Énergie éolienne - Wind power

Centrales éoliennes au Xinjiang, Chine
Production d'énergie éolienne par région au fil du temps.

Production mondiale d'électricité par source en 2018. La production totale était de 26,7 PWh .

  Charbon (38%)
  Gaz naturel (23%)
  Hydro (16%)
  Nucléaire (10 %)
  Vent (5%)
  Huile (3%)
  Solaire (2%)
  Biocarburants (2%)
  Autre (1%)

L' énergie éolienne ou l' énergie éolienne est l'utilisation du vent pour fournir une puissance mécanique à travers les éoliennes de tourner des générateurs électriques pour l' alimentation électrique . L'énergie éolienne est une source d' énergie renouvelable et durable populaire qui a un impact beaucoup plus faible sur l'environnement que la combustion de combustibles fossiles .

Les parcs éoliens se composent de nombreuses éoliennes individuelles, qui sont connectées au réseau de transport d'électricité . L'éolien terrestre est une source d'énergie électrique peu coûteuse, compétitive ou, dans de nombreux endroits, moins chère que les centrales au charbon ou au gaz. Les parcs éoliens terrestres ont un impact visuel plus important sur le paysage que les autres centrales électriques, car ils doivent être répartis sur plus de terres et doivent être construits dans des zones rurales, ce qui peut entraîner une "industrialisation des campagnes" et une perte d'habitat . Le vent offshore est plus stable et plus fort que sur terre et les fermes offshore ont moins d'impact visuel, mais les coûts de construction et d'entretien sont nettement plus élevés. Les petits parcs éoliens terrestres peuvent injecter de l'énergie dans le réseau ou fournir de l'électricité à des emplacements isolés hors réseau.

L'énergie éolienne est une source d'énergie intermittente , qui ne peut pas être expédiée à la demande. Localement, il donne une puissance variable , constante d'année en année mais très variable sur des échelles de temps plus courtes. Par conséquent, il doit être utilisé avec d'autres sources d'alimentation pour fournir une alimentation fiable. Techniques de gestion de l'énergie telles que des sources d'énergie distribuables (souvent des centrales électriques au gaz ou de l' énergie hydroélectrique ), une capacité excédentaire, des turbines réparties géographiquement, l'exportation et l'importation d'énergie vers les zones voisines, le stockage sur le réseau , la réduction de la demande lorsque la production éolienne est faible et la réduction excès occasionnels d'énergie éolienne, sont utilisés pour surmonter ces problèmes. À mesure que la proportion d'énergie éolienne dans une région augmente, des sources d'énergie plus conventionnelles sont nécessaires pour la soutenir, et le réseau peut devoir être mis à niveau. La prévision météorologique permet de préparer le réseau électrique aux variations prévisibles de production qui se produisent.

En 2019, l'éolien a fourni 1430 TWh d'électricité, soit 5,3 % de la production électrique mondiale, avec une capacité éolienne mondiale installée atteignant plus de 651 GW, soit une augmentation de 10 % par rapport à 2018.

L'énergie éolienne

Carte globale de la vitesse du vent à 100 m au-dessus du niveau de la surface.
Carte de densité d'énergie éolienne des Philippines à 100 m au-dessus du niveau de la surface.
Roscoe Wind Farm : un parc éolien onshore dans l' ouest du Texas
Distribution de la vitesse du vent (rouge) et de l'énergie (bleu) pour toute l'année 2002 à l'installation Lee Ranch dans le Colorado. L'histogramme montre les données mesurées, tandis que la courbe est la distribution du modèle Rayleigh pour la même vitesse moyenne du vent.

L'énergie éolienne est l' énergie cinétique de l'air en mouvement, également appelée vent . L'énergie éolienne totale traversant une surface imaginaire d'aire A pendant le temps t est :

ρ est la densité de l' air ; v est la vitesse du vent ; Avt est le volume d'air passant par A (qui est considéré perpendiculaire à la direction du vent); Avtρ est donc la masse m passant par "A". ½ ρv 2 est l'énergie cinétique de l'air en mouvement par unité de volume.

La puissance est l'énergie par unité de temps, donc l'énergie éolienne incidente sur A (par exemple égale à la surface du rotor d'une éolienne) est :

La puissance du vent dans un courant d'air libre est donc proportionnelle à la troisième puissance de la vitesse du vent ; la puissance disponible est multipliée par huit lorsque la vitesse du vent double. Les éoliennes pour l'alimentation électrique du réseau doivent donc être particulièrement efficaces à des vitesses de vent plus élevées.

Le vent est le mouvement de l'air à la surface de la Terre, affecté par les zones de haute et de basse pression. L'énergie cinétique globale du vent était en moyenne d'environ 1,50 MJ/m 2 sur la période de 1979 à 2010, 1,31 MJ/m 2 dans l'hémisphère nord avec 1,70 MJ/m 2 dans l'hémisphère sud. L'atmosphère agit comme un moteur thermique, absorbant la chaleur à des températures plus élevées, libérant de la chaleur à des températures plus basses. Le processus est responsable de la production d'énergie cinétique du vent à un taux de 2,46 W/m 2 soutenant ainsi la circulation de l'atmosphère contre la dissipation par friction.

Grâce à l'évaluation des ressources éoliennes, il est possible de fournir des estimations du potentiel éolien à l'échelle mondiale, par pays ou région, ou pour un site spécifique. Une évaluation globale du potentiel éolien est disponible via le Global Wind Atlas fourni par l' Université technique du Danemark en partenariat avec la Banque mondiale . Contrairement aux atlas « statiques » des ressources éoliennes qui font la moyenne des estimations de la vitesse du vent et de la densité de puissance sur plusieurs années, des outils tels que Renewables.ninja fournissent des simulations variables dans le temps de la vitesse du vent et de la puissance de sortie de différents modèles d'éoliennes à une résolution horaire. Des évaluations plus détaillées et spécifiques au site du potentiel des ressources éoliennes peuvent être obtenues auprès de fournisseurs commerciaux spécialisés, et bon nombre des plus grands développeurs éoliens maintiendront des capacités de modélisation internes.

La quantité totale d'énergie économiquement extractible disponible du vent est considérablement plus que l'utilisation actuelle de l'énergie humaine de toutes les sources. Axel Kleidon de l' Institut Max Planck en Allemagne, a effectué un calcul « descendant » sur la quantité d'énergie éolienne, en commençant par le rayonnement solaire entrant qui entraîne les vents en créant des différences de température dans l'atmosphère. Il a conclu qu'entre 18 TW et 68 TW pouvaient être extraits.

Cristina Archer et Mark Z. Jacobson ont présenté une estimation « ascendante », qui, contrairement à celle de Kleidon, est basée sur des mesures réelles de la vitesse du vent, et ont constaté qu'il y a 1700 TW d'énergie éolienne à une altitude de 100 mètres (330 pieds) au-dessus de la terre. et mer. De ce nombre, "entre 72 et 170 TW pourraient être extraits de manière pratique et économique". Ils ont ensuite estimé 80 TW. Cependant, les recherches de l'Université Harvard estiment 1 watt/m 2 en moyenne et une capacité de 2 à 10 MW/km 2 pour les parcs éoliens à grande échelle, suggérant que ces estimations des ressources éoliennes mondiales totales sont trop élevées d'un facteur d'environ 4.

La force du vent varie, et une valeur moyenne pour un endroit donné n'indique pas à elle seule la quantité d'énergie qu'une éolienne pourrait y produire.

Pour évaluer les sites potentiels d'énergie éolienne, une fonction de distribution de probabilité est souvent ajustée aux données de vitesse du vent observées. Différents endroits auront des distributions différentes de la vitesse du vent. Le modèle de Weibull reflète étroitement la distribution réelle des vitesses du vent horaires/dix minutes à de nombreux endroits. Le facteur de Weibull est souvent proche de 2 et donc une distribution de Rayleigh peut être utilisée comme un modèle moins précis, mais plus simple.

Parcs éoliens

Grands parcs éoliens terrestres
Parc éolien Capacité
( MW )
Pays Réfs
Parc éolien de Gansu 7 965  Chine
Parc éolien de Muppandal 1 500  Inde
Alta (Oak Creek-Mojave) 1 320  États Unis
Parc éolien de Jaisalmer 1 064  Inde
Parc éolien de Shepherds Flat 845  États Unis
Parc éolien de Roscoe 782  États Unis
Centre d'énergie éolienne de Horse Hollow 736  États Unis
Parc éolien de Capricorn Ridge 662  États Unis
Parc éolien de Fântânele-Cogealac 600  Roumanie
Parc éolien de Fowler Ridge 600  États Unis
Parc éolien de Whitelee 539  Royaume-Uni
Croissance mondiale de la capacité installée

Un parc éolien est un groupe d' éoliennes au même endroit utilisé pour la production d'électricité. Un grand parc éolien peut comprendre plusieurs centaines d'éoliennes individuelles réparties sur une zone étendue. Les éoliennes utilisent environ 0,3 hectare de terrain par MW, mais le terrain entre les éoliennes peut être utilisé à des fins agricoles ou autres. Par exemple, Gansu Wind Farm , le plus grand parc éolien au monde, compte plusieurs milliers d'éoliennes. Un parc éolien peut également être situé au large.

Presque toutes les grandes éoliennes ont la même conception - une éolienne à axe horizontal ayant un rotor au vent avec 3 pales, attaché à une nacelle au sommet d'une grande tour tubulaire.

Dans un parc éolien, des turbines individuelles sont interconnectées avec un système de collecte d'énergie moyenne tension (souvent 34,5 kV) et un réseau de communication. En général, une distance de 7D (7 fois le diamètre du rotor de l'éolienne) est définie entre chaque éolienne dans un parc éolien entièrement développé. Dans une sous-station, ce courant électrique moyenne tension est augmenté en tension avec un transformateur pour le raccordement au système de transport d'énergie électrique à haute tension .

Caractéristiques et stabilité du générateur

Induction générateurs , qui sont souvent utilisés pour des projets d'énergie éolienne dans les années 1980 et 1990, ont besoin de puissance réactive pour l' excitation , de sorte que les postes électriques utilisés dans les systèmes de collecte de l' énergie éolienne sont importantes condensateur banques pour la correction du facteur de puissance . Différents types de générateurs d'éoliennes se comportent différemment lors de perturbations du réseau de transport, de sorte qu'une modélisation approfondie des caractéristiques électromécaniques dynamiques d'un nouveau parc éolien est requise par les gestionnaires de réseau de transport pour garantir un comportement stable et prévisible lors de défaillances du système (voir logiciel d'énergie éolienne ). En particulier, les générateurs à induction ne peuvent pas supporter la tension du système pendant les défauts, contrairement aux générateurs synchrones à vapeur ou à turbine hydraulique.

