Qu’est-ce qu’une éolienne et comment les éoliennes produisent-elles de l’électricité

Les éoliennes sont l’évolution des moulins à vent classiques que l’on peut voir dans des zones plus rurales du monde. Leur but est de réduire la dépendance aux combustibles fossiles pour créer de l’énergie et aussi de créer de l’énergie de manière moins gaspilleuse. Ils fonctionnent en utilisant l’énergie cinétique du vent, qui pousse les pales de la turbine et fait tourner un moteur qui convertit l’énergie cinétique en énergie électrique pour l’usage des consommateurs.

Les éoliennes sont des machines rotatives qui peuvent être utilisées directement pour le broyage ou peuvent être utilisées pour générer de l’électricité à partir de la puissance cinétique du vent. Ils nous fournissent l’énergie propre et renouvelable de la maison et du bureau. Les éoliennes sont un excellent moyen d’économiser de l’argent et de rendre l’environnement propre et vert.

Ce processus a été adapté pour être utilisé dans diverses applications et peut être utilisé par des bateaux, des panneaux de signalisation ou des communautés entières qui utilisent un parc éolien pour produire de l’énergie. Le développement des éoliennes est une étape majeure vers une refonte de notre façon de produire notre énergie.

 

Fondamentalement, il existe deux types d’éoliennes, celles à axe vertical et celles à axe horizontal. Ils peuvent être utilisés pour produire de l’électricité à terre et en mer. Les éoliennes peuvent être combinées pour former des grappes appelées « parcs éoliens » qui sont utilisés par les grandes entreprises pour utiliser cette énergie comme source de secours. En plus de générer de l’électricité, ils peuvent également être utilisés pour moudre le grain, pomper l’eau et recharger les batteries.

Historiquement, les éoliennes étaient utilisées pour la voile, l’irrigation et le broyage des grains. C’est au début du 20ème siècle qu’il a été utilisé pour produire de l’électricité. Aujourd’hui, de grandes éoliennes peuvent être vues dans les zones rurales ou près de la côte de la mer où la vitesse du vent est généralement tout au long de la journée. Un dispositif appelé évaluation des ressources éoliennes est utilisé pour estimer la vitesse du vent.

Composants d’éoliennes

Les systèmes d’éoliennes sont constitués de nombreux équipements différents qui servent tous à fournir de l’électricité là où elle est destinée. Parmi ces nombreuses pièces différentes, la liste ci-dessous sert de plan général pour les principaux composants qui peuvent et souvent seront trouvés dans les systèmes d’éoliennes, quel que soit le type de conception.

• Rotor – Le rotor est composé de pales fixées à une pièce centrale. Les pales ont une forme telle que lorsque le vent pousse contre elles, elles tournent

• Pitch Drive – Utilisé pour faire tourner les pales pour s’adapter au vent à grande vitesse

• Nacelle – Le rotor est fixé à une unité de logement appelée nacelle, qui protège divers autres composants nécessaires au fonctionnement de l’éolienne

• Frein – Nécessaire pour ralentir le rotor

• Arbre à basse vitesse – Se fixe au rotor et tourne lorsque le rotor tourne sur un rapport de 1:1

• Boîte de vitesses – A la même fonction qu’une voiture, le rotor tourne lentement lorsque le vent le pousse et la boîte de vitesses ou la transmission augmente cette vitesse de rotation pour le générateur

• Arbre à grande vitesse – Se fixe à la boîte de vitesses et au générateur et tourne à une vitesse plus élevée que le rotor ou l’arbre à basse vitesse

• Générateur – Mécanisme réel qui convertit l’énergie cinétique de rotation en électricité

• Girouette – Détecte la direction du vent et ajuste le rotor et la nacelle pour compenser

• Yaw Drive – Maintient le rotor et donc les éoliennes face au vent

• Tour – Élève les composants susmentionnés à une altitude qui optimise l’exposition au vent

Comment fonctionnent les éoliennes ?

Les éoliennes fonctionnent sur un système composé de nombreux composants critiques qui permettent de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. Peu importe le type de système éolien, ils fonctionnent tous selon le même principe qui permet à un générateur de produire de l’électricité. Ce principe est que si les aimants tournent autour d’une bobine de fil, ou si une bobine de fil tourne dans un champ magnétique, de l’électricité est produite assez rapidement.

L’engin total d’aimants et de conducteurs constitue le générateur. L’utilisation du vent pour faire tourner les pales crée la force nécessaire pour faire tourner les aimants ou la bobine du conducteur qui à son tour crée de l’électricité. Vous trouverez ci-dessous un processus étape par étape qui met en évidence les méthodes par lesquelles une éolienne parvient réellement à produire de l’électricité.

