Énergie éolienne
Comment mettre le vent au service de l'homme
Le vent est dû au réchauffement de la surface terrestre par le Soleil. L'air chaud tend à monter, en prenant sa place l'air froid provenant des couches supérieures de l'atmosphère, formant les courants d'air qui forment le vent. Ces courants d'air sont une forme d'énergie cinétique qui se forme dans la nature (l'énergie solaire se transforme en énergie cinétique) et que l'être humain a utilisé et appris à en profiter depuis des temps immémoriaux, comme les voiliers et les moulins à vent.
On estime que l'énergie solaire transformée au niveau mondial en énergie éolienne est suffisante pour produire 10x106 kilowatts par heure, ce qui dépasse largement la demande mondiale en énergie électrique.
L'énergie éolienne a de grands avantages: elle est gratuite, propre et renouvelable et, étant le vent partout, on peut dire que c'est une source de grande étendue. D'autres caractéristiques qui peuvent être considérées comme négatives sont la non-continuité (pas toujours le vent coule) et la difficulté d'accumulation. Pour pouvoir profiter de l'énergie du vent, il faut prendre en compte deux aspects : la vitesse du vent et le type de machine qui est choisi pour son utilisation.
Il existe actuellement deux tendances dans l'exploitation de l'énergie éolienne : l'exploitation par des générateurs de faible puissance (150 kW) et l'exploitation par des générateurs de moyenne et haute puissance. Les premiers sont utilisés dans des endroits isolés, accompagnés d'autres sources d'énergie et les seconds sont connectés au réseau électrique. Ces dernières nécessitent des emplacements géographiques à fort potentiel éolien.
Moteurs à vent
Au cours de l'histoire, en général, il existe trois types principaux de machines éoliennes: d'une part, le moulin traditionnel, d'autre part, le moulin à bras multiples, principalement utilisé pour pomper l'eau, et enfin, les générateurs à hélice aérodynamique à deux ou trois bras.
Fondamentalement, toutes les machines éoliennes peuvent être regroupées en deux grands groupes en fonction de leur fonctionnement. Dans un groupe les pales du rotor tournent par la poussée directe du vent. Selon ce principe, l'extrémité de la pente la plus éloignée de l'axe ne dépassera guère la vitesse du vent. Et si le vent pousse une chose, elle ne peut pas attraper plus de vitesse que le vent. Par conséquent, l'axe de la machine tourne à une vitesse relativement basse et puisque les générateurs électriques actuellement utilisés nécessitent une vitesse de rotor élevée, il est nécessaire de multiplier la vitesse de rotation de l'axe des pales encore et encore pour obtenir des vitesses de rotation appropriées sur l'axe du générateur.
Cela entraîne une perte de performance et une complication importante du système. Cependant, ces machines ont généralement une grande surface face au vent, il suffit donc que le moindre mouvement du vent commence à tourner les bras. De plus, ces machines ont un très grand moment, c'est-à-dire une grande force et sont idéales pour les travaux mécaniques comme le pompage d'eau, le broyage de grain, la compression d'air, etc. Dans ce groupe se trouvent les moulins traditionnels, multi-bras, et le rotor Savonius, à axe vertical, entre autres. Toutes sont simples et peu efficaces.
Le principe de fonctionnement du deuxième groupe est le même que celui des oiseaux et des avions pour voler, c'est-à-dire les garder. En raison de la section spéciale des pales des hélices aérodynamiques, généralement à profil lisse et convexe, l'air atteint des vitesses différentes lorsqu'il passe d'un côté et de l'autre du bras. Cela provoque une différence de pression entre les deux faces du bras. L'air passe plus vite par la partie convexe que par la partie plate, générant dépression, absorption et générant force de subsistance, ce qui fait tourner les bras autour de l'axe.
De plus, comme le coefficient de confinement augmente avec la vitesse du vent, le bras du générateur peut dépasser la vitesse du vent, ce qui permet la connexion directe du générateur électrique à l'axe. C'est donc un système plus efficace que le précédent. L'inconvénient de ces machines est qu'ils sont de petite paire de démarrages, à savoir lents pour commencer à se déplacer. Le principal avantage est l'efficacité, car ils obtiennent entre deux et trois fois plus d'énergie mécanique qu'un multi-bras d'un même diamètre. Parmi les générateurs qui profitent du phénomène de confinement se trouvent ceux à double bras, trois bras et les générateurs de l'axe vertical appelé Darrieus. Les deux premiers, à axe horizontal, sont les plus répandus. Ajouter plus de pales ou bras n'a pas presque avantage et augmente les coûts.
Éléments auxiliaires des installations éoliennes
Les systèmes éoliens exigent des mécanismes supplémentaires pour fonctionner correctement. Certains, comme les accumulateurs électrochimiques et les systèmes de contrôle de la production électrique, sont les mêmes que ceux utilisés dans les installations solaires photovoltaïques, tandis que d'autres sont spécifiques aux systèmes éoliens. Parmi eux se trouvent les systèmes d'orientation qui garantissent que l'hélice est toujours orientée vers le vent. Les systèmes de régulation protègent la machine contre les vents forts.
Celui qui transforme l'énergie du vent en énergie électrique peut être une dynamo ou un alternateur. Les dynamos produisent le courant continu. Ils sont nécessaires lorsque des accumulateurs électriques sont utilisés, mais la performance n'est pas aussi bonne que celle des alternateurs. Les alternateurs génèrent un courant alternatif qui peut être utilisé directement ou envoyé à des accumulateurs électriques par rectification.