Les générateurs à induction ne sont pas utilisés dans les turbines actuelles. Au lieu de cela, la plupart des turbines utilisent des générateurs à vitesse variable combinés à un convertisseur de puissance partiel ou complet entre le générateur à turbine et le système de collecteur, qui ont généralement des propriétés plus souhaitables pour l'interconnexion du réseau et ont des capacités de passage à basse tension . Les concepts modernes utilisent soit des machines électriques à double alimentation avec des convertisseurs à échelle partielle, soit des générateurs à induction à cage d'écureuil ou des générateurs synchrones (à la fois à excitation permanente et électrique) avec des convertisseurs à pleine échelle.

Les gestionnaires de réseau de transport fourniront à un développeur de parc éolien un code réseau pour spécifier les exigences d'interconnexion au réseau de transport. Cela inclura le facteur de puissance , la constance de la fréquence et le comportement dynamique des éoliennes du parc éolien lors d'un défaut du système.

Énergie éolienne en mer

La deuxième éolienne flottante à grande échelle au monde (et la première à être installée sans l'utilisation de navires lourds), WindFloat, fonctionnant à capacité nominale (2 MW) à environ 5 km au large de Póvoa de Varzim , Portugal

L'énergie éolienne en mer fait référence à la construction de parcs éoliens dans de grandes étendues d'eau pour produire de l'électricité. Ces installations peuvent utiliser les vents les plus fréquents et les plus puissants qui sont disponibles dans ces endroits et ont un impact moins esthétique sur le paysage que les projets terrestres. Cependant, les coûts de construction et d'entretien sont considérablement plus élevés.

Siemens et Vestas sont les principaux fournisseurs de turbines pour l'énergie éolienne offshore. Ørsted , Vattenfall et E.ON sont les principaux opérateurs offshore. En octobre 2010, 3,16 GW de capacité éolienne offshore étaient opérationnels, principalement en Europe du Nord. La capacité d'énergie éolienne offshore devrait atteindre un total de 75 GW dans le monde d'ici 2020, avec des contributions importantes de la Chine et des États-Unis. Les investissements du Royaume-Uni dans l'éolien offshore ont entraîné une diminution rapide de l'utilisation du charbon comme source d'énergie entre 2012 et 2017, ainsi qu'une baisse de l'utilisation du gaz naturel comme source d'énergie en 2017.

En 2012, 1 662 turbines de 55 parcs éoliens offshore dans 10 pays européens ont produit 18 TWh, assez pour alimenter près de cinq millions de foyers. En septembre 2018, l' extension Walney au Royaume-Uni est le plus grand parc éolien offshore au monde avec 659 MW .

Les plus grands parcs éoliens offshore du monde
Parc éolien Capacité
(MW)
Pays Turbines et modèle Commandé Réfs
Extension Walney 659  Royaume-Uni 47 x Vestas 8 MW
40 x Siemens Gamesa 7 MW
2018
Tableau de Londres 630  Royaume-Uni 175 × Siemens SWT-3.6 2012
Parc éolien Gemini 600  Les Pays-Bas 150 × Siemens SWT-4.0 2017
Gwynt y Môr 576  Royaume-Uni 160 × Siemens SWT-3.6 107 2015
Grand Gabbard 504  Royaume-Uni 140 × Siemens SWT-3.6 2012
Anholt 400  Danemark 111 × Siemens SWT-3.6–120 2013
BARD Offshore 1 400  Allemagne 80 turbines BARD 5.0 2013

Réseau de collecte et de transport

Énergie éolienne en Serbie

Dans un parc éolien , des turbines individuelles sont interconnectées avec un système de collecte d'énergie moyenne tension (généralement 34,5 kV) et un réseau de communication. Dans une sous-station, ce courant électrique moyenne tension est augmenté en tension avec un transformateur pour le raccordement au système de transport d'énergie électrique à haute tension .

Une ligne de transmission est nécessaire pour acheminer l'électricité produite vers des marchés (souvent éloignés). Pour une station offshore, cela peut nécessiter un câble sous-marin. La construction d'une nouvelle ligne à haute tension peut être trop coûteuse pour la seule ressource éolienne, mais les sites éoliens peuvent tirer parti des lignes déjà installées pour la production de combustible conventionnel.

L'un des plus grands défis actuels de l'intégration du réseau éolien aux États-Unis est la nécessité de développer de nouvelles lignes de transmission pour acheminer l'électricité des parcs éoliens, généralement dans des États reculés et peu peuplés du centre du pays en raison de la disponibilité du vent, à haute emplacements de chargement, généralement sur les côtes où la densité de population est plus élevée. Les lignes de transmission actuelles dans des endroits éloignés n'étaient pas conçues pour le transport de grandes quantités d'énergie. Au fur et à mesure que les lignes de transmission s'allongent, les pertes associées au transport d'électricité augmentent, les modes de pertes à des longueurs plus faibles sont exacerbés et les nouveaux modes de pertes ne sont plus négligeables lorsque la longueur augmente, ce qui rend plus difficile le transport de charges importantes sur de grandes distances. Cependant, la résistance des gouvernements étatiques et locaux rend difficile la construction de nouvelles lignes de transmission. Les projets de transport d'électricité multi-États sont découragés par les États dont les tarifs d'électricité sont bon marché, de peur que l'exportation de leur électricité bon marché n'entraîne une augmentation des tarifs. Une loi sur l'énergie de 2005 a donné au ministère de l'Énergie le pouvoir d'approuver les projets de transport sur lesquels les États ont refusé d'agir, mais après avoir tenté d'utiliser cette autorité, le Sénat a déclaré que le ministère était trop agressif en le faisant. Un autre problème est que les entreprises éoliennes découvrent après coup que la capacité de transport d'un nouveau parc est inférieure à la capacité de production, en grande partie parce que les règles fédérales des services publics pour encourager l'installation d'énergie renouvelable permettent aux lignes d'alimentation de ne répondre qu'aux normes minimales. Ce sont des problèmes importants qui doivent être résolus, car lorsque la capacité de transport n'atteint pas la capacité de production, les parcs éoliens sont obligés de produire en dessous de leur plein potentiel ou de cesser complètement de fonctionner, dans un processus connu sous le nom de réduction . Bien que cela conduise à une production renouvelable potentielle inexploitée, cela empêche une éventuelle surcharge du réseau ou un risque pour un service fiable.

Capacité et production d'énergie éolienne

Tendances de croissance

Log graphique de la capacité cumulée mondiale de l'énergie éolienne (Données : GWEC)

En 2019, l'éolien a fourni 1430 TWh d'électricité, soit 5,3 % de la production électrique mondiale, avec une capacité éolienne mondiale installée atteignant plus de 651 GW, soit une augmentation de 10 % par rapport à 2018. L'éolien a fourni 15 % de l'électricité consommée en Europe en 2019. En 2015, il y avait plus de 200 000 éoliennes en fonctionnement, avec une capacité nominale totale de 432 GW dans le monde. L' Union européenne a dépassé la capacité nominale de 100 GW en septembre 2012, tandis que les États-Unis ont dépassé 75 GW en 2015 et la capacité connectée au réseau de la Chine a dépassé 145 GW en 2015. En 2015, l'énergie éolienne représentait 15,6 % de toute la capacité de production d'électricité installée dans le l'Union européenne et elle a généré environ 11,4 % de son électricité.

La capacité mondiale de production éolienne a plus que quadruplé entre 2000 et 2006, doublant environ tous les 3 ans. Les États-Unis ont été les pionniers des parcs éoliens et ont dominé le monde en termes de capacité installée dans les années 1980 et dans les années 1990. En 1997, la capacité installée en Allemagne dépassait les États-Unis et menait jusqu'à une nouvelle fois dépassée par les États-Unis en 2008. La Chine a rapidement développé ses installations éoliennes à la fin des années 2000 et dépassé les États-Unis en 2010 pour devenir le leader mondial. En 2011, 83 pays dans le monde utilisaient l'énergie éolienne à des fins commerciales.

La quantité réelle d'énergie électrique que le vent peut générer est calculée en multipliant la capacité nominale par le facteur de capacité , qui varie selon l'équipement et l'emplacement. Les estimations des facteurs de capacité pour les installations éoliennes sont de l'ordre de 35 % à 44 %.

Top 10 des pays par capacité éolienne ajoutée en 2019
China United States United Kingdom India Germany Spain Sweden France Mexico Argentina Wind power by countryCercle frame.svg
  •   Chine : 26 155 MW (43,3%)
  •   États-Unis : 9 143 MW (15,1 %)
  •   Royaume-Uni : 2 393 MW (4,0 %)
  •   Inde : 2 377 MW (3,9 %)
  •   Allemagne : 2 189 MW (3,6 %)
  •   Espagne : 1 634 MW (2,7 %)
  •   Suède : 1 588 MW (2,6 %)
  •   France : 1 336 MW (2,2%)
  •   Mexique : 1 281 MW (2,1%)
  •   Argentine : 931 MW (1,5%)
  •   Reste du monde : 11 324 MW (18,8 %)
Top 10 des pays par capacité éolienne cumulée en 2019
China United States Germany India Spain United Kingdom France Brazil Canada Italy Wind power by countryCercle frame.svg
  •   Chine : 236 402 MW (36,3 %)
  •   États-Unis : 105 466 MW (16,2 %)
  •   Allemagne : 61 406 MW (9,4 %)
  •   Inde : 37 506 MW (5,8%)
  •   Espagne : 25 224 MW (3,9%)
  •   Royaume-Uni : 23 340 MW (3,6 %)
  •   France : 16 643 MW (2,6 %)
  •   Brésil : 15 452 MW (2,4%)
  •   Canada : 13 413 MW (2,1 %)
  •   Italie : 10 330 MW (1,6 %)
  •   Reste du monde : 105 375 MW (16,2 %)
Nombre de pays avec des capacités éoliennes à l'échelle du gigawatt
dix
20
30
40
2005
2010
2015
2019
Nombre croissant de marchés de gigawatts éoliens
  Pays au-dessus de la marque 1-GW
  • 2018 Pakistan Egypte
    2017 Norvège
    2016 Chili Uruguay Corée du Sud
    2015 Afrique du Sud Finlande
    2012 Mexique Roumanie
    2011 Brésil la Belgique
    2010 L'Autriche Pologne Turquie
    2009 Grèce
    2008 République d'Irlande Australie Suède
    2006 Canada La France
    2005 Royaume-Uni Chine Japon le Portugal
    2004 Pays-Bas Italie
    1999 Espagne Inde
    1997 Danemark
    1995 Allemagne
    1986 États Unis
  Pays au-dessus de la barre des 10 GW
  • 2018 Italie
    2016 Brésil
    2015 Canada La France
    2013 Royaume-Uni
    2009 Inde
    2008 Chine
    2006 États Unis Espagne
    2002 Allemagne
  Pays au-dessus de la barre des 100 GW
  • 2019 États Unis
    2014 Chine                  
Prévision de la capacité éolienne installée dans le monde
Vidéo externe
icône vidéo Croissance de l'éolien par pays, 2005-2020

