FR
EnglishEspañolFrançaisDeutschRomânăहिन्दी简体中文
CalculateursCartesPaysClassementsComparerTechnologiesGuides Explorateur énergie Parcs solaires et éoliens Glossaire
Calculateur – Éolien

Calculateur d’éolienne : production annuelle à partir de vraies données de vent horaires

Choisissez un site et une éolienne : nous téléchargeons une année complète de vent horaire NASA à 50 m, l’extrapolons à la hauteur de moyeu, corrigeons la densité de l’air et les pertes, puis traduisons le tout en kWh, facteur de charge, recettes et temps de retour.

Données satellite en direct Lien de partage modifiable Rapport PDF personnalisé Gratuit · sans inscription

Résultats

Comment fonctionne ce calculateur d’éolienne

La plupart des calculateurs éoliens demandent une « vitesse moyenne du vent » et la multiplient par un coefficient fixe. C’est ignorer les deux éléments qui décident de la production d’une éolienne : la répartition du vent sur l’année et sa vitesse à hauteur de moyeu. Cet outil traite correctement les deux.

Quand vous choisissez un site, il télécharge une année complète (8 760 heures) de vitesses de vent NASA POWER à 10 m et 50 m du sol, ainsi que la température de l’air et l’altitude du site. Pour chaque heure, il :

  1. extrapole le vent à votre hauteur de moyeu avec un exposant de cisaillement calculé à partir des données NASA à 10 m et 50 m, séparément pour chaque mois et chaque heure de la journée (les nuits stables ont un cisaillement bien plus fort que les après-midi ensoleillés), ou avec une classe de terrain ou votre propre α ;
  2. calcule la masse volumique de l’air à partir de l’altitude et de la température ; une éolienne à 1 000 m d’altitude voit un air environ 10 % moins dense qu’au bord de la mer ;
  3. lit la courbe de puissance de l’éolienne à cette vitesse corrigée de la masse volumique (la normalisation de l’IEC 61400-12-1) ;
  4. additionne l’année et retranche les pertes de sillage, d’indisponibilité, électriques et autres.

Le mode manuel saute le téléchargement : indiquez une vitesse moyenne tirée du Global Wind Atlas ou de votre propre mât, sa hauteur et le facteur de forme de Weibull k, et le calculateur intègre la courbe de puissance sur une distribution de Weibull (voir le calculateur de distribution de Weibull).

La formule

v_hub = v_50 × (h_hub / 50)^α (cisaillement en loi de puissance) ρ = p(z) / (287.05 × T) (masse volumique de l’air) P(v) = ½ × ρ × A × Cp(v) × v³ ≤ P_rated (courbe de puissance)

AEP_net = Σ_heures P(v_hub,t) × (1 − sillage) × disponibilité × (1 − pertes électriques) × (1 − autres) Facteur de charge = AEP_net / (P_rated × 8,760 h)

A est la surface balayée par le rotor (π·D²/4) et Cp le coefficient de puissance, qui ne peut jamais dépasser la limite de Betz de 59,3 %. Les rotors réels culminent à 45–48 % ; les petites éoliennes n’atteignent en général que 25 à 35 %, c’est pourquoi les courbes génériques utilisées ici font varier le Cp maximal avec la taille de l’éolienne.

Exemple chiffré : une éolienne de 3,6 MW en Dobroudja (Roumanie)

Le cas par défaut place une éolienne de 3,6 MW pour vents faibles, avec un rotor de 136 m sur un mât de 120 m, près de Cogealac, dans la région la plus ventée de Roumanie. Avec la météo NASA 2024, l’exposant de cisaillement tiré des données vaut environ 0,16, ce qui donne une vitesse moyenne d’environ 7,1 m/s à hauteur de moyeu et une densité de puissance du vent proche de 360 W/m².

La simulation donne environ 14 200 MWh bruts. Après 3 % d’indisponibilité, 2 % de pertes électriques et 3 % d’autres pertes, la production nette atteint environ 13 000 MWh par an, soit un facteur de charge proche de 41 %, de quoi alimenter plus de 3 500 foyers européens moyens. Janvier et février produisent chacun plus de deux fois plus que juin ou août.

À 1 350 €/kW, l’éolienne coûte environ 4,9 millions d’euros. Vendre chaque MWh à 75 € rapporte près de 1 million d’euros la première année ; avec une maintenance de 40 €/kW/an, l’investissement est rentabilisé en moins de six ans, pour un LCOE d’environ 44 €/MWh. Il s’agit ici d’une éolienne isolée, sans pertes de sillage. Un parc éolien au même endroit perdrait encore 5 à 10 %.

