Vitesse spécifique (tip-speed ratio)
Rapport entre la vitesse linéaire du bout de pale d’une turbine et la vitesse du vent non perturbé ; les éoliennes tripales de grande taille sont conçues pour des valeurs d’environ 7 à 10.
La vitesse spécifique (TSR, symbole λ) est le principal paramètre de fonctionnement sans dimension d’un rotor :
où ω est la vitesse angulaire du rotor (rad/s), R la longueur de pale et v la vitesse du vent non perturbé. Chaque rotor a une vitesse spécifique pour laquelle le coefficient de puissance Cp est maximal : si le rotor tourne trop lentement, le vent passe entre les pales sans être exploité ; s’il tourne trop vite, les pales se comportent comme un disque plein et l’écoulement le contourne.
Valeurs idéales typiques :
- Éoliennes tripales de grande taille : λ ≈ 7–10
- Rotors bipales : λ ≈ 9–12
- Éoliennes de pompage multipales : λ ≈ 1–2, fort couple mais Cp faible
- Hydroliennes : λ ≈ 4–6, limitée par la cavitation
Les éoliennes à vitesse variable suivent la vitesse spécifique idéale sous la vitesse nominale en ajustant le couple de la génératrice. Au-delà, le contrôleur s’en écarte volontairement grâce au réglage de pas.
En pratique, la limite haute est la vitesse en bout de pale elle-même. À terre, on la limite en général à 75–90 m/s pour des raisons de bruit, car le bruit aérodynamique augmente fortement avec cette vitesse ; en mer, les machines tournent à 90–105 m/s, surtout limitées par l’érosion du bord d’attaque sous l’impact de la pluie. Un rotor de 230 m en mer, avec 100 m/s en bout de pale, ne tourne qu’à environ 8 tr/min.
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.
- Réglage du pas des pales (pitch)
Rotation des pales d’une éolienne autour de leur axe longitudinal pour modifier l’angle d’attaque ; elle sert à limiter la puissance au-delà de la vitesse nominale, à démarrer et à arrêter le rotor.
- 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.
- 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.