisse d'un parc éolien situé à flanc de colline ou le long d'un littoral, la technologie des éoliennes offre un moyen beaucoup plus efficace de produire de l'électricité utilisable que les sources traditionnelles non renouvelables.