L'industrie éolienne a établi de nouveaux records en 2014 – plus de 50 GW de nouvelle capacité ont été installés. Une autre année record a eu lieu en 2015, avec une croissance annuelle du marché de 22 %, ce qui a permis de franchir la barre des 60 GW. En 2015, près de la moitié de toutes les nouvelles énergies éoliennes ont été ajoutées en dehors des marchés traditionnels en Europe et en Amérique du Nord. Cela provenait en grande partie de nouvelles constructions en Chine et en Inde. Les chiffres du Global Wind Energy Council (GWEC) montrent que 2015 a enregistré une augmentation de la capacité installée de plus de 63 GW, portant la capacité totale d'énergie éolienne installée à 432,9 GW, contre 74 GW en 2006. En termes de valeur économique, l'énergie éolienne secteur est devenu l'un des acteurs importants des marchés de l'énergie, avec des investissements totaux atteignant 329 milliards de dollars américains ( 296,6 milliards d' euros), soit une augmentation de 4% par rapport à 2014.

Bien que l' industrie éolienne ait été touchée par la crise financière mondiale en 2009 et 2010, GWEC prévoit que la capacité installée de l'énergie éolienne sera de 792,1 GW d'ici la fin de 2020 et de 4 042 GW d'ici la fin de 2050. L'augmentation de la mise en service de l'énergie éolienne est s'accompagnant de prix record pour l'énergie électrique renouvelable à venir. Dans certains cas, l'éolien terrestre est déjà l'option de production d'électricité la moins chère et les coûts continuent de baisser. Les prix contractuels de l'éolien terrestre pour les prochaines années sont désormais aussi bas que 30 $ US/MWh.

Dans l'UE en 2015, 44 % de toutes les nouvelles capacités de production étaient de l'énergie éolienne ; tandis qu'au cours de la même période, la capacité nette d'électricité à partir de combustibles fossiles a diminué.

Facteur de capacité, facteur d'aptitude

Étant donné que la vitesse du vent n'est pas constante, la production d' énergie annuelle d'un parc éolien n'est jamais autant que la somme des valeurs nominales de la génératrice multipliée par le nombre total d'heures dans une année. Le rapport de la productivité réelle en un an à ce maximum théorique est appelé le facteur de capacité . Les facteurs de capacité typiques sont de 15 à 50 % ; les valeurs à l'extrémité supérieure de la plage sont atteintes dans des sites favorables et sont dues à des améliorations de la conception des éoliennes.

Des données en ligne sont disponibles pour certains emplacements, et le facteur de capacité peut être calculé à partir de la production annuelle. Par exemple, le facteur de capacité moyen de l'énergie éolienne à l'échelle nationale allemande en 2012 était légèrement inférieur à 17,5 % (45 867 GW·h/an / (29,9 GW × 24 × 366) = 0,1746), et le facteur de capacité pour les parcs éoliens écossais était en moyenne de 24 %. entre 2008 et 2010.

Contrairement aux centrales alimentées au combustible, le facteur de capacité est affecté par plusieurs paramètres, notamment la variabilité du vent sur le site et la taille de la génératrice par rapport à la surface balayée de la turbine. Un petit générateur serait moins cher et atteindrait un facteur de capacité plus élevé mais produirait moins d' énergie électrique (et donc moins de profit) par vent fort. Inversement, un gros générateur coûterait plus cher mais produirait peu d'énergie supplémentaire et, selon le type, pourrait caler à faible vitesse du vent. Ainsi, un facteur de capacité optimal d'environ 40 à 50 % serait visé.

Une étude de 2008 publiée par le département américain de l'Énergie a noté que le facteur de capacité des nouvelles installations éoliennes augmentait à mesure que la technologie s'améliorait et prévoyait de nouvelles améliorations pour les futurs facteurs de capacité. En 2010, le ministère a estimé le facteur de capacité des nouvelles éoliennes en 2010 à 45 %. Le facteur de capacité moyen annuel pour la production éolienne aux États-Unis a varié entre 29,8 % et 34 % au cours de la période 2010-2015.

Pénétration

Pays Année Pénétration a
Danemark 2019 48%
Irlande 2020 36,3%
le Portugal 2019 27%
Allemagne 2019 26%
Royaume-Uni 2020 24,8%
États Unis 2019 7%
a Pourcentage de la production d'énergie éolienne
sur la consommation totale d'électricité
Part de l'énergie primaire d'origine éolienne, 2019

La pénétration de l'énergie éolienne est la fraction de l'énergie produite par le vent par rapport à la production totale. La part de l'énergie éolienne dans la consommation mondiale d'électricité à la fin de 2018 était de 4,8 %, contre 3,5 % en 2015.

Il n'y a pas de niveau maximum généralement accepté de pénétration du vent. La limite pour un réseau particulier dépendra des centrales existantes, des mécanismes de tarification, de la capacité de stockage d'énergie , de la gestion de la demande et d'autres facteurs. Un réseau électrique interconnecté comprendra déjà une réserve de capacité de production et de transport pour permettre les pannes d'équipement. Cette capacité de réserve peut également servir à compenser la production d'électricité variable produite par les centrales éoliennes. Des études ont indiqué que 20 % de la consommation annuelle totale d'énergie électrique peuvent être incorporés avec un minimum de difficulté. Ces études ont porté sur des emplacements avec des parcs éoliens géographiquement dispersés, un certain degré d' énergie distribuable ou d' hydroélectricité avec une capacité de stockage, une gestion de la demande et interconnectés à une vaste zone de réseau permettant l'exportation d'énergie électrique en cas de besoin. Au-delà du seuil de 20 %, il y a peu de limites techniques, mais les implications économiques deviennent plus importantes. Les services publics d'électricité continuent d'étudier les effets de la pénétration à grande échelle de la production éolienne sur la stabilité et l'économie du système.

Un chiffre de pénétration de l'énergie éolienne peut être spécifié pour différentes durées, mais il est souvent cité annuellement. Obtenir 100 % du vent chaque année nécessite un stockage à long terme substantiel ou une interconnexion substantielle avec d'autres systèmes qui peuvent déjà avoir un stockage substantiel. Sur une base mensuelle, hebdomadaire, quotidienne ou horaire - ou moins - le vent peut fournir autant ou plus de 100 % de l'utilisation actuelle, le reste étant stocké, exporté ou réduit. L'industrie saisonnière pourrait alors profiter des vents forts et des périodes d'utilisation faibles, comme la nuit, lorsque la production éolienne peut dépasser la demande normale. Une telle industrie pourrait inclure la production de silicium, d'aluminium, d'acier ou de gaz naturel et d'hydrogène, et l'utilisation du futur stockage à long terme pour faciliter 100 % d'énergie à partir d'énergies renouvelables variables . Les maisons peuvent également être programmées pour accepter une alimentation électrique supplémentaire à la demande, par exemple en augmentant à distance les thermostats des chauffe-eau.

Variabilité

Les éoliennes sont généralement installées dans des endroits venteux. Sur l'image, des éoliennes en Espagne , près d'un taureau Osborne .
Parc éolien de Roscoe dans l'ouest du Texas

L'énergie éolienne est variable, et pendant les périodes de vent faible, elle doit être remplacée par d'autres sources d'énergie. Les réseaux de transport font actuellement face aux pannes d'autres centrales de production et aux variations quotidiennes de la demande électrique, mais la variabilité des sources d'énergie intermittentes telles que l'énergie éolienne est plus fréquente que celles des centrales de production d'électricité conventionnelles qui, lorsqu'elles sont programmées pour fonctionner, peuvent être en mesure de livrer leur capacité nominale environ 95% du temps.

L'énergie électrique produite à partir de l'énergie éolienne peut être très variable à plusieurs échelles de temps différentes : horaire, journalière ou saisonnière. Une variation annuelle existe également mais n'est pas aussi significative. Étant donné que la production et la consommation électriques instantanées doivent rester équilibrées pour maintenir la stabilité du réseau, cette variabilité peut présenter des défis importants pour l'incorporation de grandes quantités d'énergie éolienne dans un système de réseau. L'intermittence et la nature non distribuable de la production d'énergie éolienne peuvent augmenter les coûts de régulation, la réserve d'exploitation supplémentaire et (à des niveaux de pénétration élevés) pourraient nécessiter une augmentation de la gestion de la demande d'énergie déjà existante , des délestages , des solutions de stockage ou de l'interconnexion du système avec Câbles HVDC .

Les fluctuations de charge et la provision pour défaillance des grandes unités de production d'énergie fossile nécessitent une capacité de réserve d'exploitation, qui peut être augmentée pour compenser la variabilité de la production éolienne.

À l'heure actuelle, les systèmes de réseau avec une forte pénétration du vent nécessitent une petite augmentation de la fréquence d'utilisation des centrales électriques à réserve tournante au gaz naturel pour éviter une perte d'énergie électrique s'il n'y a pas de vent. À faible pénétration de l'énergie éolienne, c'est moins un problème.

GE a installé un prototype d'éolienne avec une batterie embarquée similaire à celle d'une voiture électrique, soit l'équivalent de 60 secondes de production. Malgré la petite capacité, il suffit de garantir que la puissance de sortie est conforme aux prévisions pendant 15 minutes, car la batterie est utilisée pour éliminer la différence plutôt que de fournir une puissance maximale. Dans certains cas, la prévisibilité accrue peut être utilisée pour faire passer la pénétration de l'énergie éolienne de 20 à 30 ou 40 %. Le coût de la batterie peut être récupéré en vendant de l'énergie en rafale à la demande et en réduisant les besoins de sauvegarde des usines à gaz.

