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.
La densité de puissance du vent (WPD) mesure le flux d’énergie cinétique à travers une surface verticale, avant toute prise en compte du rendement d’une éolienne :
C’est la moyenne des cubes de la vitesse, ⟨v³⟩, qui compte, pas le cube de la vitesse moyenne. Avec une distribution de Weibull de type Rayleigh (k = 2), la moyenne des cubes vaut environ 1,91 fois le cube de la moyenne. Un site à 7 m/s de moyenne avec la densité de l’air à 0 m d’altitude a donc une WPD d’environ 0,5 × 1,225 × 343 × 1,91 ≈ 400 W/m², et non 210 W/m².
Classes de ressource indicatives à 100 m de hauteur :
- Moins de 200 W/m² : marginal pour l’éolien de grande taille
- 300–500 W/m² : bons sites terrestres
- 500–800 W/m² : excellents, comme les Grandes Plaines américaines, la Patagonie et les côtes écossaises
- Plus de 800 W/m² : sites exceptionnels en mer et sur les crêtes, mer du Nord et océan Austral
La densité de l’air ρ agit directement sur la WPD : elle baisse d’environ 10 % par 1 000 m d’altitude et varie d’environ 3–4 % par tranche de 10°C, si bien qu’un site côtier froid fait mieux qu’un plateau chaud à vitesse de vent identique. On ne peut capter au plus que 59 % (limite de Betz), et les éoliennes réelles en convertissent environ 40–47 %. Le Global Wind Atlas cartographie la WPD dans le monde entier à 10, 50, 100, 150 et 200 m de hauteur ; voir aussi la carte du potentiel éolien du site.
Termes associés
Tous les termes →- Distribution de Weibull
Loi de probabilité à deux paramètres qui décrit la fréquence de chaque vitesse de vent sur un site, définie par un facteur d’échelle c et un facteur de forme k.
- Limite de Betz
Part maximale théorique de l’énergie cinétique du vent qu’un rotor libre peut extraire : 16/27, soit environ 59,3 %.
- 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.
- Cisaillement du vent
Variation de la vitesse du vent (et parfois de sa direction) avec la hauteur au-dessus du sol, sous l’effet de la rugosité de surface et de la stabilité atmosphérique.
- 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.