Comment lire les résultats

  • Énergie annuelle (nette) : énergie livrée la première année, toutes pertes déduites.
  • Le facteur de charge et les heures équivalentes à pleine puissance sont la façon la plus juste de comparer des sites et des éoliennes de tailles différentes. 3 000 heures équivalentes correspondent à un facteur de charge de 34 %.
  • Le vent moyen à hauteur de moyeu et la classe IEC (I à IV) indiquent quelle famille d’éoliennes est conçue pour le site ; les machines pour vents faibles (classes III–IV) ont de grands rotors par rapport à leur génératrice.
  • La puissance spécifique (W par m² de rotor) est le paramètre de conception déterminant : 200 à 260 W/m² conviennent aux vents modérés et donnent des facteurs de charge élevés ; 350 W/m² et plus conviennent aux vents forts en mer.
  • L’histogramme montre les heures par an dans chaque tranche de 1 m/s, face à la courbe de puissance. L’énergie vient surtout des tranches juste en dessous de la vitesse nominale ; les rares heures de tempête pèsent peu.

Valeurs habituelles

Classe d’éolienne Ø du rotor Hauteur de moyeu Vent moyen à hauteur de moyeu Facteur de charge courant
Micro (1–3 kW) 2–4 m 10–18 m 4–5 m/s 8–18 %
Petite (5–20 kW) 6–10 m 18–36 m 4,5–6 m/s 12–25 %
Moyenne (100 kW) 20–27 m 30–50 m 5–6,5 m/s 18–30 %
Terrestre 2–3 MW 90–120 m 80–120 m 6,5–8 m/s 28–40 %
Terrestre 4–7 MW 140–175 m 120–170 m 6,5–8,5 m/s 33–48 %
En mer 8–15 MW 165–240 m 110–150 m 9–10,5 m/s 40–55 %

Conseils pour produire davantage

  • Montez plus haut. Au-dessus d’un terrain accidenté, chaque tranche de 10 m de mât peut ajouter 3 à 5 % d’énergie. Pour une petite éolienne, un mât qui place le rotor au moins 10 m au-dessus de tout obstacle dans un rayon de 150 m est la décision la plus importante.
  • Choisissez le rotor en fonction du vent, pas de la génératrice. Sur un site modéré, une éolienne de 4 MW avec un rotor de 150 m produit plus qu’une éolienne de 5 MW avec un rotor de 130 m.
  • Évitez la turbulence. Toits, arbres et bâtiments créent un écoulement turbulent et rafaleux que les petites éoliennes supportent mal. La production réelle est souvent inférieure de 30 à 50 % à celle de la brochure.
  • Espacez les éoliennes d’un parc d’au moins 3 à 5 diamètres de rotor perpendiculairement au vent dominant et de 6 à 10 dans son axe, pour garder les pertes de sillage sous 10 % (voir le calculateur de parc éolien).
  • Testez plusieurs années. L’énergie éolienne annuelle varie de ±10 % d’une année à l’autre ; changez l’année météo dans les options avancées.

Limites

Les courbes de puissance sont génériques, construites à partir de la taille du rotor et de la puissance nominale. Elles sont justes à quelques pour cent près pour les machines modernes à pas variable, mais ne remplacent pas la courbe certifiée d’un constructeur. Les données de réanalyse de la NASA lissent les effets locaux du relief, et les moyennes horaires masquent la turbulence. Le modèle n’inclut pas les bridages imposés par le gestionnaire de réseau, les périodes de givrage, ni les arrêts pour le bruit ou la protection des chauves-souris, sauf si vous les ajoutez aux autres pertes. Les calculs financiers sont avant impôt, sans frais de réseau ni coût de financement ; utilisez le calculateur de parc éolien pour la rentabilité de la dette et des fonds propres.

Méthode et hypothèses

Vent à hauteur de moyeu. NASA POWER fournit la vitesse du vent horaire à 10 m et à 50 m. En mode auto, nous calculons l’exposant de cisaillement α = ln(v₅₀/v₁₀)/ln 5 pour chaque mois et chaque heure de la journée (borné entre 0,06 et 0,40, pour traiter différemment les nuits stables et les après-midi brassés) et extrapolons chaque heure avec la loi puissance v_hub = v₅₀ (h/50)^α. Vous pouvez aussi appliquer une classe de rugosité du terrain ou votre propre α.