Au Royaume-Uni, il y a eu 124 occasions distinctes de 2008 à 2010 où la production éolienne du pays est tombée à moins de 2 % de la capacité installée. Un rapport sur l'énergie éolienne du Danemark a noté que leur réseau éolien a fourni moins de 1% de la demande moyenne sur 54 jours au cours de l'année 2002. Les défenseurs de l'énergie éolienne soutiennent que ces périodes de vent faible peuvent être traitées en redémarrant simplement les centrales électriques existantes qui ont été tenue en état de préparation, ou en liaison avec HVDC. Les réseaux électriques avec des centrales thermiques à réponse lente et sans liens avec des réseaux de production hydroélectrique peuvent être amenés à limiter l'utilisation de l'énergie éolienne. Selon une étude de 2007 de l'Université de Stanford publiée dans le Journal of Applied Meteorology and Climatology , l'interconnexion de dix parcs éoliens ou plus peut permettre à une moyenne de 33 % de l'énergie totale produite (c'est-à-dire environ 8 % de la capacité nominale totale) d'être utilisée de manière fiable. , puissance électrique de base sur laquelle on peut compter pour gérer les charges de pointe, à condition que les critères minimaux soient respectés pour la vitesse du vent et la hauteur de l'éolienne.

A l'inverse, les jours particulièrement venteux, même avec des taux de pénétration de 16%, la production d'énergie éolienne peut surpasser toutes les autres sources d'énergie électrique dans un pays. En Espagne, aux premières heures du 16 avril 2012, la production d'énergie éolienne a atteint le pourcentage le plus élevé de la production d'électricité jusqu'alors, avec 60,5 % de la demande totale. Au Danemark, qui avait une pénétration du marché de l'électricité de 30 % en 2013, sur 90 heures, l'éolien a généré 100 % de la puissance du pays, culminant à 122 % de la demande du pays à 2 heures du matin le 28 octobre.

Augmentation des coûts d'exploitation du système, en euros par MWh, pour une part éolienne de 10 % et 20 %
Pays dix% 20%
Allemagne 2.5 3.2
Danemark 0,4 0,8
Finlande 0,3 1.5
Norvège 0,1 0,3
Suède 0,3 0,7

Un forum de l' Agence internationale de l'énergie en 2006 a présenté les coûts de gestion de l'intermittence en fonction de la part de l'énergie éolienne dans la capacité totale de plusieurs pays, comme indiqué dans le tableau de droite. Trois rapports sur la variabilité du vent au Royaume-Uni publiés en 2009, s'accordent généralement à dire que la variabilité du vent doit être prise en compte en ajoutant 20 % à la réserve d'exploitation, mais cela ne rend pas le réseau ingérable. Les modestes surcoûts peuvent être quantifiés.

La combinaison de la diversification des énergies renouvelables variables par type et emplacement, de la prévision de leur variation et de leur intégration avec des énergies renouvelables distribuables, des générateurs à carburant flexible et une réponse à la demande peut créer un système électrique capable de répondre de manière fiable aux besoins d'approvisionnement en électricité. L'intégration de niveaux toujours plus élevés d'énergies renouvelables est démontrée avec succès dans le monde réel :

En 2009, huit autorités américaines et trois européennes, écrivant dans la principale revue professionnelle d'ingénieurs électriciens, n'ont pas trouvé « de limite technique crédible et ferme à la quantité d'énergie éolienne pouvant être absorbée par les réseaux électriques ». En fait, aucune des plus de 200 études internationales, ni des études officielles pour les régions de l'est et de l'ouest des États-Unis, ni l' Agence internationale de l'énergie , n'ont trouvé de coûts ou d'obstacles techniques majeurs pour intégrer de manière fiable jusqu'à 30% d'approvisionnements renouvelables variables dans le réseau, et dans certaines études beaucoup plus.

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Cycle saisonnier des facteurs de capacité pour l'éolien et le photovoltaïque en Europe sous des hypothèses idéalisées. La figure illustre les effets d'équilibrage de l'énergie éolienne et solaire à l'échelle saisonnière (Kaspar et al., 2019).

L'énergie solaire tend à être complémentaire de l'éolien. Sur des échelles de temps quotidiennes à hebdomadaires, les zones de haute pression ont tendance à apporter un ciel clair et des vents de surface faibles, tandis que les zones de basse pression ont tendance à être plus venteuses et plus nuageuses. Sur des échelles de temps saisonnières, l'énergie solaire atteint son maximum en été, alors que dans de nombreuses régions, l'énergie éolienne est plus faible en été et plus élevée en hiver. Ainsi, les variations saisonnières de l'énergie éolienne et solaire ont tendance à s'annuler quelque peu. En 2007, l'Institut de technologie d'approvisionnement en énergie solaire de l' Université de Kassel a testé une centrale électrique combinée associant l'énergie solaire, éolienne, biogaz et hydrostockage pour fournir de l' énergie de suivi de charge 24 heures sur 24 et tout au long de l'année, entièrement à partir de sources renouvelables.

Prévisibilité

Des méthodes de prévision de l'énergie éolienne sont utilisées, mais la prévisibilité d'un parc éolien particulier est faible pour une exploitation à court terme. Pour un générateur particulier, il y a 80 % de chances que la production éolienne change de moins de 10 % en une heure et 40 % de chances qu'elle change de 10 % ou plus en 5 heures.

Cependant, les études de Graham Sinden (2009) suggèrent qu'en pratique, les variations de milliers d'éoliennes, réparties sur plusieurs sites et régimes de vent différents, sont lissées. À mesure que la distance entre les sites augmente, la corrélation entre les vitesses du vent mesurées sur ces sites diminue.

Ainsi, alors que la sortie d'une seule turbine peut varier considérablement et rapidement en fonction de la vitesse du vent local, à mesure que de plus en plus d'éoliennes sont connectées sur des zones de plus en plus grandes, la puissance de sortie moyenne devient moins variable et plus prévisible. La prévision météorologique permet de préparer le réseau électrique aux variations prévisibles de production qui se produisent.

L'énergie éolienne ne souffre pratiquement jamais de pannes techniques majeures, car les pannes d'éoliennes individuelles n'ont pratiquement aucun effet sur la puissance globale, de sorte que l'énergie éolienne distribuée est fiable et prévisible, tandis que les générateurs conventionnels, bien que beaucoup moins variables, peuvent subir des pannes imprévisibles majeures.

Stockage d'Energie

Le complexe de production Sir Adam Beck à Niagara Falls, Canada , comprend un grand réservoir d'hydroélectricité à accumulation par pompage . Pendant les heures de faible demande électrique, la puissance électrique excédentaire du réseau est utilisée pour pomper l'eau dans le réservoir, qui fournit ensuite 174 MW d'énergie électrique supplémentaire pendant les périodes de demande de pointe.

En règle générale, l' hydroélectricité conventionnelle complète très bien l'énergie éolienne. Lorsque le vent souffle fort, les centrales hydroélectriques voisines peuvent retenir temporairement leur eau. Lorsque le vent tombe, ils peuvent, à condition d'avoir la capacité de production, augmenter rapidement la production pour compenser. Cela donne une alimentation électrique globale très uniforme et pratiquement aucune perte d'énergie et n'utilise plus d'eau.

Alternativement, lorsqu'une hauteur d'eau appropriée n'est pas disponible, l'hydroélectricité par pompage ou d'autres formes de stockage d'énergie du réseau telles que le stockage d'énergie à air comprimé et le stockage d'énergie thermique peuvent stocker l'énergie développée par les périodes de vent fort et la libérer en cas de besoin. Le type de stockage nécessaire dépend du niveau de pénétration du vent – ​​une faible pénétration nécessite un stockage quotidien et une pénétration élevée nécessite un stockage à court et à long terme – jusqu'à un mois ou plus. L'énergie stockée augmente la valeur économique de l'énergie éolienne puisqu'elle peut être déplacée pour remplacer la production à coût plus élevé pendant les périodes de demande de pointe. Les revenus potentiels de cet arbitrage peuvent compenser le coût et les pertes de stockage. Par exemple, au Royaume-Uni, la centrale de pompage-turbinage de 2 GW de Dinorwig compense les pics de demande électrique et permet aux fournisseurs de charge de base d'exploiter leurs centrales plus efficacement. Bien que les systèmes d'alimentation par pompage ne soient efficaces qu'à environ 75 % et aient des coûts d'installation élevés, leurs faibles coûts d'exploitation et leur capacité à réduire la charge électrique de base requise peuvent économiser à la fois du carburant et des coûts totaux de production d'électricité.

Dans certaines régions géographiques, les pointes de vitesse du vent peuvent ne pas coïncider avec les pointes de demande d'électricité, que ce soit en mer ou à terre. Dans les États américains de Californie et du Texas , par exemple, les journées chaudes d'été peuvent avoir une faible vitesse du vent et une forte demande électrique en raison de l'utilisation de la climatisation . Certains services publics subventionnent l'achat de pompes à chaleur géothermiques par leurs clients, afin de réduire la demande d'électricité pendant les mois d'été en rendant la climatisation jusqu'à 70 % plus efficace ; l'adoption généralisée de cette technologie permettrait de mieux faire correspondre la demande d'électricité à la disponibilité du vent dans les régions où les étés sont chauds et les vents d'été faibles. Une option future possible pourrait être d'interconnecter des zones géographiques très dispersées avec un « super réseau » HVDC . Aux États-Unis, on estime que la mise à niveau du système de transmission pour intégrer les énergies renouvelables prévues ou potentielles coûterait au moins 60 milliards de dollars américains, tandis que la valeur sociale de l'énergie éolienne ajoutée serait supérieure à ce coût.

L'Allemagne dispose d'une capacité installée d'énergie éolienne et solaire pouvant dépasser la demande quotidienne et exporte de l'électricité de pointe vers les pays voisins, avec des exportations qui se sont élevées à quelque 14,7 milliards de kWh en 2012. Une solution plus pratique est l'installation d'une capacité de stockage de trente jours capable de pour répondre à 80 % de la demande, ce qui deviendra nécessaire lorsque la majeure partie de l'énergie européenne sera obtenue à partir de l'énergie éolienne et solaire. Tout comme l'UE exige des pays membres qu'ils maintiennent des réserves stratégiques de pétrole de 90 jours, on peut s'attendre à ce que les pays fournissent un stockage d'électricité, au lieu de s'attendre à utiliser leurs voisins pour la facturation nette.