1. La construction de la tour place le système d’éoliennes à la bonne altitude où le vent se déplace à un rythme plus élevé et plus constant

2. Les pales du rotor sont exposées au vent, ce qui les oblige à commencer à tourner

3. Lorsque le rotor tourne, l’arbre à basse vitesse, qui est relié à une boîte de vitesses, tourne à la même vitesse

4. La boîte de vitesses prend cette vitesse de rotation lente et, grâce à un engrenage correct, la transforme en une vitesse de rotation plus rapide

5. L’arbre à grande vitesse, qui se trouve à l’extrémité sortante de la boîte de vitesses et relié à un générateur, tourne à une vitesse plus élevée

6. Le générateur tourne à cette vitesse élevée qui fait tourner des aimants autour d’une bobine de fil métallique et génère de l’électricité

7. L’électricité se déplace du générateur à travers des fils vers les applications nécessaires, qu’il s’agisse d’appareils directs ou d’une batterie

Voici un graphique d’information sur le fonctionnement des éoliennes qui vous aidera à comprendre les différents composants des éoliennes.

Types d’éoliennes

Il existe deux principaux types d’éoliennes que l’on peut voir dans la conception et la mise en œuvre dans l’industrie de l’énergie éolienne aujourd’hui. Le premier type et le plus courant est l’éolienne à axe horizontal qui repose sur un arbre horizontal qui s’étend perpendiculairement aux pales qui tournent verticalement. Ces systèmes d’éoliennes peuvent être utilisés dans de grands parcs éoliens ainsi que dans des opérations en solo.

Le deuxième type, moins courant dans l’industrie de l’énergie éolienne, est l’éolienne à axe vertical. Comme on pourrait en déduire, la turbine à axe vertical a un arbre vertical dans lequel les pales ou le rotor sont connectés et tournent horizontalement. Il existe de nombreuses variantes d’éolienne à axe vertical, mais le principal avantage est que la maintenance est plus facile car la boîte de vitesses et le générateur sont plus accessibles.

• Éolienne à axe horizontal – Il s’agit du type standard d’éolienne où l’arbre lent qui se connecte au rotor est horizontal. Il existe différentes manières de construire cette éolienne, mais elles suivent toutes le même concept que celui décrit ci-dessus. Le rotor tourne avec le vent et l’énergie cinétique de rotation est convertie en énergie électrique par un générateur

• Éolienne à axe vertical – Ce type d’éolienne est moins courant mais présente l’avantage de ne pas avoir à faire face au vent. L’arbre relié au rotor est vertical et la boîte de vitesses et le générateur sont généralement au bas de la tour. Il existe de nombreux types d’éoliennes à axe vertical qui suivent toutes le même concept de force le long de l’axe X (parallèle au sol) par opposition aux éoliennes à axe horizontal qui utilisent la force le long de l’axe Y (perpendiculaire au sol).

Voici les différentes variantes qui proviennent des systèmes d’éoliennes à axe vertical. Beaucoup d’entre eux ont été conçus il y a des décennies et ne sont plus utilisés aujourd’hui, mais leurs conceptions ont été adaptées et modifiées de sorte que de nouveaux modèles peuvent être développés qui sont plus efficaces avec moins de problèmes que les anciens.

un. Éolienne Darrieus – Cette éolienne à axe vertical utilise des pales courbes qui tournent et créent une force de vent interne qui permet au rotor de tourner à grande vitesse quelle que soit la vitesse du vent. L’inconvénient est que cette turbine nécessite généralement un moteur externe pour commencer à tourner

b. Giromill – Une variante de l’éolienne Darrieus en ce sens qu’elle utilise un rotor en forme de H. La différence entre les deux est que le giromill utilise des lames droites parallèles à l’arbre. En dehors de cela, les deux fonctionnent sur le même principe

c. Cycloturbine – Un type de giromill qui a non seulement des lames droites fonctionnant verticalement, mais aussi que la lame droite peut elle-même tourner autour de son axe central. L’avantage de ce type de turbine est qu’elle génère le plus de puissance et qu’elle peut s’auto-démarrer (démarrer sans aucune aide extérieure).

ré. Éolienne Savonius – Cette éolienne à axe vertical repose sur les principes de traînée et de résistance au vent pour fonctionner. Les pales ont la forme d’un S avec les deux parties courbes du S se déplaçant avec le vent. La partie incurvée crée moins de traînée et donc le rotor est capable de tourner. Ces turbines ne génèrent pas beaucoup d’énergie.

e. Éolienne Vortexis – Il s’agit du développement le plus récent des éoliennes à axe vertical. Il a été utilisé en Afghanistan et en Irak par les forces spéciales qui ont besoin d’alimenter leurs appareils. Cette turbine a deux ensembles de pales, un ensemble plus petit qui se trouve dans un cercle et un ensemble plus grand qui entoure le plus petit ensemble dans un cercle plus grand, qui agissent comme une boîte de vitesses. L’ensemble extérieur de pales utilise le vent pour tourner et par cet ensemble de pales qui tournent, elles forcent leur propre vent à faire tourner le plus petit ensemble de pales intérieures. Ces pales sont reliées à l’arbre qui fait alors tourner une génératrice.

Crédit image : David Clarke, David Clarke