Quel est le rendement des éoliennes ?
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L’énergie éolienne est intéressante pour produire une électricité verte. Vous envisagez d’installer une éolienne domestique pour produire votre propre énergie ? Vous voulez en savoir plus sur l’intérêt d’une éolienne suite à un projet de parc près de chez vous ? Bonne idée, à condition de bien comprendre le rendement d’une éolienne.
Vous souvenez-vous de la comptine “meunier tu dors, ton moulin va trop vite, meunier tu dors, ton moulin va trop fort”. Et bien, cela évoquait le rendement du moulin ! Le rendement de l’éolien est en réalité bien plus compliqué : puissance nominale, facteur de charge, puissance d’entrée du vent… Nous allons tenter de rendre tout cela compréhensible !
Puissance et rendement d'une éolienne ?
Puissance et rendement sont des notions différentes. Commençons donc par quelques explications techniques indispensables…
La puissance nominale de l'éolienne
Cette puissance s’exprime en kW (kilowatts) ou en MW (mégawatts). Petit rappel de conversion : 1 MW = 1 000 kW = 1 000 000 W.
Une éolienne affiche une puissance nominale qui correspond à l’énergie produite par l’aérogénérateur dans une unité de temps donnée (en heures, généralement) dans des conditions optimales de fonctionnement. C’est la puissance théorique !
En pratique, cette puissance est rarement atteinte. En effet, l’éolien est une énergie intermittente qui nécessite des conditions météorologiques optimales : un vent soufflant à une vitesse comprise entre 15 et 90 km/h.
Puissance d'entrée du vent
La puissance d’entrée du vent se calcule avec une formule complexe :
1/2 Rho S V3
- Rho désigne la masse volumique de l’air
- S la surface du cercle décrit par une pâle
- V la vitesse du vent (en mètre par seconde)
Puissance de sortie du vent
La puissance de sortie de l’éolienne est très variable en fonction de nombreux paramètres tels que :
la vitesse du vent, la zone géographique, les conditions météorologiques (température, pression, humidité font varier la masse volumique de l’air)
- la structure de l’éolienne : taille du mat et des pâles, diamètre du rotor, nombre de pâles
- le rendement mécanique entre la turbine et le rotor
- le rendement des aérogénérateurs
- les éléments de déperdition
Formule de rendement d'une éolienne
Le rendement s’exprime en pourcentage entre l’énergie reçue et l’énergie produite. Le rendement maximal est donc de 100 % mais il n’est jamais atteint compte tenu des frottements et des déperditions.
En général, on calcule le rendement de l’ensemble du parc éolien et non le rendement d’une seule éolienne. Plus le chiffre approche de 100 %, meilleur est le rendement. Or, actuellement, le meilleur rendement des éoliennes atteint 65 %.
Le facteur de charge des éoliennes
Vous entendrez parfois parler du facteur de charge des éoliennes. Il s’agit du rapport entre l’énergie électrique effectivement produite sur une période donnée et l’énergie qu’elle aurait produite si elle avait fonctionné à sa puissance nominale durant la même période. Ce serait donc le rendement théorique.
Par exemple, une éolienne de 3 MW de puissance nominale pourrait produire 26.28 GWh en une année (soit 8 760 heures) : 8 760 * 3 = 26 280 MW. En réalité, elle produit 7 000 MW par an. Son facteur de charge est alors de 7 000 / 26 280 = 26 %.
Production d'énergie éolienne et rendement en France
En France, les éoliennes fonctionnent entre 75 et 95 % du temps, d’après la FEE (France énergie environnement) (1). La puissance des projets éoliens en cours d’instruction s’élève à 13,8 GW. La production d’électricité éolienne s’est élevée à 37,9 TWh (tera watt heures) au cours de l’année 2022, soit 8,3 % de la consommation électrique française. (2)
Rendement d'une éolienne terrestre
En moyenne, les parcs éoliens terrestres produisent à une puissance nominale l’équivalent de 2 200 heures / an d’électricité, soit un facteur de charge de 25 %.
Les éoliennes horizontales (les plus fréquentes, celles avec un axe horizontale et de grandes pâles verticales) voient leur rendement lié à la hauteur du mât et à la taille des pâles.
Les éoliennes verticales (plus rares, elles ressemblent à des voiles de bateau repliées sur elles-mêmes) existent sous différents modèles dont la puissance n’excède pas 1 MW par an.
Rendement d'une éolienne offshore
Les éoliennes offshore sont plus puissantes et atteignent un facteur de charge de plus de 60 %.
La bonne nouvelle provient de l’éolien offshore. La puissance des éoliennes s’accroît pour des rendements améliorés par le développements de technologie. Et la France a une carte à jouer avec son long littoral venté sur la côte Atlantique et la Manche.
Comment calculer le rendement d'une éolienne domestique ?
Avant d’installer une éolienne domestique, vous devez maîtriser sa puissance et son rendement, par tous les temps.
L’éolienne domestique ou mini-éolienne, éolienne horizontale ou éolienne verticale, possède une puissance comprise entre 0,1 kW et 20 KW. Si sa puissance est de 5 Kw par exemple, la production annuelle d’électricité atteint entre 5 MWh et 20 MWh. Le rendement global moyen d’une mini-éolienne dépasse rarement 20 %. La rentabilité est donc assez faible pour un usage domestique.
Le prix d’une éolienne domestique est encore assez élevé (environ 10 000 euros). Elle permet d’assouvir ses besoins en électricité, voire de revendre une partie de l’électricité produite (si vous êtes dans une zone de développement de l’éolien). Toutefois, cette vente dépasse rarement 1 000 et 1 500 euros. Aussi, le retour sur investissement favorise aujourd’hui d’autre solutions comme les panneaux photovoltaïques.
Questions fréquemment posées
Est-ce que l'éolien est rentable ?
Installer une éolienne domestique pour produire son électricité coûte encore assez cher. La possibilité de revendre de l’électricité permet d’atteindre un remboursement après une dizaine d’années. La mini-éolienne n’est donc pas le moyen le plus rentable de produire une électricité propre. Les parcs éoliens nécessitent des investissements importants. Toutefois, le prix est en baisse tandis que la puissance dégagée par les éoliennes s’accroit. Résultat : le coût de l’électricité produite par une éolienne baisse pour devenir compétitive.
Quel est le rendement d'une éolienne en mer ?
L’éolienne offshore profite d’une meilleure exposition à des vents plus forts et plus fréquents. Le rendement d’une éolienne maritime produits ainsi jusqu’à 60 % d’énergie supplémentaire par rapport aux éoliennes terrestres.
Quelle est la puissance fournie par une éolienne ?
La puissance nominale affichée par une éolienne correspond à une puissance théorique. En réalité, le rendement d’une éolienne ( la différence entre la puissance théorique et la puissance réellement délivrée) n’atteint jamais 100 %. Ainsi, une éolienne de 3 MW ne produit pas 3MW d’électricité tout au long de l’année.
(1) https://fee.asso.fr/comprendre/desintox/eolien-et-variabilite/
(2)https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/tableau-de-bord-eolien-quatrieme-trimestre-2022-0#