Crédit de capacité, économies de carburant et retour sur investissement énergétique

Le crédit de capacité de l'éolien est estimé en déterminant la capacité des centrales conventionnelles déplacées par l'éolien, tout en maintenant le même degré de sécurité du système. Selon l' American Wind Energy Association , la production d'énergie éolienne aux États-Unis en 2015 a permis d'éviter la consommation de 280 millions de mètres cubes (73 milliards de gallons américains) d'eau et de réduire les émissions de CO
2
émissions de 132 millions de tonnes métriques, tout en procurant 7,3 milliards de dollars d'économies de santé publique.

L'énergie nécessaire pour construire un parc éolien divisée par la production totale au cours de sa durée de vie, le rendement énergétique sur l'énergie investie , de l'énergie éolienne varie mais se situe en moyenne entre 20 et 25. Ainsi, le temps de récupération de l'énergie est généralement d'environ un an.

Économie

Coût éolien terrestre par kilowattheure entre 1983 et 2017

L'éolien terrestre est une source d'énergie électrique bon marché, compétitive ou, dans de nombreux endroits, moins chère que les centrales au charbon ou au gaz. Selon BusinessGreen , les éoliennes ont atteint la parité réseau (le point auquel le coût de l'énergie éolienne correspond aux sources traditionnelles) dans certaines régions d'Europe au milieu des années 2000, et aux États-Unis à peu près à la même époque. La baisse des prix continue de faire baisser le coût nivelé et il a été suggéré qu'il a atteint la parité générale du réseau en Europe en 2010, et atteindra le même point aux États-Unis vers 2016 en raison d'une réduction attendue des coûts d'investissement d'environ 12%. Selon PolitiFact , il est difficile de prédire si l'éolien resterait viable aux États-Unis sans subventions. En mars 2021, le PDG de Siemens Gamesa a toutefois averti que l'augmentation de la demande d'éoliennes à bas prix combinée aux coûts élevés des intrants et des coûts élevés de l'acier entraînait une pression accrue sur les fabricants et une diminution des marges bénéficiaires.

Coût de l'électricité et tendances

Coût estimé par MWh pour l'énergie éolienne au Danemark
Le National Renewable Energy Laboratory prévoit que le coût actualisé de l'énergie éolienne aux États-Unis diminuera d'environ 25 % de 2012 à 2030.
Un convoi d'aubes de turbine passant par Edenfield au Royaume-Uni (2008). Des lames encore plus longues en deux parties sont maintenant fabriquées, puis assemblées sur place pour réduire les difficultés de transport.

L'énergie éolienne est à forte intensité de capital mais n'a pas de coûts de carburant. Le prix de l'éolien est donc beaucoup plus stable que les prix volatils des énergies fossiles. Le coût marginal de l'énergie éolienne une fois qu'une station est construite est généralement inférieur à 1 cent par kW·h.

La moyenne mondiale des coûts installés totaux pour l'énergie éolienne terrestre en 2017 était de 1477 $ par kW et de 4239 $ par kW pour l'offshore, mais avec de grandes variations dans les deux cas.

Cependant, le coût moyen estimé par unité d'énergie électrique doit intégrer le coût de construction de la turbine et des installations de transport, les fonds empruntés, le rendement pour les investisseurs (y compris le coût du risque), la production annuelle estimée et d'autres composants, moyennés sur la période projetée. durée de vie utile de l'équipement, qui peut être supérieure à 20 ans. Les estimations des coûts énergétiques dépendent fortement de ces hypothèses, de sorte que les chiffres des coûts publiés peuvent différer considérablement. En 2004, l'énergie éolienne coûtait 1/5 de ce qu'elle coûtait dans les années 1980, et certains s'attendaient à ce que cette tendance à la baisse se poursuive à mesure que de plus grandes turbines de plusieurs mégawatts étaient produites en masse. En 2012, les coûts d'investissement des éoliennes étaient nettement inférieurs à ceux de 2008-2010, mais toujours supérieurs aux niveaux de 2002. Un rapport de 2011 de l'American Wind Energy Association a déclaré : « Les coûts du vent ont chuté au cours des deux dernières années, de l'ordre de 5 à 6 cents le kilowattheure récemment... environ 2 cents moins cher que l'énergie électrique au charbon, et plus de projets ont été financés par le biais d'accords de dette que de structures d'équité fiscale l'année dernière... gagnant plus d'acceptation de la part des banques de Wall Street... Les fabricants d'équipements peuvent également livrer des produits l'année même où ils sont commandés au lieu d'attendre jusqu'à trois ans comme c'était le cas lors des cycles précédents.... 5 600 MW de nouvelle capacité installée sont en construction aux États-Unis, soit plus du double du nombre à ce stade en 2010. Trente-cinq pour cent de toute la nouvelle production d'électricité construite aux États-Unis depuis 2005 est venu de l'éolien, plus que des nouvelles centrales au gaz et au charbon réunies, car les fournisseurs d'électricité sont de plus en plus attirés par l'éolien comme couverture pratique contre les fluctuations imprévisibles des prix des matières premières. »

Un rapport de la British Wind Energy Association donne un coût moyen de production d'énergie éolienne terrestre d'environ 3 pence (entre 5 et 6 cents US) par kW·h (2005). Le coût par unité d'énergie produite a été estimé en 2006 à 5 à 6 % au-dessus du coût de la nouvelle capacité de production aux États-Unis pour le charbon et le gaz naturel : le coût du vent a été estimé à 56 $ par MWh, le charbon à 53 $/MW·h et le gaz naturel à 53 $. Des résultats comparatifs similaires avec le gaz naturel ont été obtenus dans une étude gouvernementale au Royaume-Uni en 2011. En 2011, l'énergie des éoliennes pourrait déjà être moins chère que les centrales fossiles ou nucléaires ; on s'attend également à ce que l'énergie éolienne soit la forme la moins chère de production d'énergie à l'avenir. La présence de l'énergie éolienne, même subventionnée, peut réduire les coûts pour les consommateurs (5 milliards d'euros/an en Allemagne) en diminuant le prix marginal, en minimisant l'utilisation de centrales de pointe coûteuses .

Une étude de l'UE de 2012 montre que le coût de base de l'énergie éolienne terrestre est similaire à celui du charbon lorsque les subventions et les externalités ne sont pas prises en compte. L'énergie éolienne a certains des coûts externes les plus bas.

En février 2013, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) a signalé que le coût de production d'électricité à partir de nouveaux parcs éoliens est moins cher que de nouvelles centrales au charbon ou à gaz de base. En incluant le système actuel de tarification du carbone du gouvernement fédéral australien, leur modélisation donne des coûts (en dollars australiens) de 80 $/MWh pour les nouveaux parcs éoliens, de 143 $/MWh pour les nouvelles centrales au charbon et de 116 $/MWh pour les nouvelles centrales au gaz de base. La modélisation montre également que "même sans prix du carbone (le moyen le plus efficace de réduire les émissions à l'échelle de l'économie), l'énergie éolienne est 14% moins chère que le nouveau charbon et 18% moins chère que le nouveau gaz". Une partie des coûts plus élevés des nouvelles centrales au charbon est due aux coûts élevés des prêts financiers en raison des « atteintes à la réputation des investissements à forte intensité d'émissions ». La dépense des centrales au gaz est en partie due aux effets « marché d'exportation » sur les prix locaux. Les coûts de production des centrales au charbon construites dans les « années 1970 et 1980 » sont moins chers que les sources d'énergie renouvelables en raison de la dépréciation. En 2015, BNEF a calculé le coût actualisé de l'électricité (LCOE) par MWh dans les nouvelles centrales (hors coûts carbone) : 85 $ pour l'éolien terrestre (175 $ pour l'offshore), 66-75 $ pour le charbon dans les Amériques (82-105 $ en Europe), le gaz 80-100 $. Une étude de 2014 a montré des coûts de LCOE non subventionnés entre 37 et 81 $, selon la région. Un rapport du DOE américain de 2014 a montré que dans certains cas , les prix des contrats d'achat d'électricité pour l'énergie éolienne étaient tombés à des niveaux record de 23,5 $/MWh.

Le coût a diminué à mesure que la technologie des éoliennes s'est améliorée. Il existe maintenant des pales d'éoliennes plus longues et plus légères, des améliorations des performances des turbines et une efficacité accrue de la production d'électricité. De plus, les dépenses d'investissement et les coûts d'entretien des projets éoliens ont continué de baisser. Par exemple, l'industrie éolienne aux États-Unis au début de 2014 a pu produire plus d'électricité à moindre coût en utilisant des éoliennes plus hautes avec des pales plus longues, capturant les vents les plus rapides à des altitudes plus élevées. Cela a ouvert de nouvelles opportunités et dans l'Indiana, le Michigan et l'Ohio, le prix de l'électricité des éoliennes construites à 90-120 mètres (300-400 pieds) au-dessus du sol peut depuis 2014 rivaliser avec les combustibles fossiles conventionnels comme le charbon. Les prix sont tombés à environ 4 cents le kilowattheure dans certains cas et les services publics ont augmenté la quantité d'énergie éolienne dans leur portefeuille, affirmant que c'est leur option la moins chère.

Certaines initiatives visent à réduire les coûts de l'énergie électrique issue de l'éolien offshore. Un exemple est le Carbon Trust Offshore Wind Accelerator, un projet industriel conjoint, impliquant neuf développeurs éoliens offshore, qui vise à réduire le coût de l'éolien offshore de 10 % d'ici 2015. Il a été suggéré que l'innovation à grande échelle pourrait générer un coût de 25 %. réduction de l'éolien offshore d'ici 2020. Henrik Stiesdal , ancien directeur technique de Siemens Wind Power, a déclaré que d'ici 2025, l'énergie éolienne en mer sera l'une des solutions évolutives les moins chères au Royaume-Uni, par rapport aux autres sources d'énergie renouvelables et fossiles si le coût réel pour la société est pris en compte dans le coût de l'équation énergétique. Il calcule alors le coût à 43 EUR/MWh pour l'onshore et à 72 EUR/MWh pour l'éolien offshore.

En août 2017, le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du ministère de l'Énergie a publié un nouveau rapport sur une réduction de 50 % du coût de l'énergie éolienne d'ici 2030. Le NREL devrait permettre de réaliser des progrès dans la conception, les matériaux et les contrôles des éoliennes pour débloquer les performances. améliorations et réduire les coûts. Selon des géomètres internationaux, cette étude montre que la réduction des coûts devrait fluctuer entre 24 % et 30 % d'ici 2030. Dans les cas plus agressifs, les experts estiment une réduction des coûts jusqu'à 40 % si les programmes de recherche et développement et de technologie entraînent des Efficacité.