Les systèmes de multiplication de vitesse sont également nécessaires pour obtenir une efficacité maximale de l'éolienne. Pour cela, boîtes de vitesse, courroies, chaînes, etc. sont utilisés.
Avantages de l'énergie éolienne
Aujourd'hui, il est supposé qu'il ne faut pas craindre que les sources d'énergie fossile soient épuisées, mais les conséquences qu'elles engendrent. Le pétrole et le charbon, avant de s'épuiser, produiront un énorme impact global, de sorte que la nécessité de changer l'utilisation de ces sources d'énergie est très grave. De ce point de vue, la nécessité d'une forte impulsion de l'énergie éolienne est évidente. Un parc éolien de 1 MW situé dans un endroit approprié économise pendant un an les émissions suivantes: 3.900 tonnes de CO2, 75 tonnes de SO2 et 11,5 tonnes de NOX, en plus d'un possible mouvement des terres jusqu'à 22.880 m3.
D'autre part, l'industrie éolienne a besoin de plus de main-d'œuvre que d'autres industries énergétiques. Par exemple, pour produire 1 TWh d'énergie électrique, l'énergie nucléaire a besoin de 100 postes de travail, la thermique 116 et l'éolienne 542. Ces données ont été fournies par le World Watch Institute en 1990 et, selon les experts, elles restent similaires. En tout cas, on peut affirmer sans doute que l'énergie éolienne génère plus d'emplois que n'importe quelle source d'énergie conventionnelle.
Impacts de l'exploitation de l'énergie éolienne
Malgré les avantages de l'utilisation du vent comme source d'énergie, on ne peut nier qu'il génère un impact environnemental : le bruit et certaines conséquences de cette forme d'exploitation sont des oiseaux morts. Outre le problème des oiseaux qui sont coincés sur les pentes, l'impact sur le paysage peut être le plus dur de tous, au moins pour de nombreux amoureux de la nature et des alpinistes.
En ce qui concerne le bruit, une éolienne génère deux types de bruit, l'un mécanique et l'autre aérodynamique. On a réussi à réduire sensiblement la première car l'augmentation de l'efficacité de la machine et la réduction du bruit vont de pair. Les secondes sont plus difficiles à résoudre que les générateurs sont basés sur des techniques génératrices de bruit. En général, une installation éolienne ne produit pas plus de bruit qu'une autre industrie de la même puissance, bien que son emplacement dans les environnements naturels devient plus évident. Dans tous les cas, un éolienne de 500 kW situé à 400 mètres ne dépasse pas le niveau maximal de bruit extérieur autorisé légalement dans une chambre la nuit.
Le principal problème que les parcs éoliens ont eu à ce jour a été leur impact sur les oiseaux. Pour minimiser cet impact, il faut choisir correctement l'emplacement du parc éolien, de sorte qu'il n'y ait pas les mêmes circonstances qui se sont produites dans le parc éolien de Tarifa situé à l'extrémité sud de l'Espagne, car une partie du parc était situé entre une décharge et le nid d'une colonie de vautours, et 50 oiseaux sont morts dans les deux premières années. Il a été résolu avec la fermeture de la décharge. Statistiquement, tous les 14 ans, un oiseau meurt par turbine, ce qui est inférieur à la mortalité que produiraient les lignes électriques, le trafic ou une centrale thermique relativement importante autour de lui.
Quant à l'impact paysager, il faut dire qu'il s'agit d'un domaine très subjectif : certains disent que les moulins à vent qui s'alignent sur les montagnes sont quelque chose de beau, d'autres ne croient pas que le paysage peut supporter ce type de taches. Les trois éléments qui génèrent un impact visuel sur les parcs éoliens sont les éoliennes, les lignes électriques et les bâtiments de contrôle. Pour atténuer l'impact, les générateurs sont peints dans des couleurs basses, enterrent les fils et les bâtiments sont cachés parmi les éléments de l'orographie.
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D'autres impacts dérivés de l'exploitation de l'énergie du vent sont l'érosion due aux travaux de construction, les dommages à la faune et à la flore locale, le terrain occupé par le parc, etc. En tout cas, ceux-ci sont de petite taille et facilement réparables avec les mesures appropriées.
Énergie éolienne au Pays Basque
Dans la Communauté Autonome du Pays Basque et dans la Communauté Forale de Navarre on a réalisé un fort pari pour l'énergie éolienne, spécialement en Navarre. Ce dernier territoire vise à couvrir 45% des besoins en énergie électrique en 2010. Le Plan Énergétique de Navarre prévoit l'installation de 636 mégawatts de puissance (par exemple, la centrale nucléaire de Santa María de Garoña a une puissance de 460 mégawatts), dont 220 MW avant l'an 2000.
Jusqu'en 1997, il y avait trois parcs éoliens en Navarre : Erreniaga, Aritz et Gerinda, 40, 32 et 115 éoliennes, respectivement. Parmi les trois, une puissance de 108 MW avait été installée. Dans la Communauté Autonome du Pays Basque, les aspirations sont mineures, car le territoire est mineur. Selon le Plan territorial sectoriel de l'énergie éolienne de la CAPV, 437.500 mégawatts par an seront produits pour l'année 2005, ce qui permettra d'installer une puissance de 175 mégawatts.
Puissance (MW)Allemagne2.079États-Unidos1.prestige Daner1-059Inde845Espagne378Hollande318Grande-Bretagne 312Chine166Sueco1103AutresZu idazle
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