La densité de l’air est calculée heure par heure à partir de l’altitude du site + la hauteur de moyeu (formule barométrique) et de la température de l’air ramenée à la hauteur de moyeu ; la vitesse du vent est normalisée en densité comme dans l’IEC 61400-12-1 (v·(ρ/1,225)^⅓) avant d’entrer dans la courbe de puissance.

Courbe de puissance. Une courbe générique P = ½ρACp(v)v³, plafonnée progressivement à la puissance nominale, avec un Cp maximal qui dépend de la taille de l’éolienne (≈ 0,28 pour les micro-éoliennes jusqu’à 0,46 pour les grands rotors). En mode manuel, les heures à chaque vitesse viennent d’une distribution de Weibull définie par votre vitesse moyenne et votre facteur de forme k.

Énergie nette = brute × (1 − sillage) × disponibilité × (1 − pertes électriques) × (1 − autres). Facteur de charge = énergie nette ÷ (puissance nominale × 8 760 h). Finances : projection sur la durée du projet avec dégradation, hausse des prix et maintenance en hausse de 2 %/an ; le LCOE est le coût actualisé ÷ l’énergie actualisée.

Questions fréquentes

Combien d’électricité une éolienne produit-elle par an ?
Environ puissance nominale × 8 760 heures × facteur de charge. Une éolienne terrestre moderne de 3 à 4 MW sur un bon site (7 à 8 m/s à hauteur de moyeu) produit 9 000 à 14 000 MWh par an ; une éolienne domestique de 10 kW sur un mât de 24 m, sur un site rural dégagé, produit 10 000 à 25 000 kWh, mais beaucoup moins en ville. Saisissez votre adresse ci-dessus pour la simuler à partir de vraies données de vent horaires.
Quel est un bon facteur de charge pour une éolienne ?
Les nouveaux parcs éoliens terrestres atteignent en général 30 à 45 %, l’éolien en mer 40 à 55 %. Les éoliennes anciennes ou petites sur des sites moyens n’atteignent souvent que 15 à 25 %. Sous environ 20 %, un projet de grande taille est rarement rentable aux prix de marché.
Quelle vitesse de vent faut-il pour qu’une éolienne soit rentable ?
En règle générale, une moyenne annuelle d’au moins 6 m/s à hauteur de moyeu pour les grandes éoliennes, et d’au moins 5 m/s pour les petites éoliennes qui alimentent votre propre logement au prix de détail. Comme la puissance augmente avec le cube de la vitesse du vent, un site à 7 m/s produit environ 60 % d’énergie en plus qu’un site à 6 m/s.
Combien coûte une éolienne ?
Les grandes éoliennes terrestres coûtent environ 1 100 à 1 800 par kW installé (en EUR ou en USD), l’éolien en mer 2 500 à 4 500 par kW. Le petit éolien revient bien plus cher par kW : en général 4 000 à 10 000 par kW pour des machines de 1 à 100 kW, mât, fondation et raccordement compris.
Pourquoi la hauteur de moyeu compte-t-elle autant ?
Le vent est freiné par le frottement sur le sol. Au-dessus de terres agricoles, faire passer le moyeu de 80 à 120 m augmente la vitesse moyenne du vent d’environ 7 %, soit près de 20 % d’énergie en plus. C’est pourquoi les éoliennes modernes sont si hautes.
Les données de vent de la NASA sont-elles assez précises ?
NASA POWER utilise la réanalyse MERRA-2 à une résolution d’environ 50 km. Elle restitue bien le climat de vent régional et ses saisons, mais ne voit pas les collines, crêtes, côtes ou lisières de forêt locales, qui peuvent modifier les vitesses de 10 à 20 %. Elle est excellente pour un premier repérage ; les vrais projets mesurent sur site avec un mât ou un LiDAR pendant au moins un an.

Sources et références

  1. NASA POWER : Prediction Of Worldwide Energy Resources (vent horaire MERRA-2 à 10 m et 50 m)
  2. IEC 61400-12-1: Wind energy generation systems — Power performance measurements of electricity producing wind turbines
  3. IRENA : Renewable Power Generation Costs in 2023
  4. NREL Annual Technology Baseline (éolien terrestre et en mer)
  5. Burton, T., Jenkins, N., Sharpe, D., Bossanyi, E. : Wind Energy Handbook, 2nd ed., Wiley

Intégrer ce calculateur

Gratuit pour les blogs, installateurs, écoles et ONG. Copiez le code ci-dessous : il se met à jour tout seul.