FORMULES de PHYSIQUE
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EOLIENNE et HYDROLIENNE
-éolienne
Une éolienne est un cas particulier d'hélice
FORCE APPLIQUEE
La force appliquée sur une pale de surface S(m²) est
F = (1/2)K.ρ'.v².S
avec F(N)= force
ρ'(kg/m3)= masse volumique de l'air
K (valeur # 0,6)= coefficient dépendant de la géométrie de l'ensemble
v(m/s)= vitesse du vent
CARACTÉRISTIQUES d'une éolienne
Hauteur de 30 à 60 mètres
Rotation arbre primaire 0,3 tr/s (soit 20 tr/mn)
Rotation arbre secondaire 25 tr/s (soit 1500 tr/mn)
Surface au sol moyenne utilisée par une éolienne = 0,1 km² sur terre et 0,4 km² en mer
PUISSANCE d'une éolienne
La puissance maximale PM (W) de l'éolienne est PM= 0,3.ρ'.S.v3
ρ'(kg/m3)= masse volumique de l'air
S(m²)= surface pales
v(m/s)= vitesse du vent
En pratique, le maxi est de 20 à 50 kW pour les terrestres et de 2000 à 5000 kW pour les offshores
Puissance totale de production des éoliennes dans le monde (en 2012) = 40 millions de kW
Paramètres régulateurs de la puissance
La puissance maximale PM est fonction de l'échelle de rugosité du terrain environnant (classée de 0 en terrain plat à 4 en zone de proximité très accidentée)
Elle dépend aussi de la hauteur lh (mètres) du mât de l'éolienne.
On constate environ les valeurs suivantes, où les nombres notés entre parenthèses expriment les POURCENTAGES de la puissance maxi PM :
-terrain 0, très peu rugueux (plan d'eau):
si lh= 100 m(100)- si lh= 70 m(97)-si lh= 40 m(93)-si lh= 10 m(82)
-terrain 1, un peu rugueux (sol):
si lh= 100 m(52)- si lh= 70 m(49)-si lh= 40 m(44)- si lh= 10 m(36)
-terrain 2, assez rugueux (maison, buissons):
si lh= 100 m(39)- si lh= 70 m(37)-si lh= 40 m(34)-si lh= 10 m(26)
-terrain 3, rugueux (bois, relief):
si lh= 100 m(24)- si lh= 70 m(23)-si lh= 40 m(21)- si lh= 10 m(15)
-terrain 4, très rugueux (buildings):
si lh= 100 m(13)- si lh= 70 m(11)-si lh= 40 m(9)- si lh= 10 m(5)
Pour une puissance nominale d'éolienne de 12 kw, en position de rendement correct, la production peut être évaluée à 25.000 kWh /an pour des vents de vitesse moyenne de 35 km/h
Autre exemple d'un champ d'éoliennes (en G.B.) >>> 175 unités, réparties sur 100 km² en milieu marin, produisent environ 3 Twh/an, soit presque 1% de leur conso nationale
HYDROLIENNE
Une hydrolienne est une tubine similaire à celle d'une éolienne, mais utilisant les mouvements ou courants d'eaux horizontaux sous-marins
La formule de puissance est la même PM = 0,3.ρ'.S.v3 mais la densité de l'eau de mer étant de 1029 contre 1,293 pour celle de l'air, la puissance est améliorée dans les mêmes proportions, c'est à dire 800 fois meilleure (pour des appareils de caractéristiques structurelles identiques)