En 2018, une étude de Lazard a révélé que « le coût nivelé bas de gamme de l'énergie éolienne terrestre est de 29 $/MWh, par rapport à un coût marginal indicatif moyen de 36 $/MWh pour le charbon » et a noté que le coût moyen avait baissé de 7 %. dans un an.

Incitatifs et avantages communautaires

Les propriétaires fonciers américains reçoivent généralement entre 3 000 et 5 000 dollars de revenus locatifs annuels par éolienne, tandis que les agriculteurs continuent de cultiver ou de faire paître le bétail jusqu'au pied des éoliennes. Montré : le parc éolien de Brazos , Texas.
Certaines des 6 000 éoliennes du parc éolien d'Altamont Pass en Californie ont bénéficié d'incitations fiscales dans les années 1980.

L'industrie éolienne aux États-Unis génère des dizaines de milliers d'emplois et des milliards de dollars d'activité économique. Les projets éoliens prévoient des taxes locales, ou des paiements à la place des taxes et renforcent l'économie des communautés rurales en fournissant des revenus aux agriculteurs disposant d'éoliennes sur leurs terres. L'énergie éolienne dans de nombreuses juridictions reçoit un soutien financier ou autre pour encourager son développement. L'énergie éolienne bénéficie de subventions dans de nombreuses juridictions, soit pour accroître son attractivité, soit pour compenser les subventions reçues par d'autres formes de production qui ont des externalités négatives importantes.

Aux États-Unis, l'éolien bénéficie d'un crédit d'impôt à la production (PTC) de 2 /kWh en dollars de 1993 pour chaque kW·h produit, pendant les 10 premières années ; à 2 ¢ le kW·h en 2012, le crédit a été renouvelé le 2 janvier 2012, pour inclure les constructions commencées en 2013. Un crédit d'impôt de 30 % peut être appliqué en lieu et place du PTC. Un autre avantage fiscal est l' amortissement accéléré . De nombreux États américains offrent également des incitations, telles que l'exonération de la taxe foncière, les achats obligatoires et des marchés supplémentaires pour les « crédits verts ». La Loi sur l'amélioration et l'extension de l'énergie de 2008 contient des extensions de crédits pour l'éolien, y compris les microturbines. Des pays comme le Canada et l'Allemagne offrent également des incitations à la construction d'éoliennes, telles que des crédits d'impôt ou des prix d'achat minimum pour la production éolienne, avec un accès garanti au réseau (parfois appelés tarifs de rachat ). Ces tarifs de rachat sont généralement fixés bien au-dessus des prix moyens de l'électricité. En décembre 2013, le sénateur américain Lamar Alexander et d'autres sénateurs républicains ont fait valoir que le « crédit d'impôt pour la production d'énergie éolienne devrait pouvoir expirer fin 2013 » et qu'il a expiré le 1er janvier 2014 pour les nouvelles installations.

Les forces du marché secondaire incitent également les entreprises à utiliser l'énergie éolienne, même si le prix de l'électricité est élevé . Par exemple, les fabricants socialement responsables versent aux entreprises de services publics une prime qui sert à subventionner et à construire de nouvelles infrastructures éoliennes. Les entreprises utilisent l'énergie éolienne et, en retour, elles peuvent affirmer qu'elles entreprennent de gros efforts « verts ». Aux États-Unis, l'organisation Green-e surveille la conformité des entreprises avec ces crédits d'énergie renouvelable. Les prix des turbines ont considérablement baissé ces dernières années en raison de conditions concurrentielles plus difficiles telles que l'utilisation accrue des enchères d'énergie et l'élimination des subventions sur de nombreux marchés. Par exemple, Vestas , un fabricant d'éoliennes, dont la plus grande turbine terrestre peut produire 4,2 mégawatts de puissance, suffisamment pour fournir de l'électricité à environ 5 000 foyers, a vu les prix de ses éoliennes chuter de 950 000 € par mégawatt fin 2016 à environ € 800 000 par mégawatt au troisième trimestre de 2017.

Énergie éolienne à petite échelle

Une petite éolienne à axe vertical de type Quietrevolution QR5 Gorlov sur le toit de Colston Hall à Bristol, Angleterre . Mesurant 3 m de diamètre et 5 m de haut, il a une puissance nominale de 6,5 kW.

L'éolien à petite échelle est le nom donné aux systèmes de production d'énergie éolienne ayant la capacité de produire jusqu'à 50 kW d'énergie électrique. Les communautés isolées, qui pourraient autrement dépendre de générateurs diesel , peuvent utiliser des éoliennes comme alternative. Les particuliers peuvent acheter ces systèmes pour réduire ou éliminer leur dépendance à l'énergie électrique du réseau pour des raisons économiques, ou pour réduire leur empreinte carbone . Les éoliennes ont été utilisées pour la production d'électricité domestique en conjonction avec le stockage de batteries pendant de nombreuses décennies dans des zones reculées.

Des exemples récents de projets éoliens à petite échelle en milieu urbain peuvent être trouvés à New York , où, depuis 2009, plusieurs projets de construction ont coiffé leurs toits d' éoliennes hélicoïdales de type Gorlov . Bien que l'énergie qu'ils génèrent soit faible par rapport à la consommation globale des bâtiments, ils contribuent à renforcer les références « vertes » du bâtiment d'une manière que « montrer aux gens votre chaudière de haute technologie » ne peut pas, certains des projets recevant également le soutien direct de l' Autorité de recherche et de développement énergétiques de l'État de New York .

Les éoliennes domestiques connectées au réseau peuvent utiliser le stockage d'énergie du réseau , remplaçant ainsi l'électricité achetée par de l'électricité produite localement lorsqu'elle est disponible. Le surplus d'électricité produit par les microgénérateurs domestiques peut, dans certaines juridictions, être injecté dans le réseau et vendu à la société de services publics, produisant un crédit au détail pour les propriétaires des microgénérateurs afin de compenser leurs coûts énergétiques.

Les utilisateurs de systèmes hors réseau peuvent soit s'adapter à une alimentation intermittente, soit utiliser des batteries, des systèmes photovoltaïques ou diesel pour compléter l'éolienne. Les équipements tels que les parcmètres, les panneaux d'avertissement de trafic, l'éclairage public ou les passerelles Internet sans fil peuvent être alimentés par une petite éolienne, éventuellement combinée à un système photovoltaïque, qui charge une petite batterie remplaçant la nécessité d'une connexion au réseau électrique.

Une étude de Carbon Trust sur le potentiel de l'énergie éolienne à petite échelle au Royaume-Uni, publiée en 2010, a révélé que les petites éoliennes pouvaient fournir jusqu'à 1,5 térawattheure (TW·h) par an d'énergie électrique (0,4 % du total britannique consommation d'électricité), économisant 600 000 tonnes d'émissions de dioxyde de carbone (Mt CO 2 ). Ceci est basé sur l'hypothèse que 10 % des ménages installeraient des turbines à des coûts compétitifs par rapport à l'électricité du réseau, environ 12 pence (19 cents US) le kW·h. Un rapport préparé pour l' Energy Saving Trust, parrainé par le gouvernement britannique en 2006, a révélé que les générateurs d'électricité domestiques de divers types pourraient fournir 30 à 40 % des besoins en électricité du pays d'ici 2050.

La production distribuée à partir de ressources renouvelables augmente en raison de la prise de conscience accrue du changement climatique . Les interfaces électroniques requises pour connecter les unités de production d'énergie renouvelable au système de distribution peuvent inclure des fonctions supplémentaires, telles que le filtrage actif pour améliorer la qualité de l'énergie.

Effets environnementaux

Le bétail paissant près d'une éolienne.

L'impact environnemental de l'énergie éolienne est considéré comme relativement mineur par rapport à celui des énergies fossiles. Selon le GIEC , dans les évaluations du cycle de vie des émissions de gaz à effet de serre des sources d'énergie , les éoliennes ont une valeur médiane de 12 et 11 ( g CO
2
eq / kWh ) pour les turbines offshore et onshore, respectivement. Par rapport à d'autres sources d' énergie à faible émission de carbone , les éoliennes ont l'un des potentiels de réchauffement planétaire les plus faibles par unité d'énergie électrique générée.

Les parcs éoliens terrestres peuvent avoir un impact visuel et un impact significatif sur le paysage. Leur réseau de turbines, de routes d'accès, de lignes de transmission et de sous-stations peut entraîner un « étalement énergétique ». En raison d'une densité de puissance de surface très faible et d'exigences d'espacement spécifiques, les parcs éoliens doivent généralement couvrir plus de terres et être plus étendus que les autres centrales électriques. Par exemple, pour alimenter de nombreuses grandes villes par le seul vent, il faudrait construire des parcs éoliens au moins aussi grands que les villes elles-mêmes. Cependant, la terre entre les turbines et les routes peut encore être utilisée pour l'agriculture. En plus de devoir être répartis sur plus de terres, ils doivent également être construits à l'écart de la densité de population. Les parcs éoliens sont généralement construits dans des zones sauvages et rurales, ce qui peut conduire à une "industrialisation des campagnes". Un rapport du Mountaineering Council of Scotland a conclu que les parcs éoliens nuisaient au tourisme dans des zones connues pour leurs paysages naturels et leurs vues panoramiques. Les éoliennes génèrent également du bruit. À une distance résidentielle de 300 mètres (980 pieds), cela peut être d'environ 45 dB, ce qui est légèrement plus fort qu'un réfrigérateur. À 1,5 km (1 mi) de distance, ils deviennent inaudibles. Il existe des rapports anecdotiques sur les effets négatifs du bruit sur la santé des personnes vivant très près des éoliennes. Les recherches évaluées par des pairs n'ont généralement pas soutenu ces affirmations.

