Il faut comprendre les limites acceptables de puissance mécanique récupérée par le rotor versus la puissance instantanée du vent. La vitesse linéaire maximale généralement admise en bout de pale (300 km/h) permet la longévité des pales, la limitation du bruit aérolique et des vibrations, etc…
En pratique, pour conjuguer les lois de l’aérodynamique, il faut:
Maintenir le coefficient de puissance Cp à sa valeur maximale autant que possible (fichier joint) :
Si ..les pales tournent trop lentement par rapport à une vitesse du vent naturel, la plus grande partie du vent traversera le rotor avec peu d’efficacité.
Si… les pales tournent trop vite par rapport à la vitesse du vent naturel, elles se «floutent» et agissent comme un mur solide bloquant le vent, généralement appelé «effet de mur anti-vent». En plus risque de bruit excessif, vibrations / projection potentielle des aubes ou érosion due aux particules d’air / poussière et aux précipitations.
En conséquence, on limite la puissance mécanique récupérée par le rotor à la Puissance Nominale du générateur ( 3 MW pour Enercon E115 ) en « affalant » la portance des pales par rotation sur leur axe.
La Vitesse Nominale optimale se situe à 12 m/s ou 45 Km/h du vent. La Puissance Nominale de 3 MW sera contenue jusqu’à la mise en sécurité mécanique par « mise en drapeau des pales » à la vitesse maximale de vent d’environ 25 m/s ou 90 Km/h.
Ainsi on comprend bien la l’importance de la conception puisque :
Puissance mécanique P récupérée par l’éolienne :
P = 0,5 . Cp . r . Srotor . (vitesse air )3
P = 0,5 x Coef de puissance ( Cp) x masse volumique de l’air r x surface rotor x vitesse air au cube
En climat continental (Chamole) le vent moyen annuel à 135 m (axe du moyeu) coure modérément à 5,5 m/s ou 20 KM/h ,il faut donc déployer la surface du rotor au maximum (1 Ha pour Enercon 115 – diam rotor 115 m), élever l’axe du rotor au maximum ( la vitesse du vent double tous les 100 m d’altitude/sol )et maximiser le Coef de puissance (Cp) en choisissant le bon matériel (ENERCON a performé en supprimant le multiplicateur mécanique de vitesse).
A savoir le Cp ne pourra jamais dépasser le coef 0,593 qui est la constante de Betz
(notre E115 » flirte » avec le 0,45 entre 5 et 10 m/s ou 18 et 36 Km/h)
Contribution d’Alain Cuenot
