Surface balayée
Surface du cercle décrit par les pales en rotation d’une éolienne ; la puissance produite lui est directement proportionnelle, et elle croît avec le carré du diamètre du rotor.
La surface balayée est le paramètre de taille le plus déterminant d’une éolienne, car la puissance disponible dans le vent lui est proportionnelle :
Doubler le diamètre du rotor quadruple la surface balayée, donc l’énergie captée à vitesse de vent donnée. Cette loi quadratique explique la croissance rapide des rotors :
- Éolienne des années 1990, rotor de 40 m : environ 1 260 m²
- Éolienne terrestre typique du milieu des années 2020, rotor de 150–170 m : 17 700–22 700 m²
- Grande éolienne en mer, rotor de 220–260 m : 38 000–53 000 m², plus de sept terrains de football
Le rapport entre la puissance nominale et la surface balayée s’appelle la puissance spécifique (W/m²). Les modèles terrestres pour vents faibles se situent à 200–300 W/m², les machines pour vents forts et pour la mer à 300–450 W/m². Une puissance spécifique plus faible signifie une vitesse nominale plus basse et un facteur de charge plus élevé.
La masse des pales augmente plus vite que la surface balayée (à peu près comme D à la puissance 2,3–2,6 pour les conceptions récentes, contre une loi théorique au cube) : c’est pourquoi les semelles de longeron en fibre de carbone, les pales segmentées et la logistique de transport deviennent limitantes au-delà de 120 m de longueur de pale. La même notion s’applique aux hydroliennes, où la densité de l’eau, environ 1 025 kg/m³, rend viables des rotors beaucoup plus petits.
Termes associés
Tous les termes →- Limite de Betz
Part maximale théorique de l’énergie cinétique du vent qu’un rotor libre peut extraire : 16/27, soit environ 59,3 %.
- Courbe de puissance
Relation entre la vitesse du vent à hauteur de moyeu et la puissance électrique d’une éolienne ; combinée à la distribution des vitesses de vent, elle permet d’estimer la production annuelle.
- Vitesse nominale du vent
Vitesse de vent la plus faible à laquelle une éolienne atteint sa puissance nominale, en général de 10 à 13 m/s pour les grandes éoliennes modernes.
- Hauteur de moyeu
Hauteur du centre du rotor d’une éolienne au-dessus du sol ou du niveau de la mer ; un moyeu plus haut atteint des vents plus forts et plus réguliers, l’un des principaux moteurs de la hausse des facteurs de charge.
- Densité de puissance du vent
Puissance moyenne disponible dans le vent par mètre carré de surface perpendiculaire à l’écoulement, en W/m², la mesure de référence de la qualité d’une ressource éolienne.