La perte d'habitat et la fragmentation de l'habitat sont les plus grands impacts des parcs éoliens sur la faune. L'ampleur de l'impact écologique peut être significative ou non, selon les circonstances spécifiques. De plus, ces problèmes peuvent être atténués si des stratégies de surveillance et d'atténuation appropriées sont mises en œuvre. La prévention et l'atténuation des décès d'animaux sauvages et la protection des tourbières affectent l'emplacement et l'exploitation des éoliennes. Un autre effet des parcs éoliens sur la faune est la mortalité aviaire. Des milliers d'oiseaux, y compris des espèces rares, ont été tués par les pales d'éoliennes, bien que les éoliennes contribuent de manière relativement insignifiante à la mortalité aviaire anthropique. Les parcs éoliens et les centrales nucléaires sont responsables de 0,3 à 0,4 décès d'oiseaux par gigawattheure (GWh) d'électricité, tandis que les centrales électriques à combustible fossile sont responsables d'environ 5,2 décès par GWh. En 2009, pour chaque oiseau tué par une éolienne aux États-Unis, près de 500 000 ont été tués par des chats et 500 000 autres par des bâtiments. En comparaison, les générateurs conventionnels au charbon contribuent beaucoup plus à la mortalité des oiseaux, par incinération lorsqu'ils sont pris dans les courants ascendants des cheminées et par empoisonnement avec des sous-produits d'émissions (y compris les particules et les métaux lourds sous le vent des gaz de combustion)

Avant 2019, de nombreuses pales d'éoliennes étaient fabriquées en fibre de verre avec des conceptions qui n'offraient qu'une durée de vie de 10 à 20 ans. Compte tenu de la technologie disponible, en février 2018, il n'y avait pas de marché pour recycler ces vieilles lames, et elles sont généralement éliminées dans des décharges. Les pales étant conçues pour être creuses, elles occupent un volume important par rapport à leur masse. Les exploitants de décharges ont donc commencé à exiger des opérateurs qu'ils écrasent les pales avant qu'elles puissent être mises en décharge.

L'armée de l'air et la marine des États-Unis ont exprimé leur inquiétude quant au fait que l'implantation de grandes éoliennes à proximité des bases "aura un impact négatif sur le radar au point que les contrôleurs aériens perdront la localisation des aéronefs".

Politique

Gouvernement central

Une partie du parc éolien de Seto Hill au Japon.

L'énergie nucléaire et les combustibles fossiles sont subventionnés par de nombreux gouvernements , et l'énergie éolienne et d'autres formes d'énergie renouvelable sont également souvent subventionnées. Par exemple, une étude réalisée en 2009 par l'Environmental Law Institute a évalué la taille et la structure des subventions énergétiques américaines sur la période 2002-2008. L'étude a estimé que les subventions aux sources de combustibles fossiles s'élevaient à environ 72 milliards de dollars au cours de cette période et les subventions aux sources de combustibles renouvelables totalisaient 29 milliards de dollars. Aux États-Unis, le gouvernement fédéral a versé 74 milliards de dollars américains en subventions énergétiques pour soutenir la R&D pour l'énergie nucléaire (50 milliards de dollars) et les combustibles fossiles (24 milliards de dollars) de 1973 à 2003. Au cours de cette même période, les technologies des énergies renouvelables et l'efficacité énergétique a reçu un total de 26 milliards de dollars. Il a été suggéré qu'un changement de subvention aiderait à uniformiser les règles du jeu et à soutenir les secteurs énergétiques en croissance, à savoir l'énergie solaire , l'énergie éolienne et les biocarburants . L'histoire montre qu'aucun secteur énergétique ne s'est développé sans subventions.

Selon l' Agence internationale de l'énergie (AIE) (2011), les subventions énergétiques abaissent artificiellement le prix de l'énergie payé par les consommateurs, augmentent le prix perçu par les producteurs ou abaissent le coût de production. « Les coûts des subventions aux combustibles fossiles dépassent généralement les avantages. Les subventions aux énergies renouvelables et aux technologies énergétiques à faible émission de carbone peuvent apporter des avantages économiques et environnementaux à long terme ». En novembre 2011, un rapport de l'AIE intitulé Deploying Renewables 2011 déclarait : « les subventions dans les technologies énergétiques vertes qui n'étaient pas encore compétitives sont justifiées pour inciter à investir dans des technologies présentant des avantages évidents pour l'environnement et la sécurité énergétique ». Le rapport de l'AIE n'était pas d'accord avec les affirmations selon lesquelles les technologies d'énergie renouvelable ne sont viables que grâce à des subventions coûteuses et ne sont pas capables de produire de l'énergie de manière fiable pour répondre à la demande.

Cependant, les vues de l'AIE ne sont pas universellement acceptées. Entre 2010 et 2016, les subventions pour l'éolien étaient comprises entre 1 et 6 par kWh. Les subventions pour le charbon, le gaz naturel et le nucléaire se situent toutes entre 0,05 et 0,2 par kWh pour l'ensemble des années. Au kWh, l'éolien est subventionné 50 fois plus que les sources traditionnelles.

Aux États-Unis, l'industrie éolienne a récemment considérablement accru ses efforts de lobbying, dépensant environ 5 millions de dollars en 2009 après des années de relative obscurité à Washington. En comparaison, l'industrie nucléaire américaine a dépensé à elle seule plus de 650 millions de dollars pour ses efforts de lobbying et ses contributions à la campagne pendant 10 ans se terminant en 2008.

À la suite des accidents nucléaires japonais de 2011 , le gouvernement fédéral allemand travaille sur un nouveau plan pour accroître l'efficacité énergétique et la commercialisation des énergies renouvelables , avec un accent particulier sur les parcs éoliens offshore. Selon le plan, de grandes éoliennes seront érigées loin des côtes, où le vent souffle plus régulièrement que sur terre, et où les énormes éoliennes ne dérangeront pas les habitants. Le plan vise à réduire la dépendance de l'Allemagne vis-à-vis de l'énergie dérivée du charbon et des centrales nucléaires.

Opinion publique

Les membres du groupe environnemental sont à la fois plus en faveur de l'éolien (74 %) et plus opposés (24 %). Peu sont indécis.

Des enquêtes sur les attitudes du public à travers l' Europe et dans de nombreux autres pays montrent un fort soutien public à l'énergie éolienne. Environ 80% des citoyens de l'UE soutiennent l'énergie éolienne. En Allemagne , où l'énergie éolienne a acquis une très grande acceptation sociale, des centaines de milliers de personnes ont investi dans des parcs éoliens de citoyens à travers le pays et des milliers de petites et moyennes entreprises dirigent des entreprises prospères dans un nouveau secteur qui, en 2008, employait 90 000 personnes et généraient 8 % de l'électricité allemande.

Bakker et al. (2012) ont découvert dans leur étude que lorsque les résidents ne voulaient pas que les éoliennes soient localisées par eux, leur gêne était significativement plus élevée que ceux « qui bénéficiaient économiquement des éoliennes, la proportion de personnes qui étaient plutôt ou très ennuyées était significativement plus faible ».

Bien que l'énergie éolienne soit une forme populaire de production d'énergie, la construction de parcs éoliens n'est pas universellement bien accueillie, souvent pour des raisons esthétiques .

En Espagne , à quelques exceptions près, il y a eu peu d'opposition à l'installation de parcs éoliens intérieurs. Cependant, les projets de construction de parcs offshore ont été plus controversés. En particulier, la proposition de construire la plus grande installation de production d'énergie éolienne offshore au monde dans le sud-ouest de l'Espagne sur la côte de Cadix , sur les lieux de la bataille de Trafalgar en 1805 a rencontré une forte opposition qui craignent pour le tourisme et la pêche dans la région. , et parce que la région est une tombe de guerre.

Qu'est-ce qui devrait être augmenté en Ecosse ?

Dans un sondage mené par Angus Reid Strategies en octobre 2007, 89 % des répondants ont déclaré que l'utilisation de sources d'énergie renouvelables comme l'énergie éolienne ou solaire était positive pour le Canada parce que ces sources étaient meilleures pour l'environnement. Seuls 4 % considèrent l'utilisation de sources renouvelables comme négative, car elles peuvent être peu fiables et coûteuses. Selon un sondage de Saint Consulting en avril 2007, l'énergie éolienne était la source d' énergie alternative la plus susceptible d'obtenir le soutien du public pour le développement futur au Canada, avec seulement 16 % d'opposants à ce type d'énergie. En revanche, 3 Canadiens sur 4 se sont opposés au développement de l'énergie nucléaire.

Une enquête menée en 2003 auprès des résidents vivant autour des 10 parcs éoliens existants en Écosse a révélé des niveaux élevés d'acceptation de la communauté et un fort soutien pour l'énergie éolienne, avec un grand soutien de ceux qui vivaient le plus près des parcs éoliens. Les résultats de cette enquête corroborent ceux d'une précédente enquête de l'exécutif écossais « Public attitudes to the Environment in Scotland 2002 », qui a révélé que le public écossais préférerait que la majorité de son électricité provienne d'énergies renouvelables, et qui considérait l'énergie éolienne comme la source d'énergie renouvelable la plus propre. Une enquête menée en 2005 a montré que 74% des Écossais conviennent que les parcs éoliens sont nécessaires pour répondre aux besoins énergétiques actuels et futurs. Lorsqu'on a posé la même question aux gens dans une étude écossaise sur les énergies renouvelables menée en 2010, 78% étaient d'accord. L'augmentation est significative car il y avait deux fois plus de parcs éoliens en 2010 qu'en 2005. L'enquête de 2010 a également montré que 52% n'étaient pas d'accord avec l'affirmation selon laquelle les parcs éoliens sont « moches et une tache sur le paysage ». 59 % ont convenu que les parcs éoliens étaient nécessaires et que leur apparence n'avait pas d'importance. En ce qui concerne le tourisme , les personnes interrogées considèrent les pylônes électriques , les tours de téléphonie cellulaire , les carrières et les plantations de manière plus négative que les parcs éoliens. L'Écosse prévoit d'obtenir 100 % de l'électricité à partir de sources renouvelables d'ici 2020.

Dans d'autres cas, il existe une propriété communautaire directe des projets de parcs éoliens . Les centaines de milliers de personnes qui se sont impliquées dans les parcs éoliens de petite et moyenne taille d'Allemagne témoignent d'un tel soutien là-bas.

Un sondage Harris de 2010 reflète le fort soutien à l'énergie éolienne en Allemagne, dans d'autres pays européens et aux États-Unis.

Opinion sur l'augmentation du nombre de parcs éoliens, sondage Harris 2010
nous Grande-
Bretagne
La France Italie Espagne Allemagne
% % % % % %
S'opposer fermement 3 6 6 2 2 4
S'opposer plus que favoriser 9 12 16 11 9 14
Favoriser plus que s'opposer 37 44 44 38 37 42
Fortement en faveur 50 38 33 49 53 40

En Chine , Shen et al. (2019) découvrent que les citadins chinois peuvent être quelque peu réticents à la construction d'éoliennes dans les zones urbaines, une proportion étonnamment élevée de personnes citant une peur infondée des radiations comme étant à l'origine de leurs préoccupations. Le gouvernement central chinois plutôt que les scientifiques est mieux placé pour répondre à cette préoccupation. En outre, l'étude constate que, comme leurs homologues des pays de l'OCDE, les répondants chinois urbains sont sensibles aux coûts directs et aux externalités liées à la faune. La diffusion d'informations pertinentes sur les turbines au public peut atténuer la résistance.

Communauté

Des éoliennes comme celles-ci, en Cumbria , en Angleterre, ont été opposées pour un certain nombre de raisons, notamment esthétiques, par certains secteurs de la population.

De nombreuses entreprises d'énergie éolienne travaillent avec les communautés locales pour réduire les préoccupations environnementales et autres associées à des parcs éoliens particuliers. Dans d'autres cas, il existe une propriété communautaire directe des projets de parcs éoliens . Des procédures gouvernementales appropriées de consultation, de planification et d'approbation contribuent également à minimiser les risques environnementaux. Certains peuvent encore s'opposer aux parcs éoliens mais, selon The Australia Institute , leurs préoccupations doivent être mises en balance avec la nécessité de faire face aux menaces posées par le changement climatique et les opinions de la communauté au sens large.

En Amérique, les projets éoliens augmenteraient les bases fiscales locales, aidant à payer les écoles, les routes et les hôpitaux. Les projets éoliens revitalisent également l'économie des communautés rurales en fournissant des revenus stables aux agriculteurs et autres propriétaires fonciers.

Au Royaume-Uni, le National Trust et la Campaign to Protect Rural England ont exprimé leurs préoccupations concernant les effets sur le paysage rural causés par des éoliennes et des parcs éoliens mal placés.

Une vue panoramique sur le parc éolien de Whitelee au Royaume-Uni avec le réservoir Lochgoin au premier plan.

Certains parcs éoliens sont devenus des attractions touristiques. Le centre d'accueil du parc éolien de Whitelee comprend une salle d'exposition, un centre d'apprentissage, un café avec une terrasse d'observation et une boutique. Il est géré par le Glasgow Science Center .

Au Danemark, un régime de perte de valeur donne aux personnes le droit de réclamer une indemnisation pour la perte de valeur de leur propriété si elle est causée par la proximité d'une éolienne. La perte doit être d'au moins 1% de la valeur de la propriété.

Malgré cette adhésion générale au concept d'éolien dans le grand public, l'opposition locale existe souvent et a retardé ou fait avorter un certain nombre de projets. Par exemple, certains craignent que certaines installations puissent affecter négativement la réception TV et radio et le radar météorologique Doppler, ainsi que produire des niveaux sonores et vibratoires excessifs entraînant une diminution de la valeur des propriétés. Les solutions potentielles de réception de diffusion comprennent la modélisation prédictive des interférences en tant que composante de la sélection du site. Une étude de 50 000 ventes de maisons à proximité d'éoliennes n'a trouvé aucune preuve statistique que les prix étaient affectés.

Alors que les problèmes esthétiques sont subjectifs et que certains trouvent les parcs éoliens agréables et optimistes, ou symboles d' indépendance énergétique et de prospérité locale, des groupes de protestation sont souvent formés pour tenter de bloquer de nouveaux sites éoliens pour diverses raisons.

Ce type d'opposition est souvent décrit comme le NIMBYisme , mais des recherches menées en 2009 ont révélé qu'il y a peu de preuves pour étayer la croyance que les résidents ne s'opposent aux installations d'énergie renouvelable telles que les éoliennes en raison d'un « Pas dans ma cour arrière » attitude.

Géopolitique

Il a été avancé que l'expansion de l'utilisation de l'énergie éolienne entraînerait une concurrence géopolitique croissante pour les matériaux critiques pour les éoliennes, tels que le néodyme, le praséodyme et le dysprosium, éléments des terres rares. Mais cette perspective a été critiquée pour ne pas reconnaître que la plupart des éoliennes n'utilisent pas d'aimants permanents et pour sous-estimer le pouvoir des incitations économiques pour une production accrue de ces minéraux.

Conception de turbine

Composants typiques d'une éolienne (boîte de vitesses, arbre de rotor et ensemble de frein) soulevés en position

Les éoliennes sont des dispositifs qui convertissent l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. Le résultat de plus d'un millénaire de développement d' éoliennes et d'ingénierie moderne, les éoliennes d'aujourd'hui sont fabriquées dans une large gamme de types d'axes horizontaux et verticaux . Les plus petites turbines sont utilisées pour des applications telles que le chargement de batteries pour l'alimentation auxiliaire. Des turbines légèrement plus grandes peuvent être utilisées pour apporter de petites contributions à une alimentation électrique domestique tout en revendant l'énergie inutilisée au fournisseur de services publics via le réseau électrique . Les réseaux de grandes turbines, connus sous le nom de parcs éoliens , sont devenus une source d' énergie renouvelable de plus en plus importante et sont utilisés dans de nombreux pays dans le cadre d'une stratégie visant à réduire leur dépendance aux combustibles fossiles .

La conception d'une éolienne est le processus de définition de la forme et des spécifications d'une éolienne pour extraire l'énergie du vent . Une installation d'éolienne comprend les systèmes nécessaires pour capter l'énergie du vent, diriger l'éolienne dans le vent, convertir la rotation mécanique en énergie électrique et d'autres systèmes pour démarrer, arrêter et contrôler l'éolienne.

En 1919, le physicien allemand Albert Betz montra que pour une hypothétique machine idéale d'extraction d'énergie éolienne, les lois fondamentales de conservation de la masse et de l'énergie ne permettaient pas de capter plus de 16/27 (59%) de l'énergie cinétique du vent. Cette limite de Betz peut être approchée dans les conceptions de turbines modernes, qui peuvent atteindre 70 à 80 % de la limite de Betz théorique.

L' aérodynamique d'une éolienne n'est pas simple. Le flux d'air au niveau des pales n'est pas le même que le flux d'air loin de la turbine. La nature même de la façon dont l'énergie est extraite de l'air entraîne également une déviation de l'air par la turbine. Cela affecte les objets ou autres turbines en aval, ce qui est connu sous le nom d'effet de sillage. De plus, l' aérodynamique d'une éolienne à la surface du rotor présente des phénomènes rarement observés dans d'autres domaines aérodynamiques. La forme et les dimensions des pales de l'éolienne sont déterminées par les performances aérodynamiques requises pour extraire efficacement l'énergie du vent, et par la force requise pour résister aux forces exercées sur la pale.

En plus de la conception aérodynamique des pales , la conception d'un système éolien complet doit également aborder la conception du moyeu du rotor , de la nacelle , de la structure de la tour , du générateur , des commandes et des fondations de l'installation .

Histoire

Moulin à vent de Charles F. Brush de 1888, utilisé pour produire de l'électricité.

L'énergie éolienne a été utilisée aussi longtemps que les humains ont mis des voiles au vent. Le Codex du roi Hammurabi (règne 1792 - 1750 av. J.-C.) mentionnait déjà les moulins à vent pour produire de l'énergie mécanique. Les machines éoliennes utilisées pour moudre le grain et pomper l'eau, le moulin à vent et la pompe à vent , ont été développées dans ce qui est aujourd'hui l' Iran , l' Afghanistan et le Pakistan au IXe siècle. L'énergie éolienne était largement disponible et ne se limitait pas aux rives des cours d'eau rapides, ou plus tard, nécessitant des sources de carburant. Les pompes éoliennes drainaient les polders des Pays-Bas , et dans les régions arides comme le Midwest américain ou l' outback australien , les pompes éoliennes fournissaient de l'eau pour le bétail et les moteurs à vapeur.

Le premier moulin à vent utilisé pour la production d'électricité a été construit en Écosse en juillet 1887 par le professeur James Blyth du Anderson's College de Glasgow (le précurseur de l' université de Strathclyde ). Haute de 10 mètres (33 pieds) de Blyth, l'éolienne à voiles en tissu a été installée dans le jardin de son chalet de vacances à Marykirk dans le Kincardineshire et a été utilisée pour charger des accumulateurs développés par le Français Camille Alphonse Faure , pour alimenter l'éclairage du chalet, ce qui en fait la première maison au monde à être alimentée en électricité par l'énergie éolienne. Blyth a offert le surplus d'électricité aux habitants de Marykirk pour éclairer la rue principale, mais ils ont refusé l'offre car ils pensaient que l'électricité était « l'œuvre du diable ». Bien qu'il ait plus tard construit une éolienne pour fournir de l'énergie d'urgence à l'asile, à l'infirmerie et au dispensaire des fous locaux de Montrose , l'invention n'a jamais vraiment fait son chemin car la technologie n'a pas été considérée comme économiquement viable.

De l'autre côté de l'Atlantique, à Cleveland, Ohio , une machine plus grande et fortement conçue a été conçue et construite au cours de l'hiver 1887-1888 par Charles F. Brush . Elle a été construite par sa société d'ingénierie à son domicile et a fonctionné de 1886 à 1900. L'éolienne Brush avait un rotor de 17 mètres (56 pieds) de diamètre et était montée sur une tour de 18 mètres (59 pieds). Bien que grande par rapport aux normes d'aujourd'hui, la machine n'était évaluée qu'à 12 kW. La dynamo connectée a été utilisée soit pour charger une banque de batteries, soit pour faire fonctionner jusqu'à 100 ampoules à incandescence , trois lampes à arc et divers moteurs dans le laboratoire de Brush.

Avec le développement de l'énergie électrique, l'énergie éolienne a trouvé de nouvelles applications dans l'éclairage des bâtiments éloignés de l'énergie produite de manière centralisée. Tout au long du XXe siècle, des chemins parallèles ont développé de petites stations éoliennes adaptées aux fermes ou aux résidences. La crise pétrolière de 1973 a déclenché l'enquête au Danemark et aux États-Unis qui a conduit à de plus grandes éoliennes à grande échelle qui pourraient être connectées aux réseaux électriques pour une utilisation à distance de l'énergie. En 2008, la capacité installée des États-Unis avait atteint 25,4 gigawatts, et en 2012, la capacité installée était de 60 gigawatts. Aujourd'hui, les générateurs éoliens fonctionnent dans toutes les tailles, entre de minuscules stations de recharge de batteries dans des résidences isolées, jusqu'à des parcs éoliens offshore de la taille d'un gigawatt qui fournissent de l'électricité aux réseaux électriques nationaux.

Voir également

Remarques

Les références

Liens externes